基于消防物联网的消防水系统故障检测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于消防物联网的消防水系统故障检测预警系统及方法，实现对建筑物内的消防水系统单点的实时故障以及健康水平进行实时监控，综合考虑物联网水系统中单点处的历史数据以及实时数据的关系，能够有效快速地发现各个水系统单点可能发生的故障问题并给出警报或者预警；根据算法的结果反馈，能够帮助建筑单位快速锁定消防水系统中需要提升的方面，有助于社会单位进行消防水系统安全风险自查自改，有助于消防监督部门监督执法，有助于降低各建筑单位的消防水系统在灭火时的故障发生率，有助于提高社会单位消防自救能力，有助于提高政府监管部门对各个建筑单位的消防水系统安全水平的实时监管能力。消防水系统安全水平的实时监管能力。消防水系统安全水平的实时监管能力。

【技术实现步骤摘要】
基于消防物联网的消防水系统故障检测预警系统及方法


[0001]本专利技术涉及消防设备检测预警领域，特别是涉及一种基于消防物联网数据的消防水系统故障检测与预警系统。

技术介绍

[0002]随着居民安全意识的提升，对于消防安全水平也愈发重视。为了提高地区消防安全水平，通常会就地设置消防水系统以及其他消防设施，便于消防人员或群众快速获取消防设备和资源，第一时间完成灭火工作。由于消防设施的使用特殊性，要求消防设施保持能够使用的状态，因此对于消防设施的故障检测和预警极其重要。其中对灭火器等设备一类的消防设施，能够通过定期更换设备，有效避免故障等问题，但是对于消防水系统，难以进行更换，还存在大量隐患，包括漏压、过压、漏液、管体破裂等，另一方面，根据火灾调查报告的数据显示，消防水系统设备的运行健康情况对灭火效果起到了极其关键的作用，因此需要对其进行检测。
[0003]在现有的方法中，通常采用相关的消防维保工作人员对消防水系统定期进行故障检测与健康状况监督，包括人工抽样、统计和分析检查等方式，这样的方法存在如下弊端：其一，消防维保工作人员的定期、抽样检查，难以确保消防水系统在每个单点处的实时性能；其二，检测数据由人员记录并上传，数据量小，缺少系统化的检测评估和预警过程；其三，由人工核查，数据收集的效率低下，且容易出现舞弊现象。
[0004]另外，在目前的消防水系统中，虽然在水系统中安装了大量用于检测各重要节点液位液压数值的物联设备，但是这些数据通常仅用于辅助维保人员判断水系统是否正常，各个设备的实时数据和历史数据所包含的信息并没有被充分的利用。另一方面，通过火灾调查报告的数据，不难发现，消防水系统设备的运行健康情况对灭火效果起到了极其关键的作用。因此，基于消防物联网数据，实现实时地、自动化地消防水系统故障检测与预警，对于建筑单位提高消防水系统的健康水平，增强水系统扑灭火灾能力，帮助安全责任人进行日常运维是十分重要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种基于消防物联网数据的消防水系统故障检测与预警系统。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于消防物联网的消防水系统故障检测预警方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：检测传感器获取自身采集的模拟量数据，并单向传输至边缘计算网关；
[0009]步骤2：边缘计算网关接收检测传感器采集的数据；
[0010]步骤3：边缘计算网关根据X Control Chart方法，对于检测数据所对应的单点部位是否发生故障进行判断；
[0011]步骤4：边缘计算网关获取传感器采集的历史数据，基于CUSUM Control Chart方
法对数据进行分析，完成风险预警；
[0012]步骤5：将故障判断结果以及风险预警结果，通过通信方式发送到接收的设备上，其中接收的设备包括手机、电脑以及物联网数据中心；
[0013]步骤6：物联网数据中心接收数据并进行存储。
[0014]进一步的，所述步骤3中，对单点部位的故障判断，首先需要获取单点部位在正常状态下的历史数据集X
IC
，X
IC
＝{X1,X2,X3,
…
,X
n
}；根据历史数据集X
IC
获得均值数据表示为：
[0015]根据均值数据以及历史数据集X
IC
，获得样本标准差σ为：
[0016][0017]根据样本标准差，获得上界限UCL
s
以及下界限LCL
s
，上界限LCL
s
和下界限LCL
s
表示为：
[0018][0019][0020]其中，参数t
n
‑
1,α
代表Student t分布在自由度为n
‑
1，Ⅰ型误差为α时的临界值；根据获得的上界限UCL
s
以及下界限LCL
s
对当前数据X进行分析。
[0021]进一步的，所述α设置为2.5％。
[0022]进一步的，所述根据获得的上界限UCL
s
以及下界限LCL
s
对当前数据X进行分析的过程包括：若LCL
s
≤X≤UCL
s
,则认为该模拟量的数据是正常的，进而推断该点处的消防水系统的工作状态是正常的；若LCL
s
≥X,从统计意义上，认为该模拟量的数据低于历史数据，则推断该点处的消防水系统出现了漏压、欠压、泄露情况；若UCL
s
≤X,从统计意义上，认为该模拟量的数据高于历史数据，则推断该点处的消防水系统出现了过压情况。
[0023]进一步的，所述步骤4中，基于CUSUM Control Chart方法完成风险预警的过程包括：首先获得正常状态的历史数据集X
IC
＝{X1,X2,X3,
…
,X
n
}，并计算其均值数据为了判断传感器采集的模拟量数据的平均值是否存在增加的趋势，做出如下假设：
[0024]H0：检测传感器采集的数据平均值为μ0，
[0025]H1：检测传感器采集的数据平均值为μ1，(μ1>μ0)；
[0026]对于当新的时间段t内的模拟量数据集X
T
＝{X
T1
,X
T2
,X
T3
,
…
,X
Tt
}，定义变量来衡量模拟量数据集X
T
中的数据与平均值μ0之间的差距：
[0027][0028]其中，Δ1＝μ1‑
μ0；为了检测在时间段t内的模拟量数据集X
T
的均值变化情况，以预测未来均值增大的趋势，计算上界限二UCL
CUSUM
以及下界限二LCL
CUSUM
，表示为：
[0029][0030][0031]其中，α和β为设定值；根据上界限二UCL
CUSUM
以及下界限二LCL
CUSUM
，判断模拟数据集X
T
的均值是否存在增大趋势。
[0032]进一步的，所述步骤4中，为了判断传感器采集的模拟量数据的平均值是否存在降低的趋势，做出如下假设：
[0033]H0：检测传感器采集的数据平均值为μ0，
[0034]H2：检测传感器采集的数据平均值为μ2，(μ2<μ0)；
[0035]对于新的时间段t内的模拟量数据集X
T
＝{X
T1
,X
T2
,X
T3
,
…
,X
Tt
}，定义变量来衡量模拟量数据集X
T
中的数据与平均值μ0之间的差距：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于消防物联网的消防水系统故障检测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：检测传感器获取自身采集的模拟量数据，并单向传输至边缘计算网关；步骤2：边缘计算网关接收检测传感器采集的数据；步骤3：边缘计算网关根据X Control Chart方法，对于检测数据所对应的单点部位是否发生故障进行判断；步骤4：边缘计算网关获取该传感器采集的历史数据，根据CUSUM Control Chart算法对数据进行分析，完成单点风险预警；步骤5：将故障判断结果以及风险预警结果，通过通信方式发送到接收的设备上，其中接收的设备包括手机、电脑以及物联网数据中心；步骤6：物联网数据中心接收数据并进行存储。2.根据权利要求1所述的一种基于消防物联网的消防水系统故障检测预警方法，其特征在于，所述步骤3中，对单点部位的故障判断，首先需要获取单点部位在正常状态下的历史数据集X
IC
，X
IC
＝{X1，X2，X3，
…
，X
n
}；根据历史数据集X
IC
获得均值数据表示为：根据均值数据以及历史数据集X
IC
，获得样本标准差σ为：根据样本标准差，获得上界限UCL
s
以及下界限LCL
s
，上界限UCL
s
和下界限LCL
s
表示为：表示为：其中，参数t
n
‑
1，α
代表Student t分布在自由度为n
‑
1，I型误差为α时的临界值；根据获得的上界限UCL
s
以及下界限LCL
s
对当前数据X进行分析。3.根据权利要求2所述的一种基于消防物联网的消防水系统故障检测预警方法，其特征在于，所述α设置为2.5％。4.根据权利要求2所述的一种基于消防物联网的消防水系统故障检测预警方法，其特征在于，所述根据获得的上界限UCL
s
以及下界限LCL
s
对当前数据X进行分析的过程包括：若LCL
s
≤X≤UCL
s
，则认为该模拟量的数据是正常的，进而推断该点处的消防水系统的工作状态是正常的；若LCL
s
≥X，从统计意义上，认为该模拟量的数据低于历史数据，则推断该点处的消防水系统出现了漏压、欠压、泄露情况；若UCL
s
≤X，从统计意义上，认为该模拟量的数据高于历史数据，则推断该点处的消防水系统出现了过压情况。5.根据权利要求1所述的一种基于消防物联网的消防水系统故障检测预警方法，其特征在于，所述步骤4中，基于CUSUM Control Chart方法完成风险预警的过程包括：首先获得正常状态的历史数据集X
IC
＝{X1，X2，X3，
…
，X
n
}，并计算均值数据为了判断传感器采集的模拟量数据的平均值是否存在增加的趋势，做出如下假设：H0：平均值为μ0，H1：平均值为μ1，(μ1＞μ0)；对于新的时间段t内的模拟量数据集X
T
＝{X
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅杰，郑瑞祥，侯林早，李冕，宫爱科，
申请(专利权)人：上海至冕伟业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：