智能建筑火災自動報警系統的研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的火焰面積和尖角特征出發，重點研究了數字圖像處理技術識別方法第四章主要研究BP神經網絡算法在火災自動報警系統的應用。首先介紹了神經網絡的基本原理，然后對BP神經網絡的基本結構做了研究，再次對BP算法的學習算法步驟做了詳細的闡述，最后采用BP神經網絡算法，對火災探測進行了視頻檢測、氣體辨識BP網絡訓練與驗證實驗和現場實例分析，取得了較好的實驗效果。第五章首先對自己的研究工作進行了全面的總結，然后用科學發展觀的眼光，探討了智能建筑火災自動報警系統這一領域的發展方向。59工程碩士學位論文 第二章 智能建筑火災自動報警系統構成原理第二章 智能建筑火災自動報警系統構成原理 智能建筑的組成及功能智能建筑是采用系統集成方法將計算機、通訊、信息技術與建筑藝術有機結合的產物。智能建筑的結構可用圖21表示。它由智能建筑環境內系統集成中心(SIC, System Integrated Center)，利用綜合布線系統(PDS, Premises Distribution System)，形成標準化強電與弱電接口，連接3A系統即建筑自動化系統(BAS, Building Automation System)、通訊自動化系統(CAS，Communication System)、辦公自動化系統(OAS, Office Automation System)，實現3A功能即建筑自動化、通訊自動化和辦公自動化功能。 圖21 智能建筑結構示意圖綜合布線系統綜合布線系統(PDS)是智能建筑連接3A系統各種控制及信號必備的集成化通常使用傳輸系統，它利用無屏蔽雙絞線(UTP)或光纖實現建筑物內的語言、數據、監控圖像和樓宇控制信號的實現傳輸。PDS由工作區（終端）子系統、水平布線子系統、垂直干線子系統組成，是命令運行的可信賴的保證。PDS克服了傳統布線中各系統互不關聯、施工管理復雜、缺乏統一標準及適應環境變化靈活性差等缺點。它采用積木式結構、模塊化設計、實施統一標準，滿足智能建筑高效、可靠、靈活性強的要求[17]。建筑設備自動化系統建筑設備自動化系統對智能建筑中的暖通、空調、電力、照明、供排水、消防、電梯、停車場、廢物處理等大量機電設備進行有條不紊的綜合協調，科學運行管理及維護保養工作[19]。它為所有機電設備提供了安全、可靠、節能、長壽。通訊自動化 該系統可分為衛星通訊、圖文通訊、語言通訊及數據通訊等四個子系統[20]：(1) 衛星通訊突破了傳統的地域觀念，起到了零時時差信息的重要作用；(2) 圖文通訊在當今智能化建筑中，可實現傳真、可視數據檢索、電子郵件、電視會議等多種通訊業務。(3) 語言通訊系統可提供預約呼叫、等候呼叫、自動重撥、快速撥號、轉向呼叫、直接撥入、用戶賬單報告、語言郵政(Email)等上100種不同特色的通訊服務；(4) 數據通訊系統可供用戶建立區域網，以聯接其辦公區內電腦系統及其外部設備，從而完成電子數據交換業務(EDI)。系統還可使不同型號的電腦相互之間進行通訊。辦公自動化系統OAS用于實現智能建筑中涉及部門多、綜合性強、時效性高的行政、財務、商務、檔案、報表、文件等信息管理業務。因此，辦公自動化系統被譽為智能建筑忠實可靠的人事、財務、行政、保衛、后勤的總管。OA系統是在CA系統基礎上建立起來的信息系統，主要由日常事務型和決策型兩個子系統組成。前一個子系統是通用的，主要是提高人們的工作效率。后一個子系統與人們從事的工作領域有關。如：金融領域的專用信息系統、工業企業領域的專用信息系統、國家宏觀經濟調控領域的專用信息系統等[21，22]。 智能建筑火災自動報警系統 基本結構 “火災自動報警系統”實際上是“火災探測報警和消防設備聯動控制系統”的簡稱[23]。其結構示意圖如22所示。從圖中可以看出：在火災報警系統中，火災探測器長年累月地監控被警戒的現場和對象。當監測場所或對象發生火災時，火災探測器將檢測到火災產生的煙霧、高溫、火焰及火災特有的氣體等信號并轉換成電信號，經過與正常狀態或參數模型分析比較，給出火災報警信號。產生報警并通過火災報警控制器上的聲光報警顯示出來。同時，火災自動報警系統通過火災報警控制器啟動警報裝置，告誡現場人員投入滅火操作或從火災現場迅速逃離疏散；并且啟動斷電控制器裝置、防排煙設備、防火門、防火卷簾、消防電梯、火災應急照明、消防電話等減災裝置，防止火災擴散蔓延；一旦火災被及時撲滅，系統又恢復到原來的監控狀態。圖 22 火災自動報警系統示意圖 基本性能 圖23為火災自動報警系統結構及功能關系圖。從圖中可以得知：高層建筑及智能建筑中的火災自動報警系統是以火災現象為監測對象，根據防火、滅火要求和特點而設計、構成和工作的。是一種及時發現和通報火情，并采取有效措施控制和撲滅火災而設置在高層建筑或智能化建筑物中的自動消防設施，是將高層建筑或智能化建筑中的火災消滅在萌芽狀態，減少火災危害及其損失的有力工具。隨著社會的進步和經濟繁榮，火災自動報警系統作為有效的消防技術手段之一，也越來越顯示出它的重要性。火災自動報警系統以先進的火災控測技術和獨特的報警裝置的高分辨率，不但能報出大樓內火警所在的位置和區域，而且還能進一步分辨出是所連接的哪一個裝置在報警以及裝置的類型、本大樓消防系統的具體處理方式等；系統可以使大樓的燈光、照明、配電、音響與廣播、電梯等裝置，通過中央監控裝置或系統實現聯動控制，實現通信、辦公和保安系統的自動化。所以，從消防安全需要出發，高層建筑或智能化建筑火災自動報警系統應該采用相關規范要求的系統設計模式[24]。一般來說，火災自動報警系統應具備以下幾個方面的性能要求：（1）具有模擬量或智能化火災探測方法和總線制系統結構；（2）現場火災探測器或傳感器能采集動態數據并有效傳輸；（3）報警控制器具有火災識別模型，火災報警可靠及時，誤報率低；（4）系統具有報警閾值自動修正、靈敏度高等判優等功能；（5）系統工作穩定，兼容光煥發性強，消防設備聯動控制功能豐富，邏輯編程便利；（6）系統具有數據共享、電源與設備監控、網絡服務和消防設備管理功能；（7）系統具有良好的人機界面和應用軟件，具有綜合管理和服務能力。圖23 火災自動報警系統結構及功能關系圖 基本要求 “報警早，損失少”，早期發現火災和及時撲救火災是設計火災自動報警系統的出發點和終極點。其目的是能將損失控制在最小范圍內，滿足高層建筑或智能化建筑消防安全方面的性能要求。正是基于這種思想和高層智能化建筑以自救為主的消防指導原則，我國的消防技術規范《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045——1995)（2002年版）、《建筑設計防火規范》(GBJ161987)（2002年版）、《建筑內裝修設計防火規范》(GB50221995)和《火災自動報警系統設計規范》(GB50116——1998)等都對火災自動報警系統及其技術產品提出了以下的一些要求：(1) 確保建筑物內火災探測和報警功能有效，保證不出現漏報真實火災；(2) 克服環境因素對系統的影響，減少系統的誤報率；(3) 確保系統工作可靠穩定，信號傳輸準確及時；(4) 要求系統具有設計靈活性和產品成系列兼容性，適應不同工程需要；(5) 要求系統工程適應性強，系統布線簡單、靈活、方便；(6) 要求系統應變能力強，為工程調試、系統管理和維護諸方面提供方便；(7) 要求系統的性能價格比高；(8) 要求系統聯動功能豐富、聯動邏輯多樣、控制方式有序有效。總之，火災自動報警系統是確保現代高層建筑及智能化建筑免除或減少火災危害的極其重要的安全設施。正確合理地設計、安裝火災自動報警系統是現代高層建筑及智能化建筑電氣設計、施工的一頂重要內容。因此，對于從事消防系統工程和建筑電氣技術工作的工程技術人員而言，系統掌握高層建筑及智能化建筑火災自動報警系統的組成原理、結構特點，熟悉火災自動報警系統主要設備裝置的電路原理、技術性能是極其重要的。 火災探測器原理 火災自動報警控制器 火災自動報警系統的所有設備都直接或間接地與火災報警控制器相連接，火災報警控制器是火災自動報警系統的心臟[25]。雖然各廠家的生產的控制器性能、型號不完全相同，就是同一廠家生產的不同型號的產品性能也有很大的差別，但總的要求都必須符合國標GB4717的標準，控制器的基本功能是：(1) 主備電源 主電源是為火災自動報警系統提供可靠的供電電源服務， 以保證系統正常運行的條件。當備用電池的電壓低于20V時，控制器報故障，這時應關閉維修，以防蓄電池過放而被損壞，影響火災自動報警的正常運轉和監控。(2) 火災報警 這是火災自動報警系統的關鍵部份。當收到探測器（手動報警按鈕、消火栓按鈕及輸入模塊）發來的火警信號時，均可在控制器發出聲、光報警信號；這時火警指示燈亮；顯示首次報警地址號及總數，其余火警可通過鍵盤操作顯示火警地址；鎖定時鐘顯示，直至火警復位，才顯示實際時間（年、月、日、時、分）。(3) 故障報警 故障報警即是我們平時說的“誤報”，當出現這種情況時，故障指示燈亮；發出長音故障音；顯示首次故障地址號及類型號；鎖定時鐘顯示，直至故障復位，才顯示實際時間；故障情況下出現火警時，則由故障報警自動轉化為報火警；當火警被清除后，又恢復故障報警。因此，盡量減少故障報警是提高火災自動報警系統準確率的極其重要的一環。(4) 自動巡檢 自動巡檢功能好像公安巡邏民警巡查社會治安狀況一樣，當火災自動報警系統長期處于監控狀態，為了檢查系統工作是否正常，控制器設置檢查鍵。處于檢查狀態時，凡是運行正常的部件均能向控制器發回火警信號，此時控制器做出相應反應，說明整個報警系統工作是正常的。(5) 自動打印和記錄功能控制器能保存供火災調查用的永久性的火警和故障信息，并可隨時調用。(6) 隔離功能 火災自動報警系統安裝完畢后，電源接通后，系統就開始注冊，自動完成對每個部件賦予部位號。系統運行某個部件出現故障時，為了保證系統正常運行，就對故障部件實行手動關閉（隔離）。這就是隔離功能。(7) 聯動控制 聯動控制有自動和手動兩種方式，用功能鍵進行選擇。（8）火災報警控制器產品型號編制方法火災報警控制器產品型號編制方法[26]是按照“中華人民共和國專業標準ZB C8100284”執行的，其編制方法如圖24所示。火災報警控制器代號號碼號JBCQG20主參數結構特征代號分類特征代號應用范圍特征代號號碼號號消防產品分類代號號⑥⑤④③②①圖24 火災報警控制器型號編制方法 火災自動報警系統的線制 火災自動報警系統的線制是指探測器和控制器之間的連線數量及其相應的技術，連線數量的多少關系到設計的工作量、施工的難度、系統的可靠性、系統的運行機制和工程的成本。多線制系統在大規模集成電路出現之前，出于對探測器體積和質量的限制，探測器本身沒有編碼器，為了確定大量探測器的位置，將每個探測器的引線直接連到控制器，在控制器的接線處標明該探測器的位置，這就實現了火災報警到部位的功能。圖25為多線制火災自動報警系統連線圖。控制器123n 圖25 多線制火災自動報警系統連線制總線制系統20世紀80年代以來，大規模集成電路的出現，使得每個探測器給定一個特定的編碼地址成為可能。編碼地址和探測器的平面配置圖互相對應，只要知道了編碼地址也就知道探測器的部位。手動報警按鈕、消火栓按鈕、輸入模塊和輸出模塊等部件，也采用同樣的方法進行編碼。編碼方式有下面幾種：(1) 機械編碼。最早的編碼器用8位撥碼開關設置地址碼，撥碼開關按二進制方式進行編碼，其中第8位不用。(2) 電子編碼。用電子編碼器通過有線的方法對探測器、模塊和火災顯示器等進行電子編碼。其原理是：將探測器或模塊的兩根總線輸入端與電子編碼器的總線輸出端相連，電子編碼器可對探測器的地址碼、設備類型、靈敏度等進行設定、讀出和刪除；也可以對模塊的地址碼、設備類型、狀態參數進行設定、讀出和刪除。(3) 預置編碼 。近年來有的廠家在出廠時，就將探測器的唯一地址碼設置好。現場調試人員只要將所使用的探測器的地址碼讀出，標在設計圖上，然后在相應的地址碼上將該部件的位置名稱輸入主機。傳輸系統傳輸系統的功能是傳遞現場設備、部件（如探測器）與微處理器之間的所有信息。一般采用專用的阻燃的雙膠線或電纜傳輸信號，傳輸距離最大為12001500m。為了減少導線損耗的影響，常常采用的是間接傳輸方式：即有頻率傳輸和數字信號傳輸等。 傳統火災自動報警系統傳統火災自動報警系統是指1995年以前，我國生產的火災探測器都是開關量火災探測器，由于探測器的輸出只有兩種狀態，用軟件方法進行信號處理也十分簡單，人們將這樣的系統稱為傳統火災自動報警系統。從設計角度來說，傳統火災自動報警系統設計范圍根據工程建設規模的大、小；保護智能建筑的對象（防火等級的二級、一級、特級）；聯動功能的簡單、較復雜、復雜；消防管理機構設置的形式等等。傳統的火災自動報警系統規模大小分為區域報警系統、集中報警系統、控制中心報警系統三種基本形式[27]。 現代火災自動報警系統隨著微電子技術和計算機軟件技術在消防產品中的大量應用，集成化、智能化和網絡化程度的不斷提高，火災自動報警系統的結構形式越來越靈活多樣，很難精確劃分幾種固定模式。而微型計算機極強的運算能力、眾多的邏輯功能等優勢，對改善和提高系統的快速性、準確性、可靠性方面顯示出強大的生命力。在火災報警控制器性能改進方面，產生了可尋址開關量報警系統。模擬量探測器的誕生，使得用軟件處理火災信號的能力大大地提高，產生了許多新的算法，推動了火災自動報警技術的進步。為了后續章節研究的需要，這里作重點簡介。工作原理圖26是一個以微型計算機為基礎的現代火災自動報警系統的基本原理。系統中，火災探測器、消防聯動設備等必須通過輸出接口才能與微處理器相連。(a) 基本原理(b) 基本