智能化火灾监控系统火灾信号处理算法分析

孙丛

智能化火灾监控系统与一般火灾监控系统相比，具有功能复杂、系统硬件和软件技术含量高、报警及时准确、误报率低等特点。它的性能要求主要体现在以下几点：一是具有模拟量或分布智能式火灾探测和信息处理方式，可采集现场动态数据并进行有效传输。从智能化火灾监控系统的功能要求出发，它所应用的火灾信息处理方式必须为类比判断式或分布智能式。类比判断式是由控制器软件设置阈值，探测器将火灾参数发送控制器，由控制器存储分析，阈值多级类比判断，排除漂移和干扰影响，对环境条件实施补偿，最终确认火灾。分布智能式则为更高一级的火灾信息处理方式，它将一部分火灾信息处理任务返还给探测器，探测器保留一定的智能和判断功能，增加了有效信息传输量，减轻控制器负担，使之能有余力实现其他各项管理功能。二是具有及时可靠、误报率低、稳定性好，兼容性和工程适应性强的功能。实际工程中，智能化火灾监控系统主要应用于智能建筑，智能建筑大部分为高层，高层建筑火灾具有不易扑救，疏散困难大，一旦起火将造成严重生命财产损失等特点。因此，火灾监控系统必须做到及时可靠，具有较低的误报率和良好的稳定性。同时，应考虑采用分散控制、集中管理的结构布局，将各消防值班室的区域报警器通过小区网络与消防中心的控制主机连接成一个整体，从而具备良好的系统兼容性。三是具有火灾探测环境补偿，灵敏度分时调整和基本火灾模式识别功能。“智能”的体现就是能对探测环境变化作出响应，当环境温度、湿度、风速发生变化或灰尘污染影响报警的基础整定值时，控制器软件可根据预先设定的程序对报警阈值作出相应调整。同时，还能根据所检测火灾参数判断识别火灾模式，从而对实际报警阈值采取不同的速率下降，提高实际探测能力，有效报出火警。四是具有数据共享，电源及设备自动监测，网络通信和消防设备优化管理功能。系统应能借助网络数据通信实施远端报警和信息传输，有与城市无线或有线火灾报警网相连接的可能，具有良好的人机界面和系统专用应用软件，综合管理和服务能力强。

从软件应用的角度看，提高火灾监控系统先进性达到智能化主要在于先进的火灾信号处理算法的应用。火灾探测信号是火灾探测器对火灾发生时产生的各种物理或化学变化特征的响应，由于其变化的不确定性和受环境各种噪声信号的干扰，它x（t）是一种非平稳的随机过程，主要由火灾信号和非火灾信号两部分组成：

（式中：Xf（t）为火灾特征参数信号;Xn（t）为其他因素引起的非火灾信号）

Xf（t）+Xn（t）   火灾时

x（t）=

Xn（t）             非火灾时

要想有效检测出火灾信号Xf（t），就必须采用现代信号检测和处理算法。目前正在使用和研究的信号处理算法主要有三种：

一是直观法。主要包括“固定门限”探测法和“变化率”探测法 。它适用于开关量火灾探测器，特点是简便明了和易于实现，但是对环境适应性和抗干扰能力较差，误报率较高。在这三种火灾信号处理方法中是面临淘汰的一种，显然不能适用于智能化火灾监控系统。

二是系统法。主要包括趋势算法、斜率法和持续时间算法。它将信号的特征和处理过程用完整的数学表达式来描述，使火灾探测性能明显提高。系统法广泛地应用了计算机软件技术，主要以信号的趋势变化为准则，平滑过滤干扰信号，增加了一个“预报警”过程，从而提高了系统的可靠性和稳定性。目前，绝大多数智能型系统中使用的是系统算法。但受经济条件和技术水平的制约，系统算法的绝对误报率仍然存在。误报的存在给管理带来很大的麻烦，有的单位或部门因此违反消防安全规定擅自关闭系统，使安装费用相当高的火灾监控系统成为一种摆设。因此，迫切需要一种误报率几乎为零的具有高智能火灾信号处理算法的火灾监控系统。

三是智能算法。主要包括模糊逻辑算法、神经网络算法以及它们的复合算法。它能够根据现场环境自动调整运行参数，具有自学习功能和自适应能力，更能接近人的感官和实际情况，提高报警的准确性。智能算法是未来火灾探测报警技术的发展趋势，但智能算法计算过于复杂，不仅需要探测器提供大量原始信号参数，更需要大容量的计算软件精确过滤、分析、判断火灾参数，对技术水平要求较高。从我国国情看，火灾监控系统要达到真正智能化并大范围应用还需要一段时间。

事实上，人们对火灾监控系统智能化的要求并不看其有多先进的火灾信号处理算法，而在于系统的功能可以达到人们所期望的要求。因此，我们可以在现有的经济技术条件下，综合考虑系统特性和保护对象的特点，合理、优化配置，设计出能满足人们需要的“智能化火灾监控系统”。当然，从发展趋势上看，如何将智能算法更好地应用于智能化火灾监控系统，并使之尽快产品化，是摆在我们面前的一个亟须解决的问题，需要我们在大量的探索和实践基础上去实现这一目标。

（作者单位：济南市公安消防支队）