高鐵車站智慧消防系統中通信技術的應用

蘇 軒 中國鐵路上海局集團有限公司保衛部

1 設計原則與目標

1.1 設計原則

通過車站側信息采集通信傳輸裝置與車站既有消防采集設備互聯時，采用偵聽數據的方式，即只收數據、不發數據，杜絕新系統接入對既有消防設備的影響。采集設備與被采集設備之間必須采用良好的電氣隔離措施，任何情況下不得影響被監測設備的正常工作。在既有消防設備運行基礎上，新上設備符合消防要求，保證運行正常。便于和國際接軌，易于系統擴展及升級，充分考慮系統的安全性、可靠性和高性能。

1.2 系統目標

通過鐵路通信數據網建立現代化的消防通信指揮系統，實現指揮調度的信息化、自動化、網絡化，提高接處警的反應速度，使之適應現代火災和處置特種災害的要求。滿足GB50313-2000《消防通訊指揮系統設計規范》標準所規定的系統配置和性能、功能的各項要求。能有效提升消防監督部門及時監管能力。大量高鐵車站建成投入使用后，給消防監督部門的監督檢查工作帶來很大難度。以成都鐵路局為例，未來五年內，高鐵車站將達到170個左右，以現有消防監督部門的警力配備，一個月都不能走遍所有車站，監督檢查難度巨大。通過建立消防控制室集中監控平臺，可以實時監督各站設備故障報警情況，也可對設備故障的維修進度進行全過程跟蹤和管理。

2 系統設計

2.1 智慧消防系統總體結構

系統分為兩個層級（如圖1）。

（1）感知層，即車站監測層，包括用戶通信傳輸裝置、火災報警控制器、電氣火災監控系統、消防用水監測和消防點電源監測；用戶信息采集通信傳輸裝置是車站的數據交換中心；

（2）指揮層，即綜合監控中心，包括中心服務器和中心終端，通過鐵路通信數據網絡負責將收據各站的消防信息并集中存儲和展示，并據此進行決策和指揮。

圖1 系統構成

2.2 車站監測系統

包括信息采集通信傳輸裝置、車站監控終端。信息采集通信傳輸裝置通過CANBUS 與火災報警設備（既有設備）、水壓監測設備（新增設備）、消防電源監測設備（新增設備）聯網；通過開關量采集卡采集電氣火災報警設備（既有設備）的報警數據。并通過以太網將獲取的消防信息數據發給車站監控終端。

信息采集通信傳輸裝置是消防綜合管理系統終端系列產品的標準產品之一，可根據現場要求和實際情況將消防報警主機的火警、故障、聯動信號、水系統壓力、水位傳至消防分控PC 平臺。具有操作功能豐富、聯接方式多樣等特點，可以應用到各類聯網工程當中。

2.3 消防報警通訊協議

鐵路指揮消防系統所使用的消防報警系統多種多樣，國內外不同廠家的、同廠家不同年代和型號的產品均在使用，設備間的通訊協議也各不全兼容。為將多個不同類型的產品納入到統一的消防網絡當中，在軟件里專門設計了一個特殊的協議轉換模塊，完成與不同廠家、不同制式的設備進行通信，以實現互聯互通。消防報警系統通常包含前端報警探測器及動作模塊和聯動裝置（消防卷簾、風機等），這些設備通過專有的總線或RS485 連接到消防報警主機上。同時系統預留有擴展系統專用通訊端口，例如：為了提高消防報警系統的可視性通常還提供圖形化操作軟件，一般稱為消防CRT 系統。系統通過串口與消防報警連接，獲得主機的火警、故障等信息。但各廠商都定義了自己的串口通訊接口協議，需要解讀破譯協議內容。

2.4 硬件連接的單監聽方式優化處理

消防系統常用的數據通訊接口有CANBUS、RS485、RS232、并行接口等。舉例：對于配有CRT 的消防報警系統，一般采用標準的RS232 通過特制的串口線，方案優先考慮對原來正常通訊的串口線只做監聽連接，不對原有系統造成破壞，不遺留安全隱患。因此對有條件的消防報警系統串口、并口等接入均宜采用端口監聽連接方式通訊接入。

2.5 大緩沖區預存數據、判斷應答處理

考慮到兩個對等實體的協議有時間約束，采集裝置采用自動兩端數據匹配先后順序及速度。當消防主機報告完一個事件后，采集設備接入自動進入應答確認狀態，兩端再次進入握手狀態。當出現沒有確認的數據通信時，采集裝置自動連續的將所有數據快速接收并存入接收緩沖區，同時快速進行校驗（CRC 校驗等），頭尾標志分析、數據包長度實時計算，自動分析消防通訊協議中常用關鍵字（對于常用關鍵字符前期我們已經做過大量的實際項目現場上百種機型測試工作），自動進行協議逐條匹配程序分析判斷。有效的預防了因通訊時序、數度快、短時間內事件信息量多，引起的信息丟失或誤判。

2.6 安全可靠性

車站側信息采集通信傳輸裝置與各被監測系統之間采取了可靠的電氣隔離措施，不會影響被監測設備的正常工作，符合“故障--安全”原則。不會產生火、毒、熱、電、輻射等影響人身安全的故障。

3 軟件架構

3.1 電源采集模塊TDCOMserver.exe

通過RS485 接口與消防電源采集箱通信，獲取消防電源的實時狀態數據；并通過命名管道將數據發給邏輯程序模塊。

3.2 邏輯程序模塊CSMstation.exe

根據報警上下限和相關的業務邏輯，識別出報警；并通過命名管道將數據發給終端界面模塊。

3.3 終端界面模塊 FireAlarmClient.exe

以圖形方式實時展示當前設備狀態；提供交互界面，實現數據查詢選擇和查詢結果的展示（圖形或表格方式）；并將格式化數據（設備狀態、報警信息等）發往中心服務器存儲和展示。

3.4 核心數據結構和數據庫模塊

4 系統功能

高鐵車站智慧消防系統通過車站側信息采集通信傳輸裝置將站端火災報警控制器、電氣火災報警控制器、車站水狀態信息監測等信息匯集傳送到站機，并通過鐵路通信數據網傳送至監控中心服務器，達到遠程監控的目標。

4.1 火災報警子系統

實時顯示所轄車站的火災報警信息；可以同時處理多條報警信息，系統響應快速；友好并人性化的操作界面，利用圖形化技術準確定位報警車站 ；查詢和報表功能為報警管理提供有力手段。

4.2 設備故障監測

通過自檢和巡檢兩種方式實時發現所轄區域的設備故障信息，動態分析故障位置和故障原因；正確、有效地對設備的各種異常狀態和故障狀態作出診斷，預防或消除故障。

4.3 消防水監測

實時監測水壓，減少人工巡檢工作量；智能分析水壓變化，對缺水（漏水）情況做出報警；通過水壓判斷消防水系統狀態，排除安全隱患。

4.4 消防電源監測

曲線、刻度等多種方式對監測數據進行展示，通過曲線回放功能再現歷史曲線，進行各類分析，對電壓、電流、頻率等異常情況自動報警排除隱患，分析電源對設備的供電情況，分析設備狀態，對異常情況做出報警。

4.5 應急指揮子系統

動態顯示火警處理流程，并為處理流程的每一個步驟提供數據支持；短信發送功能，可以用來快速指揮和發送通知；通過圖形擬物化的方式，實時顯示火災報警車站的設備狀態信息、火災發生地的地圖信息、消防設備狀態信息等現場信息；系統準確定位相關預案信息、通訊方式、操作指南等信息；

5 技術指標

（1）火災報警延遲≤2s；

（2）1s 內完成本地數據采集，3s 內完成本地到區域和集中監控中心的所有命令響應、執行；

（3）支持與全路主要消防監控設備的通信，實現互聯互通；

（4）遠程監控系統時鐘累計誤差≤5s；

（5）服務器可存儲3年的歷史數據；

（6）可365×24h 連續工作，設備均采用工業級產品；平均無故障時間大于10萬h。

6 技術特點

6.1 技術先進性

鐵路高鐵車站智慧消防系統的車站側信息采集通信傳輸裝置可接入不同廠家的火災報警控制器、電氣火災報警控制器設備，同時可以將車站水狀態等模擬量、開關量數據接入到用戶傳輸裝置，并根據用戶需要開發更多接入能力，除接入火災報警控制器、電氣火災報警控制器外，還能接入其他模擬量和開關量的用戶傳輸裝置，填補了信息采集通信傳輸裝置接入其他監測數據量的空白，屬于全國首創。

6.2 鐵路高鐵車站智慧消防系統

鐵路消防綜合監控系統的車站側信息采集通信傳輸裝置與被監測設備之間采取了可靠的電氣隔離措施，采用偵聽方式接收數據，不會影響被監測設備的正常工作，符合故障--安全原則。用戶傳輸裝置滿足鐵道部頒布的鐵路設備電磁兼容綜合防護的相關規定，不會產生火、毒、熱、電、輻射等影響人身安全的故障。

6.3 高鐵車站智慧消防系統實用性

通過鐵路通信數據網組網的高鐵車站智慧消防系統投入使用后能夠極大改善鐵路消防設防能力，及時遠程監控各車站火災報警情況、遠程監視設備運行及報警情況、遠程監測消防水壓液位工作情況，使得消防管理人員能夠將更多的精力和時間放在更需要關注的消防設備及隱患發現排查上。

7 高鐵車站智慧消防系統的創新點

（1）多系統無縫集成。車站側信息采集通信傳輸裝置可與站內不同廠家的消防設備聯網，采集消防設備的狀態信息和報警數據。在不破壞原系統的情況下將異構分散的設備集成為統一的指揮信息系統。

（2）多應用協同工作。內置事務服務、企業級數據總線、事件消息機制使基于平臺的多個應用（包括數據通信和采集APP、邏輯處理APP、數據展示APP等）可進行協同工作；

（3）通過鐵路通信數據網支持采集鐵路所有消防設施的報警、故障和運行狀態。采集國家規范要求的所有類型消防設施的運行狀態，從而全面獲取聯網單位的消防設備運行狀態信息。

（4）豐富的通信接口。車站側信息采集通信傳輸裝置支持RS232、RS485、CAN和RJ45接口，實現與各消防設備聯網；可以接入數百路消防報警主機的報警輸出信號，徹底解決了部分聯網單位因消防報警主機無通訊接口而無法入網的難題。

（5）系統輔助功能接口人性化配置。使用更為方便，系統設有報警輸出接口，可控制外部警燈、警號等設備，增強中心收到火警信號時的聲光報警提示；系統設有外部LED 屏的控制接口，可將系統每日的報警、故障等統計數據輸出到LED屏上，使顯示更為醒目、清晰。