智能化火災監控系統火災信號處理算法分析

孫叢

智能化火災監控系統與一般火災監控系統相比，具有功能復雜、系統硬件和軟件技術含量高、報警及時準確、誤報率低等特點。它的性能要求主要體現在以下幾點：一是具有模擬量或分布智能式火災探測和信息處理方式，可采集現場動態數據并進行有效傳輸。從智能化火災監控系統的功能要求出發，它所應用的火災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置閾值，探測器將火災參數發送控制器，由控制器存儲分析，閾值多級類比判斷，排除漂移和干擾影響，對環境條件實施補償，最終確認火災。分布智能式則為更高一級的火災信息處理方式，它將一部分火災信息處理任務返還給探測器，探測器保留一定的智能和判斷功能，增加了有效信息傳輸量，減輕控制器負擔，使之能有余力實現其他各項管理功能。二是具有及時可靠、誤報率低、穩定性好，兼容性和工程適應性強的功能。實際工程中，智能化火災監控系統主要應用于智能建筑，智能建筑大部分為高層，高層建筑火災具有不易撲救，疏散困難大，一旦起火將造成嚴重生命財產損失等特點。因此，火災監控系統必須做到及時可靠，具有較低的誤報率和良好的穩定性。同時，應考慮采用分散控制、集中管理的結構布局，將各消防值班室的區域報警器通過小區網絡與消防中心的控制主機連接成一個整體，從而具備良好的系統兼容性。三是具有火災探測環境補償，靈敏度分時調整和基本火災模式識別功能。“智能”的體現就是能對探測環境變化作出響應，當環境溫度、濕度、風速發生變化或灰塵污染影響報警的基礎整定值時，控制器軟件可根據預先設定的程序對報警閾值作出相應調整。同時，還能根據所檢測火災參數判斷識別火災模式，從而對實際報警閾值采取不同的速率下降，提高實際探測能力，有效報出火警。四是具有數據共享，電源及設備自動監測，網絡通信和消防設備優化管理功能。系統應能借助網絡數據通信實施遠端報警和信息傳輸，有與城市無線或有線火災報警網相連接的可能，具有良好的人機界面和系統專用應用軟件，綜合管理和服務能力強。

從軟件應用的角度看，提高火災監控系統先進性達到智能化主要在于先進的火災信號處理算法的應用。火災探測信號是火災探測器對火災發生時產生的各種物理或化學變化特征的響應，由于其變化的不確定性和受環境各種噪聲信號的干擾，它x（t）是一種非平穩的隨機過程，主要由火災信號和非火災信號兩部分組成：

（式中：Xf（t）為火災特征參數信號;Xn（t）為其他因素引起的非火災信號）

Xf（t）+Xn（t） ? 火災時

x（t）=

Xn（t） ? ? ? ? ? ? 非火災時

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

一是直觀法。主要包括“固定門限”探測法和“變化率”探測法 。它適用于開關量火災探測器，特點是簡便明了和易于實現，但是對環境適應性和抗干擾能力較差，誤報率較高。在這三種火災信號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監控系統。

二是系統法。主要包括趨勢算法、斜率法和持續時間算法。它將信號的特征和處理過程用完整的數學表達式來描述，使火災探測性能明顯提高。系統法廣泛地應用了計算機軟件技術，主要以信號的趨勢變化為準則，平滑過濾干擾信號，增加了一個“預報警”過程，從而提高了系統的可靠性和穩定性。目前，絕大多數智能型系統中使用的是系統算法。但受經濟條件和技術水平的制約，系統算法的絕對誤報率仍然存在。誤報的存在給管理帶來很大的麻煩，有的單位或部門因此違反消防安全規定擅自關閉系統，使安裝費用相當高的火災監控系統成為一種擺設。因此，迫切需要一種誤報率幾乎為零的具有高智能火災信號處理算法的火災監控系統。

三是智能算法。主要包括模糊邏輯算法、神經網絡算法以及它們的復合算法。它能夠根據現場環境自動調整運行參數，具有自學習功能和自適應能力，更能接近人的感官和實際情況，提高報警的準確性。智能算法是未來火災探測報警技術的發展趨勢，但智能算法計算過于復雜，不僅需要探測器提供大量原始信號參數，更需要大容量的計算軟件精確過濾、分析、判斷火災參數，對技術水平要求較高。從我國國情看，火災監控系統要達到真正智能化并大范圍應用還需要一段時間。

事實上，人們對火災監控系統智能化的要求并不看其有多先進的火災信號處理算法，而在于系統的功能可以達到人們所期望的要求。因此，我們可以在現有的經濟技術條件下，綜合考慮系統特性和保護對象的特點，合理、優化配置，設計出能滿足人們需要的“智能化火災監控系統”。當然，從發展趨勢上看，如何將智能算法更好地應用于智能化火災監控系統，并使之盡快產品化，是擺在我們面前的一個亟須解決的問題，需要我們在大量的探索和實踐基礎上去實現這一目標。

（作者單位：濟南市公安消防支隊）