智能化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)火災(zāi)信號(hào)處理算法分析

孫叢

智能化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與一般火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有功能復(fù)雜、系統(tǒng)硬件和軟件技術(shù)含量高、報(bào)警及時(shí)準(zhǔn)確、誤報(bào)率低等特點(diǎn)。它的性能要求主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：一是具有模擬量或分布智能式火災(zāi)探測(cè)和信息處理方式，可采集現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并進(jìn)行有效傳輸。從智能化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求出發(fā)，它所應(yīng)用的火災(zāi)信息處理方式必須為類比判斷式或分布智能式。類比判斷式是由控制器軟件設(shè)置閾值，探測(cè)器將火災(zāi)參數(shù)發(fā)送控制器，由控制器存儲(chǔ)分析，閾值多級(jí)類比判斷，排除漂移和干擾影響，對(duì)環(huán)境條件實(shí)施補(bǔ)償，最終確認(rèn)火災(zāi)。分布智能式則為更高一級(jí)的火災(zāi)信息處理方式，它將一部分火災(zāi)信息處理任務(wù)返還給探測(cè)器，探測(cè)器保留一定的智能和判斷功能，增加了有效信息傳輸量，減輕控制器負(fù)擔(dān)，使之能有余力實(shí)現(xiàn)其他各項(xiàng)管理功能。二是具有及時(shí)可靠、誤報(bào)率低、穩(wěn)定性好，兼容性和工程適應(yīng)性強(qiáng)的功能。實(shí)際工程中，智能化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于智能建筑，智能建筑大部分為高層，高層建筑火災(zāi)具有不易撲救，疏散困難大，一旦起火將造成嚴(yán)重生命財(cái)產(chǎn)損失等特點(diǎn)。因此，火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)必須做到及時(shí)可靠，具有較低的誤報(bào)率和良好的穩(wěn)定性。同時(shí)，應(yīng)考慮采用分散控制、集中管理的結(jié)構(gòu)布局，將各消防值班室的區(qū)域報(bào)警器通過小區(qū)網(wǎng)絡(luò)與消防中心的控制主機(jī)連接成一個(gè)整體，從而具備良好的系統(tǒng)兼容性。三是具有火災(zāi)探測(cè)環(huán)境補(bǔ)償，靈敏度分時(shí)調(diào)整和基本火災(zāi)模式識(shí)別功能。“智能”的體現(xiàn)就是能對(duì)探測(cè)環(huán)境變化作出響應(yīng)，當(dāng)環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速發(fā)生變化或灰塵污染影響報(bào)警的基礎(chǔ)整定值時(shí)，控制器軟件可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序?qū)?bào)警閾值作出相應(yīng)調(diào)整。同時(shí)，還能根據(jù)所檢測(cè)火災(zāi)參數(shù)判斷識(shí)別火災(zāi)模式，從而對(duì)實(shí)際報(bào)警閾值采取不同的速率下降，提高實(shí)際探測(cè)能力，有效報(bào)出火警。四是具有數(shù)據(jù)共享，電源及設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)通信和消防設(shè)備優(yōu)化管理功能。系統(tǒng)應(yīng)能借助網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信實(shí)施遠(yuǎn)端報(bào)警和信息傳輸，有與城市無(wú)線或有線火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)相連接的可能，具有良好的人機(jī)界面和系統(tǒng)專用應(yīng)用軟件，綜合管理和服務(wù)能力強(qiáng)。

從軟件應(yīng)用的角度看，提高火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)先進(jìn)性達(dá)到智能化主要在于先進(jìn)的火災(zāi)信號(hào)處理算法的應(yīng)用?；馂?zāi)探測(cè)信號(hào)是火災(zāi)探測(cè)器對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的各種物理或化學(xué)變化特征的響應(yīng)，由于其變化的不確定性和受環(huán)境各種噪聲信號(hào)的干擾，它x（t）是一種非平穩(wěn)的隨機(jī)過程，主要由火災(zāi)信號(hào)和非火災(zāi)信號(hào)兩部分組成：

（式中：Xf（t）為火災(zāi)特征參數(shù)信號(hào);Xn（t）為其他因素引起的非火災(zāi)信號(hào)）

Xf（t）+Xn（t） ? 火災(zāi)時(shí)

x（t）=

Xn（t） ? ? ? ? ? ? 非火災(zāi)時(shí)

要想有效檢測(cè)出火災(zāi)信號(hào)Xf（t），就必須采用現(xiàn)代信號(hào)檢測(cè)和處理算法。目前正在使用和研究的信號(hào)處理算法主要有三種：

一是直觀法。主要包括“固定門限”探測(cè)法和“變化率”探測(cè)法 。它適用于開關(guān)量火災(zāi)探測(cè)器，特點(diǎn)是簡(jiǎn)便明了和易于實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力較差，誤報(bào)率較高。在這三種火災(zāi)信號(hào)處理方法中是面臨淘汰的一種，顯然不能適用于智能化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

二是系統(tǒng)法。主要包括趨勢(shì)算法、斜率法和持續(xù)時(shí)間算法。它將信號(hào)的特征和處理過程用完整的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述，使火災(zāi)探測(cè)性能明顯提高。系統(tǒng)法廣泛地應(yīng)用了計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，主要以信號(hào)的趨勢(shì)變化為準(zhǔn)則，平滑過濾干擾信號(hào)，增加了一個(gè)“預(yù)報(bào)警”過程，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。目前，絕大多數(shù)智能型系統(tǒng)中使用的是系統(tǒng)算法。但受經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)水平的制約，系統(tǒng)算法的絕對(duì)誤報(bào)率仍然存在。誤報(bào)的存在給管理帶來(lái)很大的麻煩，有的單位或部門因此違反消防安全規(guī)定擅自關(guān)閉系統(tǒng)，使安裝費(fèi)用相當(dāng)高的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)成為一種擺設(shè)。因此，迫切需要一種誤報(bào)率幾乎為零的具有高智能火災(zāi)信號(hào)處理算法的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

三是智能算法。主要包括模糊邏輯算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及它們的復(fù)合算法。它能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，具有自學(xué)習(xí)功能和自適應(yīng)能力，更能接近人的感官和實(shí)際情況，提高報(bào)警的準(zhǔn)確性。智能算法是未來(lái)火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，但智能算法計(jì)算過于復(fù)雜，不僅需要探測(cè)器提供大量原始信號(hào)參數(shù)，更需要大容量的計(jì)算軟件精確過濾、分析、判斷火災(zāi)參數(shù)，對(duì)技術(shù)水平要求較高。從我國(guó)國(guó)情看，火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)要達(dá)到真正智能化并大范圍應(yīng)用還需要一段時(shí)間。

事實(shí)上，人們對(duì)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)智能化的要求并不看其有多先進(jìn)的火災(zāi)信號(hào)處理算法，而在于系統(tǒng)的功能可以達(dá)到人們所期望的要求。因此，我們可以在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，綜合考慮系統(tǒng)特性和保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)，合理、優(yōu)化配置，設(shè)計(jì)出能滿足人們需要的“智能化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)”。當(dāng)然，從發(fā)展趨勢(shì)上看，如何將智能算法更好地應(yīng)用于智能化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，并使之盡快產(chǎn)品化，是擺在我們面前的一個(gè)亟須解決的問題，需要我們?cè)诖罅康奶剿骱蛯?shí)踐基礎(chǔ)上去實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

（作者單位：濟(jì)南市公安消防支隊(duì)）