智能傳感與無線傳輸在發(fā)射臺站火災(zāi)報警中的研究

呂斌

摘要：通過將無線移動通訊，火災(zāi)探測傳感器，光能或風(fēng)能發(fā)電等多種目前較為成熟的技術(shù)手段的集成，對地處偏避山區(qū)、荒原的短波無線發(fā)射臺站周邊實時全天候監(jiān)測，形成火災(zāi)前報警，火災(zāi)中全程監(jiān)控指導(dǎo)救災(zāi)，火災(zāi)后查詢數(shù)據(jù)分析原因的綜合監(jiān)測體系。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)報警；智能傳感；無線傳輸

中圖分類號：TN934 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0121-02

1 概述

筆者所在電臺周邊森林覆蓋率高達71%，且存在大量耕地，屬于農(nóng)林交錯區(qū)，四周耕地面積高達97%。

目前，造成火災(zāi)隱患的方式主要有以下幾種：（1）農(nóng)民焚燒秸稈。（2）周邊村民祭祀。（3）煙頭等明火造成森林火災(zāi)。（4）夏季高溫引發(fā)的自燃現(xiàn)象。

為了消除火災(zāi)對臺站人身、設(shè)備、播出安全的影響，必須堅持“打早、打小、打了”的原則。而臺站周邊地廣人稀、地形地勢復(fù)雜，早期的火災(zāi)檢測和預(yù)警顯得尤為重要。

2 傳統(tǒng)防范措施面臨的挑戰(zhàn)

2.1 人員、地形限制

臺站周邊地形、地勢復(fù)雜，地廣人稀，且交通不便，巡護力量有限，依靠人工來對如此多的區(qū)域進行監(jiān)控不是件簡單的事情。

2.2 無專業(yè)探測手段

由于缺乏專業(yè)設(shè)備，僅僅依靠人力對火災(zāi)初期的較小煙霧、余火和地下火無法及時發(fā)現(xiàn)。對于人員無法到達地區(qū)的火點無法準確定位。

2.3 缺乏完善的綜合監(jiān)測體系

現(xiàn)有的火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)或方案，基本上都是孤立的。

2.4 通信與傳輸網(wǎng)絡(luò)有待加強

臺站目前防火監(jiān)測中存在通信手段不健全，設(shè)備配置數(shù)量過少，通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋程度不高，尚未形成有效的完整通信體系。

3 智能傳感與無線傳輸在發(fā)射臺站火災(zāi)報警

針對以上監(jiān)測手段的局限性，建立一套火災(zāi)自動監(jiān)控平臺顯得勢在必行。通過將無線移動通訊，光、電、煙霧等火災(zāi)探測傳感器，光能或風(fēng)能發(fā)電等多種目前較為成熟的技術(shù)手段的集成，對地處偏避山區(qū)、荒原的短波無線發(fā)射臺站周邊實時全天候監(jiān)測，形成火災(zāi)前提前報警、提示提前處理，防患于未然；火災(zāi)中全程監(jiān)控指導(dǎo)救災(zāi)；火災(zāi)后查詢數(shù)據(jù)分析原因的綜合監(jiān)測體系。極大的提高了重點區(qū)域火災(zāi)檢測的速度和準確性，減小了人力巡視和防控的投入，為處置和決策提供了寶貴時間，實現(xiàn)火情發(fā)現(xiàn)早、火險處理快、火災(zāi)損失小的目標，為電臺的安全運行提供了低成本、高效率的周界和重點區(qū)域的防火救災(zāi)手段。

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)筆者所在臺站的實際情況，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計為綜合管理系統(tǒng)—臺區(qū)/新區(qū)控制系統(tǒng)—前端采集系統(tǒng)三級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。采集系統(tǒng)將采集到的溫度、煙霧等實時信息通過無線發(fā)射模塊，利用無線4G通信網(wǎng)絡(luò)送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將接收到的信息進行融合、處理后通過FDD-LTE模塊和Internet進行遠程通信，上傳至綜合管理系統(tǒng)。綜合管理系統(tǒng)對接收到的信息進行實時處理，綜合監(jiān)控。

整個系統(tǒng)由前端采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、存儲服務(wù)模塊、綜合管理系統(tǒng)、光能或風(fēng)能供電系統(tǒng)六部分組成。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)總體功能

（1）全程監(jiān)控，無線覆蓋：系統(tǒng)通過對傳感器和無線通信模塊的結(jié)合，只要是移動通信信號可以覆蓋的地區(qū)，均可以做到對任何區(qū)域進行重點全程實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)隱患。（2）基于無線移動通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：前端通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳送實施監(jiān)控信息，監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理。可以通過無線移動通信網(wǎng)的無線通訊方式，也可通過有線接入的多種傳輸方式并行，無線、有線互為補充，既可提高系統(tǒng)信號的傳輸可靠性，又能適合不便于無線或有線接入的區(qū)域，特別是大多數(shù)短波無線發(fā)射臺站均地處偏僻，地形復(fù)雜，難以接入有線網(wǎng)絡(luò)或成本極高，這種并行方式極大的擴展了系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和實施成本。（3）信息存儲：該系統(tǒng)具備實時存儲功能，所有報警、智能控制信息均可存儲于存儲矩陣中以備中心查詢，大大降低集中存儲的風(fēng)險和成本。當(dāng)有需要時，相關(guān)工作人員根據(jù)、時間、地點、設(shè)備編號查詢或調(diào)用信息。（4）聯(lián)動控制：把現(xiàn)有系統(tǒng)和本系統(tǒng)完全真正的融為一體。自動實現(xiàn)報警自動信息上傳、啟動應(yīng)急廣播對講系統(tǒng)等眾多聯(lián)動功能。（5）采用B/S架構(gòu)：無需安裝客戶端，通過一定的權(quán)限控制可實現(xiàn)多客戶異地實時訪問，交互性強。（6）定位準確：通過事先預(yù)置好的位置信息，確保災(zāi)情發(fā)生時能夠迅速定位。

3.3 重要子系統(tǒng)集成方案

（1）核心控制模塊：核心控制模塊是整個系統(tǒng)的管控中心，包括中心系統(tǒng)管理平臺、監(jiān)控與終端控制、網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)存儲等組件。1）將前端傳感器回傳的信號進行處理、管理和存儲。2）及時處理收到的報警信號，進行緊急的報警聯(lián)動和人工干預(yù)。3）具有最高的管理和配置權(quán)限，能遠程管理全網(wǎng)所有的設(shè)備和軟件。（2）控制模塊：控制模塊以微處理器為核心，通過對煙霧、溫度、圖像等傳感器獲取的信息進行智能處理，借助FDD-LTE和Internet網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場信息傳到遠程監(jiān)控中心。同時，當(dāng)發(fā)生災(zāi)情時，將接收到的遠程控制信號控制相應(yīng)設(shè)備工作。（3）前端采集模塊：綜合利用離子感煙探測器、光電感煙探測器、電子感溫探測器、火焰光探測器等傳感器，將其采集的實時開關(guān)量信號送入控制模塊進行處理。（4）光能和風(fēng)能供電系統(tǒng)：系統(tǒng)采用光能或風(fēng)能組成供電系統(tǒng)，因為兩種方式均為目前比較成熟的技術(shù)，也可兩種方式并行，互為補充，防止極端天氣造成供電不足，結(jié)合蓄電池可以為系統(tǒng)前端提供可靠的不間斷供電。（5）無線傳輸網(wǎng)絡(luò)：由于采集前端地勢、地形復(fù)雜、距離較遠，按照傳統(tǒng)的鋪設(shè)光纖工程量巨大，施工難度高，因此采用無線傳輸網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸。前端采集模塊將采集到的信號通過無線傳輸模塊送至控制模塊中的微處理器進行智能分析，F(xiàn)DD-LTE模塊與微處理器進行數(shù)據(jù)交換并利用FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)與中心服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換。（6）系統(tǒng)管理平臺：系統(tǒng)管理平臺是為監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)綜合管理而設(shè)計的軟件平臺，可以實現(xiàn)系統(tǒng)整體運行、管理的功能。

該系統(tǒng)功能完善，實施手段和方式多樣，建設(shè)和運行成本極低。能實時、準確地監(jiān)控覆蓋區(qū)域的現(xiàn)實情況，不受地域、天氣和其它復(fù)雜原因等影響，有效地提高了火災(zāi)預(yù)警和防治能力，為電臺安全和安全傳輸發(fā)射提供了保障。

3.4 抗干擾措施

由于本系統(tǒng)可能將處于高電壓和高頻率等環(huán)境中運行，高頻信號干擾等問題不能忽視，輕者會造成信號干擾，系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行，嚴重了則可能損壞前端器件和設(shè)備，一般可通過優(yōu)化高頻接地，高頻信號屏蔽以及調(diào)整系統(tǒng)運行頻率等傳統(tǒng)方法進行解決，具體效果和采用的方式需要根據(jù)具體現(xiàn)場的高頻覆蓋情況而定，也可采用多種方式并行的手段，可以有效的解決高頻干擾的問題。

（1）通過使用帶屏蔽層雙芯線纜，屏蔽層與地連接。（2）使用“滑動濾波算法”對采集數(shù)據(jù)進行軟件濾波。考慮到有效信號的變化周期為300毫秒，用軟件編制高通濾波器，截至頻率為小于7Hz。即在140毫秒周期內(nèi)變化的數(shù)據(jù)均視為干擾信號。通過這種方法既能正常處理有效信號，又可以有效濾除干擾信號。

4 系統(tǒng)優(yōu)勢

（1）采用智能傳感技術(shù)和微處理器，從而可使迅速直觀地判別火情，大大提高了精度和效率。（2）充分利用太陽能供電技術(shù)與無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，避免了長距離布線。（3）將該系統(tǒng)與原有消防設(shè)施、應(yīng)急廣播對講系統(tǒng)等充分融合，實現(xiàn)聯(lián)動控制。（4）本系統(tǒng)在大功率發(fā)射臺站應(yīng)用，解決了高頻干擾問題。

5 結(jié)語

該火災(zāi)報警系統(tǒng)運用智能傳感、無線網(wǎng)絡(luò)、太陽能供電、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)方法，從全覆蓋、全天候監(jiān)控的角度，對建立火災(zāi)綜合監(jiān)控管理平臺進行了深入研究。構(gòu)建了火災(zāi)監(jiān)控綜合管理平臺，實現(xiàn)了提前預(yù)警、全程監(jiān)控和事后查詢分析的功能。該系統(tǒng)不僅提高了火災(zāi)監(jiān)控的精度和速度，而且在提高工作效率，減輕勞動強度等方面有巨大作用。在眾多領(lǐng)域有一定的應(yīng)用價值。