关于实体火灾实验信息处理技术实现方案设计的研究

张强 冯文菁

摘 要 本文结合消防救援实体火灾实验室、烟热训练室等建设需求，首先将火灾实验信息按照采集方式、实验参数类型及所使用测量设备进行分级，然后依次针对各级信息的结构特点，从实验信息采集、加工、存储和输出四个方面对五级实验信息的处理方式依次进行阐述，直接支持火灾实验数据综合分析系统的设计开发。

关键词 实体火灾;实验信息;消防应急救援

引言

建立适用的处理技术，完成从测量设备到实验参数的测量从而完成火灾实验信息的获取，进而保存、输出信息以完成实验研究，这是火灾实验信息处理技术的需求所在。

在设计实体火灾实验信息处理技术的过程中，着眼于客觀存在，即综合实体火灾实验室涉及的火灾实验信息类型特征，兼顾实验室发展要求，从实验研究内容、数据信息组成、类型等不断变化的角度考虑，进而提高实体火灾实验信息处理技术的兼容性。

1火灾实验信息级别划分

图1所示的火灾实验信息处理过程的特征图。从图1中可以看出，在火灾实验信息处理过程中，其信息类型不同致使处理方式（采集、加工、存储和输出各环节）也不相同。而相关系统研发需要详细、具体地阐明火灾实验信息处理技术，所以，本文按测量设备的独立性、自动化程度以及信息处理方式异同，对火灾实验信息进行了分级，以便火灾实验信息处理技术内容覆盖实体火灾实验室的建设目标。具体分级结果见表1。信息级别划分主要是依据火灾实验信息的采集方式、信息类型及所使用测量设备类别进行的[1]。

本文按信息级别分别阐述处理技术四个环节的实现方案。

2一级信息的处理技术

通过单参数测量设备可实现一级信息的采集、加工。

2.1 单参数测量设备工作原理

单参数测量设备核心部件是传感器。按照内部工作原理的不同可划分为两种类型。一种是利用物理效应，例如压电、光电、热电和磁化效应等。另一种是利用化学效应，例如同离子效应、化学吸附效应等。二者工作原理不同，但最后都能将被测参数的恒定状态或细微改变对应转换，获取相应的动态电信号。

传感器技术应用范围日益扩大，精度和智能化程度不断加深，是测量设备未来发展的方向。而目前火灾实验中所使用的大部分是比较基础的传感器，必须配合相应仪器设备才能完成实验参数的采集工作。

单参数测量设备工作原理：针对传感器送出的电信号，通过转换设备将该电信号变换得到数字，然后输出转换结果。

2.2 采集与加工技术

（1）设备的选择

传感器可根据实验需要进行选择，目前使用过的传感器由温度、辐射、压力、流量，种类虽然多，但工作原理基本相同。

为了满足软件系统网络化需要，适应仪器设备发展，选择Modbus TCP/IP数据采集器作为传感器的配套仪器，共同组成单参数测量设备。图2所示为Modbus TCP/IP数据采集器，图3所示为Modbus TCP/IP数据采集器的工作电源。

（2）采集与加工的原理

将电源、Modbus TCP/IP数据采集器和传感器设备三者的正负极导线两两连接，然后通过网线连接Modbus TCP/IP数据采集器和路由器的网线连接端口，设置Modbus TCP/IP数据采集器的信号转换公式，最后，利用网线将路由器与计算机主机连接。

传感器实现电信号的采集并传输至采集器;Modbus TCP/IP数据采集器利用设定的转换公式将电信号转换为数字信号并传输到指定位置。

（3）采集与加工技术示例

温度、压力、流量、辐射热强度等传感器设备的输出的信号形式主要分为两种、即电流信号和电压信号，而针对这两种形式的信号，利用两种型号的Modbus TCP/IP数据采集器进行加工兼容：选用DAM-E3039F型号数据采集器对电流信号进行线性转换，选用DAM-E3058F型号的数据采集器对电压信号进行线性转换。如图4所示。两种数据采集卡都能将所采集的信号量程对应转化为0～65535的数值量程。因此，对于实验者而言，将各个传感器设备所采集参数数值的量程范围与数据采集卡所输出的0～65535的数值范围做线性转化，就可获取相应的参数数据信息。其工作原理是：首先，通过K型铠装热电偶、热流密度传感器等电子传感探测装置得到实验所需的电信号;然后经过信号平滑电路，利用智能单片机（16位）对该电信号依次进行程控放大、阻抗转换、高精度A/D采集转换的处理;最后得到具有EIARS-232接口通讯功能，且适用于计算机提取运算和加工的串行信号。以流量参数转换公式为例：

对于其他不需加载负载电阻的传感器装置，将设备所测量参数的量程与Modbus TCP/IP数据采集器输出数值的量程进行线性转化，即可加工获取所测参数的数值。

2.3 存储技术与输出方式

一级信息的存储内容按照数据类别区分，主要包含设备信息和实验参数，设备信息表示数据的信息来源，实验参数表示采集获取的结果。数据的格式是量化的信息参数，即以数字表格的方式截获，选择数据库表格形式进行存储。信息输转、输出内容应用数据库表存储的数据，输出方式选择以数据表格、根据数据表绘制的曲线图方式输出，输出内容可以导出[2]（见图4）。

3二级信息的处理技术

3.1 采集与加工技术

二级信息采集与加工由多参数测量设备完成，该测量设备一般为多传感器组成，是多个单参数测量设备的集成，这也是测量设备的发展趋势。

二级信息的采集与加工技术与一级信息的类似，此处不重复赘述。

多参数测量设备将采集与加工功能封装在一起，设备内部设有独立的信息存储部件，可以直接在其设计的数据存储位置获取实验数据信息，并通过网络传输到指定位置。

3.2 存储技术与输出方式

二级信息可以直接在测量设备的数据存储位置获取实验数据信息，并通过网络传输到指定位置。存儲技术与一级信息的解决方案相同，只不过多个实验参数对应多个列表。二级信息的存储内容主要包含设备信息和实验参数，其中，设备信息表示信息的来源，实验参数表示信息截获结果。二级信息大部分属于量化信息，以数字方式存在，选择数据库表格存储方式。输出内容是数据库表存储的数据。输出方式选择以数据表格、根据数据表绘制的曲线图方式输出，输出内容可以导出[3]。

4三级信息的处理技术

4.1 采集、加工技术特点

三级信息主要利用摄像头等视频工具完成采集、加工过程，摄像头与软件系统通过网线连接在一起，图片视频数据信息通过Ethernet（10M/s）传递至指定的存储位置。

三级信息的质量取决于影像录制系统的性能水平，影像录制系统在出厂之前，生产商已经将采集、加工技术设计并封装在系统之中。实验室在配置此类设备时，可按照实验具体需求购置设备。因此，三级信息的采集、加工技术取决于影像录制系统的配置水平。

4.2 存储与输出方式

影像类信息主要以视频、图像文件方式和二进制数据库表方式进行存储。火灾实验中常用的影像录制设备一般以影像文件输出采集、加工好的信息，因此，三级信息选择文件方式进行存储。其中，对于影像信息结构的特殊性，只能选择相应播放器作为信息输出方式[4]。

5四级、五级信息的处理技术

四级信息的采集与加工依赖于手工操作测量设备及其使用者。该类测量设备一般没有数据输出接口，只能通过人工读取测量结果，然后将测量结果记录或录入到存储媒体中。四级信息具有量化格式，其存储和输出方式与一级信息的相同，在此不再赘述。

五级信息的采集与加工完全依赖于实验者，只能通过人工采集、加工方式获得，以文字或符号形式对实验状态相关信息进行描述，该类信息以手工录入并保存到相应的存储位置或相应的文件中。

6结束语

本文首先将火灾实验信息按照采集方式、实验参数类型及所使用测量设备进行分级，然后依次针对各级信息的结构特点，从实验信息采集、加工、存储和输出四个方面对五级实验信息的处理方式进行了阐述，直接支持火灾实验数据综合分析系统的设计开发。

参考文献

[1] 郑忠涛.实体房间火灾试验系统的设计与开发[D].南京：东南大学，2012.

[2] 百度文库.关于事物运动的状态和规律的表征[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/207a8ed2ce2f0066f5332287.html，2013-13-9.

[3] 国家质量技术监督局.火灾试验表面制品的实体房间火试验方法标准：GB/T 25207.2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[4] 刘惠珠.实验教学与实验室管理平台的设计与实现[D].济南：山东大学，2013.