江 濤，陳 進，徐慧鵬，董功云

（江南大學 機械工程學院，江蘇 無錫214122）

基于GPRS的智能消防信息管理系統(tǒng)設(shè)計

江 濤，陳 進，徐慧鵬，董功云

（江南大學 機械工程學院，江蘇 無錫214122）

為了盡量避免盲目報送火警信息以及因為自身故障而漏報火警信息的情況，以及快速準確的處理火災隱患，提高消防系統(tǒng)可靠性，開發(fā)了基于GPRS的智能消防信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)24小時無縫隙監(jiān)控、短信提示、值班查崗功能來確保工作人員收到報警信息，及時處理火災隱患。此外，系統(tǒng)綜合考慮溫度、煙霧、氣體濃度以及工作環(huán)境等因數(shù)，提出了智能分析方案，能夠在一定程度上能夠減少因火災給人們帶來的危害。實際測試表明，系統(tǒng)能夠達到設(shè)計要求。

GPRS；短信提示；消防管理系統(tǒng)；火災隱患；智能分析

隨著計算機信息技術(shù)的快速發(fā)展，消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)普遍應用到社會生活中。然而不幸的是，從一些火災事故現(xiàn)場的調(diào)查分析情況來看，很多是由于室內(nèi)的探測器不能工作、火災報警控制器沒有正常運轉(zhuǎn)、聯(lián)動設(shè)備沒有啟動等因素造成了火災延報、漏報，而錯過了最佳的救助和滅火時機，這將給受災人們帶來的是致命的災難[1]。通常情況下常常在小區(qū)或大型建筑會配有消防相關(guān)專業(yè)人員上班，來保證火災報警設(shè)備正常運行。但現(xiàn)實生活中很多值班人員的上崗率非常低，并且經(jīng)常存在脫崗的情況，這將帶來很大的消防隱患[2]。文中主要探討一種基于GPRS的智能消防信息管理系統(tǒng)，實時監(jiān)控設(shè)備現(xiàn)場狀態(tài)，解決由于管理人員視覺疲勞或工作人員脫崗等人為因數(shù)造成的隱患，并且能自主提醒工作人員火災應急處理方案，從而減少人力物力，準確快速處理火災隱患，提高火災監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成：傳感器與聯(lián)動設(shè)備參數(shù)采集模塊、參數(shù)信息傳輸模塊以及后臺數(shù)據(jù)分析處理模塊。主要工作原理如下：設(shè)計一塊單片機微處理器與所購消防主機相連，用來采集與消防主機連接的各單位數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)通過GPRS和Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸給終端系統(tǒng)，通過終端系統(tǒng)的后臺處理模塊分析數(shù)據(jù)，提取所需信息并存儲進數(shù)據(jù)庫，最后在管理軟件上顯示出來。終端服務(wù)系統(tǒng)提供參數(shù)報警，智能分析以及短信提示功能。總體設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 參數(shù)采集模塊設(shè)計

參數(shù)采集模塊數(shù)據(jù)采集主要通過各單位消防主機采集其下各傳感器、聯(lián)動設(shè)備傳來的溫度、煙霧、氣體濃度信息以及各聯(lián)動設(shè)備開關(guān)量等等。其中溫度、煙霧及氣體濃度作為火災發(fā)生可能性的判斷依據(jù)，各聯(lián)動設(shè)備開關(guān)狀態(tài)作為事發(fā)地點安全保障功能可靠性大小的判斷依據(jù)。微處理器與主機相連，截取主機獲得信息，所有數(shù)據(jù)通過微處理器存儲提取，由終端后臺服務(wù)軟件分析。

考慮到國內(nèi)市場主要存在兩類消防主機，一類是出現(xiàn)較早，技術(shù)相當成熟，經(jīng)過時間考驗的RS485總線技術(shù)的消防主機[3]（代表產(chǎn)品：海灣消防主機）；另一類是新興發(fā)展并盛行起來的CAN總線技術(shù)的消防主機，這類消防主機性能好，總線利用率高[3]（代表產(chǎn)品：北大青鳥消防主機）。微處理器設(shè)計必須兼容這兩類主機，通過RS485和CAN總線，讀取前端傳感器數(shù)據(jù)進行分析處理。

微處理器選取 STM32F103RCT6為主 MCU，STM32F103RCT6使用高性能的ARMRCortexTM-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72 MHz，內(nèi)置256K字節(jié)的閃存和48 K字節(jié)的SRAM），豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)，可工作于-40° C至+105°C的溫度范圍。火災檢測控制板詳細框圖設(shè)計如圖2所示。

圖2 火災檢測控制板框圖

控制系統(tǒng)由+5 V外部電源供電，通過DC-DC電源芯片轉(zhuǎn)換成+3.3 V給STM32F103 MCU，系統(tǒng)也可以通過外置的3.3 V鋰電池供電，雙電源供電系統(tǒng)保證了在外部+5 V電源意外掉電的情況下，系統(tǒng)仍然能繼續(xù)工作。

采集數(shù)據(jù)過程中由于溫度，氣體濃度數(shù)皆非整數(shù)，不符合要求，需進行調(diào)整。對溫度數(shù)據(jù)取整，誤差±1°。同理對氣體濃度數(shù)據(jù)處理（如果有必要，乘以一定基數(shù)）。

3 通信方式選擇

系統(tǒng)具備短信提示功能，在短信發(fā)送模塊，考慮到功能需求較低，2G網(wǎng)絡(luò)完全夠用，采用全球移動通信系統(tǒng) （Global System for Mobile Communication，GSM）。短信提示功能流程如圖3所示，終端軟件接收到報警或故障，離線信息，從數(shù)據(jù)庫未處理信息表提取報警類容，報警等級，發(fā)送對象，通過TC35機器發(fā)出短信提示。短信格式大致為：樓層地址+報警設(shè)備+設(shè)備狀態(tài)+報警等級。設(shè)定報警延時T，如果當前時間減去報警時間之值大于T，則火警級別自動加1級，根據(jù)報警級別不同，短信發(fā)送內(nèi)容不同，最高等級設(shè)為3級，若報警級別達到3級，則發(fā)送對象指定為該單位全部注冊人員或消防單位。接受對象可以根據(jù)設(shè)備狀態(tài)，報警等級決定優(yōu)先處理順序，以及選擇誰來處理。從而避免所有信息雜亂盲目處理，導致報警、故障信息未能及時處理，與此同時也影響企業(yè)工作效率。

系統(tǒng)選擇通信方式時，考慮到客戶所在地點以及工作環(huán)境不確定性，分布范圍可能較廣等因數(shù)，建立無線基站的可行性近乎為零。此外無線基站耗資巨大，建設(shè)周期長、維護困難，且使用時需申請頻道[4]。相對來說低功耗、低成本的GPRS技術(shù)則成了大家廣泛選擇的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，GPRS技術(shù)具有經(jīng)濟（按流量計費）、安全、可靠、24小時在線、覆蓋面廣等優(yōu)點[5]。系統(tǒng)采用GPRS DTU模塊與單片機相連（后期可以考慮將微處理器和GPRS DTU整合成一個單片機模塊）。通過GPRS DTU可實現(xiàn)無線遠程數(shù)據(jù)傳輸，將單片機獲得的數(shù)據(jù)傳輸給終端服務(wù)器，終端服務(wù)器配備有comway無線串口軟件，設(shè)定好虛擬串口用來接受數(shù)據(jù)。

圖3 短信發(fā)送原理圖

表1 主機信息表

在工業(yè)控制系統(tǒng)中，往往利用PC機作為上位機，單片機作為下位機，形成一個主從系統(tǒng)[6-8]，基于GPRS的智能消防信息管理系統(tǒng)采用這種主從系統(tǒng)，PC機與單片機之間通過串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令信息傳遞。在遠程管理系統(tǒng)中，由于Delphi具備強大的數(shù)據(jù)庫開發(fā)應用能力，可視化的工作環(huán)境等等優(yōu)點備受開發(fā)人員青睞[9-10]。另選擇相對簡單并且適用性較強的spcomm控件進行串口通信。

數(shù)據(jù)庫存儲各個微處理器傳來的報警故障信息，考慮到消防主機型號可能不同，探測器對應消防主機也可能不同，應加以區(qū)分，保證接收到的報警數(shù)據(jù)所對應的消防主機，客戶單位一致，以便確定采集數(shù)據(jù)準確以及方便其他操作。系統(tǒng)通過讀不同串口數(shù)據(jù)區(qū)分具體哪臺主機發(fā)出的報警數(shù)據(jù)，其中相關(guān)數(shù)據(jù)庫主機表設(shè)計大致如下：

利用串口區(qū)分報警信息，主要代碼如下：

4 終端軟件設(shè)計

在數(shù)據(jù)庫應用方面，SQL Server具有價格低，功能全面，數(shù)據(jù)處理能力強，易操作等優(yōu)點[11-12]，廣泛被中小型企業(yè)所接受。終端軟件開發(fā)環(huán)境選擇的是Delphi7.0編程軟件，采用SQL Server2008數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，終端軟件需要實現(xiàn)對所有注冊設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控。數(shù)據(jù)庫初始設(shè)定默認所有注冊設(shè)備狀態(tài)為在線狀態(tài)，通過實時查詢數(shù)據(jù)庫信息實現(xiàn)對設(shè)備現(xiàn)狀的即時監(jiān)控，如圖4（圖中狀態(tài)通過模擬數(shù)據(jù)獲得）。設(shè)備狀態(tài)一般有4種：報警、故障、離線以及在線，對應單片機采集存儲數(shù)據(jù)一般為16進制數(shù)據(jù)。單片機最終存儲數(shù)據(jù)形式為：02 01 00 04 00 00 00 81 86 03；總共10個字節(jié)，分別代表意義如下：

圖4 設(shè)備現(xiàn)場狀態(tài)示意圖

終端軟件采用智能分析方案，工作原理如圖5所示，對于出現(xiàn)的報警信息，先判斷是否屬于溫度（煙霧）報警，應公司要求對于同一地點指定時間內(nèi)出現(xiàn)溫度、煙霧兩種報警，即視為該地發(fā)生火警。

對于單一的溫度 （煙霧）報警或其他傳感器報警，則在檢測工作環(huán)境后，檢測相關(guān)因數(shù)信息，綜合判斷火災可能性，主要參考因數(shù)為現(xiàn)場溫度、煙霧及氣體濃度。

圖5 智能分析方案原理圖

楊宗凱，王殊等前輩對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋算法做過深入研究，認為這種模型能夠輸出我們需要的火災概率[13]。Nohmi Bosai公司的Y.Okayama曾提出一種BP網(wǎng)絡(luò)的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，分別對光電煙霧、溫度、CO等火災信號進行了研究[14-15]，火災概率、危險性判斷規(guī)則可由此得出。其原理是通過分析單位時間內(nèi)溫度，氣體濃度，CO濃度變化量（歸一處理），將其做為輸入值，同時定義適當值對應的火災可能性，危險性，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學習功能推出其他值所對應的可能性，危險性。當檢測到報警信息時，系統(tǒng)采取報警前三分鐘內(nèi)的測量值作為分析對象，最后將火災可能性，危險性歸一處理。

智能分析方案需要綜合統(tǒng)計分析報警設(shè)備，火災可能性，火災危險性，火災類型，火災發(fā)生地點工作環(huán)境等因數(shù)，最后建立知識庫。知識庫存儲不同類別，不同探測器報警，不同概率，危險性所對應火災處理方案。通過Y.Okayama的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法獲得火災概率，危險性，如果將火災發(fā)生概率，火災危險性各分三級，則共有九種方案?；馂念愋椭饕c設(shè)備工作環(huán)境儲存物質(zhì)相關(guān)，常見類型有A、B、C、D、E、F 6種。加入火災類型則有54種處理方案，再根據(jù)火警主要判斷依據(jù)：溫度、煙霧及CO探測器，共有162種處理方案，手動報警方案另立，對于手動報警可自動加重一級處理，最終制定規(guī)則類型大致如下：

If（Category=溫度探測器）and（P＞0.8）and（S＞0.8）and Style=B then輸出：火災，危險等級高，立即聯(lián)系消防員做好B類火警處理措施。

If（Category=溫度探測器）and（P＜0.2）and（S＜0.2）and Style=A then輸出：非火災，危險等級低，溫度探測器可能發(fā)生故障，請查看。

If（Category=CO探測器）and （0.2＜P＜0.5）and（0.5＜S＜0.8）and Style=E then輸出：有可能發(fā)生火災，危險等級較高，做好E類火警處理措施，檢測CO氣體異常，做好防備。

If（Category=手動報警）and （0.5＜P＜0.8）and（0.5＜S＜0.8）and Style=E then輸出：手動報警，危險等級提高一級處理，視為火災，立即聯(lián)系消防員做好E類火警處理措施。

If （Category=煙霧探測器）and （P＜0.2）and（S＜0.2）and Style=A then輸出：非火災，有工作人員在此吸煙或煙霧探測器發(fā)生故障，請查看。

其中 P代表火災可能性，S代表火災危險性，Style代表火災類型，對于上述制定的規(guī)則，可根據(jù)實際報警誤報概率再次整合，修改知識庫，最終可以得到一套相對正確的火警判別處理方案。

對于工作人員脫崗這一現(xiàn)象，系統(tǒng)增加了巡更查詢功能，管理人員不定時發(fā)送查詢?nèi)蝿?wù)，工作人員需要就此及時回復，防止工作人員脫崗。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)設(shè)計之初針對設(shè)備故障，人為因數(shù)造成火災隱患未及時處理這類情況，從短信提示、設(shè)備實時監(jiān)控以及巡更查崗3個方面提出解決方案。此后根據(jù)實際情況需要，系統(tǒng)還提出智能分析方案，有助于正確處理火災，整個系統(tǒng)采用工業(yè)工程思想，能準確快速處理火災隱患，系統(tǒng)設(shè)計之初考略到適用性（兼容RS485和CAN總線兩種模式主機），能適用絕大部分工作環(huán)境。新的系統(tǒng)依然存在自己的不足之處，比如智能分析方面需要的探測器性能要求較高，應繼續(xù)修改方案提高實用性。

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Design of intelligent fire management system based on GPRS

JIANG Tao，CHEN Jin，XU Hui-peng，DONG Gong-yun
（School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

To avoid blindly submitted to the fire due to itself failure and omission fire information，get rid of the fire hazards rapidly and exactly，improve the stability and reliability of fire monitoring system，this intelligent fire management system based on the GPRS network is introduced in the paper.The system can provide SMS notification and routine check functions to make sure the person who is on duty could receive alarm information and mitigate the fire hazard in time.In addition， considering temperature，smoke，gas concentration，work environment and other factors，the system provides dynamical 7*24 hours analysis solutions，to some extent reduce the hazards due to fire.Practical tests show that the system can meet the design requirements.

GPRS；SMS notification；fire management system；fire hazards；intelligent analysis

TN948.11

：A

：1674-6236（2017）02-0040-05

2016-01-14稿件編號：201601100

江 濤（1991—），男，江蘇東臺人，碩士研究生。研究方向：管理信息系統(tǒng)及企業(yè)信息化。