關(guān)于實體火災實驗信息處理技術(shù)實現(xiàn)方案設計的研究

張強 馮文菁

摘 要 本文結(jié)合消防救援實體火災實驗室、煙熱訓練室等建設需求，首先將火災實驗信息按照采集方式、實驗參數(shù)類型及所使用測量設備進行分級，然后依次針對各級信息的結(jié)構(gòu)特點，從實驗信息采集、加工、存儲和輸出四個方面對五級實驗信息的處理方式依次進行闡述，直接支持火災實驗數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)的設計開發(fā)。

關(guān)鍵詞 實體火災;實驗信息;消防應急救援

引言

建立適用的處理技術(shù)，完成從測量設備到實驗參數(shù)的測量從而完成火災實驗信息的獲取，進而保存、輸出信息以完成實驗研究，這是火災實驗信息處理技術(shù)的需求所在。

在設計實體火災實驗信息處理技術(shù)的過程中，著眼于客觀存在，即綜合實體火災實驗室涉及的火災實驗信息類型特征，兼顧實驗室發(fā)展要求，從實驗研究內(nèi)容、數(shù)據(jù)信息組成、類型等不斷變化的角度考慮，進而提高實體火災實驗信息處理技術(shù)的兼容性。

1火災實驗信息級別劃分

圖1所示的火災實驗信息處理過程的特征圖。從圖1中可以看出，在火災實驗信息處理過程中，其信息類型不同致使處理方式（采集、加工、存儲和輸出各環(huán)節(jié)）也不相同。而相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)需要詳細、具體地闡明火災實驗信息處理技術(shù)，所以，本文按測量設備的獨立性、自動化程度以及信息處理方式異同，對火災實驗信息進行了分級，以便火災實驗信息處理技術(shù)內(nèi)容覆蓋實體火災實驗室的建設目標。具體分級結(jié)果見表1。信息級別劃分主要是依據(jù)火災實驗信息的采集方式、信息類型及所使用測量設備類別進行的[1]。

本文按信息級別分別闡述處理技術(shù)四個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方案。

2一級信息的處理技術(shù)

通過單參數(shù)測量設備可實現(xiàn)一級信息的采集、加工。

2.1 單參數(shù)測量設備工作原理

單參數(shù)測量設備核心部件是傳感器。按照內(nèi)部工作原理的不同可劃分為兩種類型。一種是利用物理效應，例如壓電、光電、熱電和磁化效應等。另一種是利用化學效應，例如同離子效應、化學吸附效應等。二者工作原理不同，但最后都能將被測參數(shù)的恒定狀態(tài)或細微改變對應轉(zhuǎn)換，獲取相應的動態(tài)電信號。

傳感器技術(shù)應用范圍日益擴大，精度和智能化程度不斷加深，是測量設備未來發(fā)展的方向。而目前火災實驗中所使用的大部分是比較基礎的傳感器，必須配合相應儀器設備才能完成實驗參數(shù)的采集工作。

單參數(shù)測量設備工作原理：針對傳感器送出的電信號，通過轉(zhuǎn)換設備將該電信號變換得到數(shù)字，然后輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。

2.2 采集與加工技術(shù)

（1）設備的選擇

傳感器可根據(jù)實驗需要進行選擇，目前使用過的傳感器由溫度、輻射、壓力、流量，種類雖然多，但工作原理基本相同。

為了滿足軟件系統(tǒng)網(wǎng)絡化需要，適應儀器設備發(fā)展，選擇Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器作為傳感器的配套儀器，共同組成單參數(shù)測量設備。圖2所示為Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器，圖3所示為Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器的工作電源。

（2）采集與加工的原理

將電源、Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器和傳感器設備三者的正負極導線兩兩連接，然后通過網(wǎng)線連接Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器和路由器的網(wǎng)線連接端口，設置Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器的信號轉(zhuǎn)換公式，最后，利用網(wǎng)線將路由器與計算機主機連接。

傳感器實現(xiàn)電信號的采集并傳輸至采集器;Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器利用設定的轉(zhuǎn)換公式將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸?shù)街付ㄎ恢谩?/p>

（3）采集與加工技術(shù)示例

溫度、壓力、流量、輻射熱強度等傳感器設備的輸出的信號形式主要分為兩種、即電流信號和電壓信號，而針對這兩種形式的信號，利用兩種型號的Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器進行加工兼容：選用DAM-E3039F型號數(shù)據(jù)采集器對電流信號進行線性轉(zhuǎn)換，選用DAM-E3058F型號的數(shù)據(jù)采集器對電壓信號進行線性轉(zhuǎn)換。如圖4所示。兩種數(shù)據(jù)采集卡都能將所采集的信號量程對應轉(zhuǎn)化為0～65535的數(shù)值量程。因此，對于實驗者而言，將各個傳感器設備所采集參數(shù)數(shù)值的量程范圍與數(shù)據(jù)采集卡所輸出的0～65535的數(shù)值范圍做線性轉(zhuǎn)化，就可獲取相應的參數(shù)數(shù)據(jù)信息。其工作原理是：首先，通過K型鎧裝熱電偶、熱流密度傳感器等電子傳感探測裝置得到實驗所需的電信號;然后經(jīng)過信號平滑電路，利用智能單片機（16位）對該電信號依次進行程控放大、阻抗轉(zhuǎn)換、高精度A/D采集轉(zhuǎn)換的處理;最后得到具有EIARS-232接口通訊功能，且適用于計算機提取運算和加工的串行信號。以流量參數(shù)轉(zhuǎn)換公式為例：

對于其他不需加載負載電阻的傳感器裝置，將設備所測量參數(shù)的量程與Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)采集器輸出數(shù)值的量程進行線性轉(zhuǎn)化，即可加工獲取所測參數(shù)的數(shù)值。

2.3 存儲技術(shù)與輸出方式

一級信息的存儲內(nèi)容按照數(shù)據(jù)類別區(qū)分，主要包含設備信息和實驗參數(shù)，設備信息表示數(shù)據(jù)的信息來源，實驗參數(shù)表示采集獲取的結(jié)果。數(shù)據(jù)的格式是量化的信息參數(shù)，即以數(shù)字表格的方式截獲，選擇數(shù)據(jù)庫表格形式進行存儲。信息輸轉(zhuǎn)、輸出內(nèi)容應用數(shù)據(jù)庫表存儲的數(shù)據(jù)，輸出方式選擇以數(shù)據(jù)表格、根據(jù)數(shù)據(jù)表繪制的曲線圖方式輸出，輸出內(nèi)容可以導出[2]（見圖4）。

3二級信息的處理技術(shù)

3.1 采集與加工技術(shù)

二級信息采集與加工由多參數(shù)測量設備完成，該測量設備一般為多傳感器組成，是多個單參數(shù)測量設備的集成，這也是測量設備的發(fā)展趨勢。

二級信息的采集與加工技術(shù)與一級信息的類似，此處不重復贅述。

多參數(shù)測量設備將采集與加工功能封裝在一起，設備內(nèi)部設有獨立的信息存儲部件，可以直接在其設計的數(shù)據(jù)存儲位置獲取實驗數(shù)據(jù)信息，并通過網(wǎng)絡傳輸?shù)街付ㄎ恢谩?/p>

3.2 存儲技術(shù)與輸出方式

二級信息可以直接在測量設備的數(shù)據(jù)存儲位置獲取實驗數(shù)據(jù)信息，并通過網(wǎng)絡傳輸?shù)街付ㄎ恢谩４鎯夹g(shù)與一級信息的解決方案相同，只不過多個實驗參數(shù)對應多個列表。二級信息的存儲內(nèi)容主要包含設備信息和實驗參數(shù)，其中，設備信息表示信息的來源，實驗參數(shù)表示信息截獲結(jié)果。二級信息大部分屬于量化信息，以數(shù)字方式存在，選擇數(shù)據(jù)庫表格存儲方式。輸出內(nèi)容是數(shù)據(jù)庫表存儲的數(shù)據(jù)。輸出方式選擇以數(shù)據(jù)表格、根據(jù)數(shù)據(jù)表繪制的曲線圖方式輸出，輸出內(nèi)容可以導出[3]。

4三級信息的處理技術(shù)

4.1 采集、加工技術(shù)特點

三級信息主要利用攝像頭等視頻工具完成采集、加工過程，攝像頭與軟件系統(tǒng)通過網(wǎng)線連接在一起，圖片視頻數(shù)據(jù)信息通過Ethernet（10M/s）傳遞至指定的存儲位置。

三級信息的質(zhì)量取決于影像錄制系統(tǒng)的性能水平，影像錄制系統(tǒng)在出廠之前，生產(chǎn)商已經(jīng)將采集、加工技術(shù)設計并封裝在系統(tǒng)之中。實驗室在配置此類設備時，可按照實驗具體需求購置設備。因此，三級信息的采集、加工技術(shù)取決于影像錄制系統(tǒng)的配置水平。

4.2 存儲與輸出方式

影像類信息主要以視頻、圖像文件方式和二進制數(shù)據(jù)庫表方式進行存儲。火災實驗中常用的影像錄制設備一般以影像文件輸出采集、加工好的信息，因此，三級信息選擇文件方式進行存儲。其中，對于影像信息結(jié)構(gòu)的特殊性，只能選擇相應播放器作為信息輸出方式[4]。

5四級、五級信息的處理技術(shù)

四級信息的采集與加工依賴于手工操作測量設備及其使用者。該類測量設備一般沒有數(shù)據(jù)輸出接口，只能通過人工讀取測量結(jié)果，然后將測量結(jié)果記錄或錄入到存儲媒體中。四級信息具有量化格式，其存儲和輸出方式與一級信息的相同，在此不再贅述。

五級信息的采集與加工完全依賴于實驗者，只能通過人工采集、加工方式獲得，以文字或符號形式對實驗狀態(tài)相關(guān)信息進行描述，該類信息以手工錄入并保存到相應的存儲位置或相應的文件中。

6結(jié)束語

本文首先將火災實驗信息按照采集方式、實驗參數(shù)類型及所使用測量設備進行分級，然后依次針對各級信息的結(jié)構(gòu)特點，從實驗信息采集、加工、存儲和輸出四個方面對五級實驗信息的處理方式進行了闡述，直接支持火災實驗數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)的設計開發(fā)。

參考文獻

[1] 鄭忠濤.實體房間火災試驗系統(tǒng)的設計與開發(fā)[D].南京：東南大學，2012.

[2] 百度文庫.關(guān)于事物運動的狀態(tài)和規(guī)律的表征[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/207a8ed2ce2f0066f5332287.html，2013-13-9.

[3] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.火災試驗表面制品的實體房間火試驗方法標準：GB/T 25207.2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[4] 劉惠珠.實驗教學與實驗室管理平臺的設計與實現(xiàn)[D].濟南：山東大學，2013.