城市互联消防安全数字化监控系统的设计与实现

0 引 言
    消防作为现代城市安全系统的一个组成部分，随着现代城市的迅速发展已越来越显示其重要性。但目前市场上的城市建筑消防安全系统大多是单一的，功能简单的报警装置，不利于接警、处警，严重制约了建筑物的安全防护，延误了消防队的作战抢救时间。通过对各种火灾事故发生的原因调查和统计，发现火灾大多数是由于人为因素导致火灾信息漏报、迟报和报警设备未及时开通造成的。为此，建立城市建筑消防安全数字化系统，把每个建筑物的消防系统联成网络，具有十分重要的意义，网络化的监控管理也是消防发展的必然趋势。目前的城市消防工作主要还是以单位为基础，独立自成系统，这种模式在规模较小的城市中还是比较适合。然而随着城市规模的扩大，这种分散式的系统就显示其局限性。第一，分散的系统不易于集中管理。作为城市消防的管理者必须深入每一个单位实地调查消防工作，难免漏管失控。第二，信息不能及时反馈。对于被检查单位的现场情况、整改情况不能及时得到信息。第三，作为消防基层单位，由于层次参差不齐，重视程度不同等原因，当灾情降临时也可能不能及时发现，以致火势蔓延。
    现实状况要求现代化城市消防必须形成一张无所不在的安全防范网，它时刻监视着城市的每一个角落，可以及时了解当地的现场情况，当有重大异常情况发生时，立即以醒目的方式向监控者报告。同时它也是城市消防状况的资料库，可以随时查询下辖管区的资料信息，并备案存储。现代科技的发展为这种要求提供了充分的技术保障。随着互联网技术的飞速发展，互联网与人们的生活联系越来越紧密。互联网不仅为人们提供了浩如烟海的网络信息资源，成为人们了解世界的窗口，而且将互联网与现有的工作模式结合，充分发挥互联网快速、信息共享的优势，对于提高现有的工作效率增强职能部门的管理将起到重要的作用。

1 系统组成
    建设城市互联网消防监控系统是一个系统工程。由于它涉及城市的各个单位、消防管理部门以及互联网技术提供商，因此它是一个复杂的工程。然而一旦它运转起来，带来的社会效益无疑是巨大的，图1为城市消防网络监控系统的示意图。

    作为互联消防监控系统的基石是分散的各个单位消防监控室，它既是消防信息的提供者又是受益者。每个单位负责本单位的消防信息的收集，报警系统的维护以及具体状况的处理。这一部分是最基本的，同时也是最重要的。如果这部分报警系统处于瘫痪状态，信息的收集将无从谈起，更不用说监控者的监控。只有单位的报警系统处于实时监视状态，及时发现早期火灾隐患，一方面可以及时通知单位值班员，另一方面即使单位值班人员疏忽，也可向城市监控者反映，由城市监控中心及时处理，以免酿成大祸。这一点在现实生活中具有重要的实际作用，可以说这种双重城市消防保险可以预防许多火灾隐患，城市消防监控中心一般设在消防大队里，作为火灾发生前的最后一道保险，它的作用也是非常重要的。因为实际生活中由于种种原因并非每个单位都能完全落实值班制度，在这种状态下这个城市的某个角落就处于失控的危险，一旦有险情往往灾祸是不可避免的。而如果建立了城市消防数字监控网，当值班者发现某处异常情况，首先通知当地值班者，而当灾情有不断升级的迹象时，即可当机立断通知消防部门赶赴现场。在平时这里也是全市消防资料的所在，各个部门的历史状况，重点部门信息，单位信息可以在需要时及时查询。作为连接单位与城市消防监控中心之间桥梁的互联网络一般由当地的电信部门提供，随着现代网络的普及以及不断的技术升级比如宽带网络、光纤、综合信息网络等，信息接入将越来越容易。
    各个单位的消防监控室是系统组成的关键，是系统的中枢，主要由分布在探测控制现场的智能型火灾探测器、控制模块和消防监控室的火灾报警控制器等组成。智能型火灾探测器通过对现场环境的烟雾浓度和温度的探测，将其变为电信号，并做相应的处理，然后将数据传送给火灾报警控制器；火灾报警控制器接收数据并进行处理和判断，确定火灾存在与否。若处理的结果为火警状态，则发出报警信号，并启动相应的控制模块，如启动消防泵、风机等，目前市场上比较流行的智能化火灾自动报警控制系统主要由秦皇岛海湾公司和科大创新公司生产。
    城市互联消防安全数字化监控系统采用了无极性的总线传输方式，微功耗设计，专用柔性地址编解码寻址等先进技术，先进的系统组网方式和通信协议，通过网络路由器组网容量可达任意节点，并可将不同厂家的系统连成网络。能够完成对外界环境参数变化的补偿，存储环境参数变化的特征曲线，极大提高了整个系统探测火灾的实时性，准确性。城市互联消防安全数字化监控系统作为市场上的升级换代产品，可以很好地完成现有的系统改造和新建筑的设计安装，有着广泛的市场应用前景，比当前的各种火灾报警控制系统更具有市场竞争力。
    同时控制器网络接口模块也是连接火灾报警控制器和网络的关键部分，目前的大多数消防企业所生产的火灾报警控制器一般提供RS 232接口或者RS 485接口，有的提供CAN总线接口。总的来说，RS 232，RS 485和CAN总线接口代表了目前火灾报警控制器向外界提供数据接口的绝大部分。城市互联消防安全数字化监控系统采用集中智能系统结构或分布智能系统结构，网络通信系统结构可在这两种系统基础上形成，特殊之处是将计算机数据通信技术应用于火灾报警控制器，使控制器之间能够通过Ethemet及TokenRing，Token Bus等通信协议，以及专用通信线或总线(RS 232，RS 422，RS 485)交换数据信息，实现火灾监控系统层次功能设定、远程数据调用管理和网络通信服务等功能。这样再配以分布智能数据处理方式，就能适应高性能火灾监控系统的发展需要，为城市消防数据信息网络系统建设奠定基础并满足未来发展需要，并通过TCP／IP这种主流网际互联协议加软件接口的方式实现不同的消防火灾报警系统之间的数据通信和互操作性，这是一种比较完美的解决方案。为此，设计了一个通用的智能型接口转换器，即将RS 232，RS 485和CAN总线接口作为一个端口，而将TCP／IP和Modem接口作为另一个端口，实现终端数据到网络的接口转换功能(如图2所示)。

2 软件设计
    以上只是粗略地概述了城市互联消防安全数字化监控系统的体系结构及其硬件环境。具体完成这样的网络系统同样重要的是其软件环境，构成这样的系统将采用流行的客户机——服务机体系。单位端作为服务机是信息的提供者，监控者作为客户机是信息的采集者。监控者可定时向服务机发送请求信息命令，服务机接收到命令后将本单位信息依据等级状况向监控者反映，譬如当只有一个探测器报警时向客户机发送低等级预报，而当有多个探测器报警时发送高等级预报。这样可以防止某个探测器发生误报，引起不必要的动作，同时作为城市消防监控中心也可根据预报的等级程度对于重点部门加以重点监控，例如当某个单位有多个探测器发出警报时对于该地点可增加巡检次数。
    图3是服务器和客户程序的框架结构示意图。

    服务器端的巡检模块一般通过计算机的RS 232口与报警控制器相连，报警控制器具体负责本单位的所有探测器的检测，一旦发生异常情况由显示模块在计算机屏幕上指示其具体位置，同时记入本地资料库中。
    联动模块可设定为自动和手动两种。自动模式下当异常情况满足预先设定条件时，经过延时可自动启动响应设备譬如警铃、喷淋泵等。
    资料查询摸块可以对原有的报警记录进行查询，对现有设备运行状态也可进行查询，做到心中有数。
    通信模块负责与城市消防监控中心的通信，当城市消防监控中心发来查询命令时，可将本地状况向监控者反映，同时一旦发生异常情况也可依据等级程度自动向监控者反映，以免当无人值班时发生情况遗漏。
    客户端的通信模块平时可自动向各个单位发送巡检命令，了解当地状况，考虑到覆盖面较大，巡检周期较长，因此也应同时能快速响应服务器主动发送来的信息。
    城市图形显示模块可以显示整个城市的平面图，并且可以漫游，放大，自动定位等。当有异常情况出现时可以自动找到出事地点，自动定位放大，并以醒目的方式向监控者显示，同时在数据库中查找相应单位的资料信息提供给监控者，以利监控者采取行动。
    数据库操作模块负责各个单位的信息存储、查询、更新等操作。由于其规摸一般较大，而且在异常情况出现时应能快速查找相应资料，所以一般采用比较大型的数据库如SQL Server，Orcale，Power Builder等。作为服务机上的数据库一般规模较小，可以考虑直接用文件存储或者Foxpro，Mysol，Accsess等。
    智能型火灾报警控制器的软件主要由主程序，串行中断服务程序，定时器中断服务程序等组成。键盘信息的读取采用查询方式，当有键盘输入时，则转入相应的子程序进行处理。定时器中断服务程序主要完成探测数据的显示、更新。串行口中断服务程序主要用于同楼层显示器的通信。在软件设计中当需要判断探测器探测到的现场状况时，还采取了诸如取算术平均数等滤波算法对干扰等异常信号进行滤波处理。
    以上介绍的城市互联消防安全数字化监控系统笔者已经在小范围局域网内部实现，并取得了满意的效果。程序架构采用的就是客户／服务机，客户、服务机均用Visual c++ 7.0实现，客户机与服务机之间通信采用TCP／IP协议，利用socket套接字进行数据的发送与接收。数据库服务机端采用Access，客户机端采用SQL Server 8．0，客户机操作系统为Windows NT，服务机操作系统为Windows XP。

3 结 语
    城市消防是一个古老而又年轻的事业，随着时代的发展不断赋予其新的活力与内容，将互联网与消防技术相结合，对于减少城市火灾隐患，提高城市消防安全水平有着重要的现实和经济意义。但要想从根本上解决我国消防系统的落后状况，在加强城市建设管理，增加消防现代化设备投入的同时，更重要是用科技含量高、反应速度快的“城市互联消防安全数字化监控系统”，使之能够实时监控整个城市火灾自动报警设备的运行情况，并能够在火灾发生时科学地分析周边的地理环境、水源等情况，将火灾的隐患消灭在萌芽状态。“城市互联消防安全数字化监控系统”的应用可以加强对联网单位值班人员的管理，加强对在役的火灾自动报警设备的管理，促进设备生产厂家技术不断更新及发展。