鼎信消防报告|王建华：《鼎信AI技术助力消防安全》
王建华
青岛鼎信通讯股份有限公司
董事长兼芯片及基础理论研究院院长
2022年10月26日，由中国消防协会指导，慧聪消防网、慧聪应急产业网主办的CFIC2022中国消防安全产业大会暨第十五届消防行业品牌盛会在广州隆重举办！青岛鼎信通讯股份有限公司-董事长兼芯片及基础理论研究院院长王建华现场发表《鼎信AI技术助力消防安全》主题演讲。
以下为演讲实录
企业概述
王建华：
各位专家、同行，大家早上好！我是青岛鼎信通讯股份有限公司，很高兴与大家交流消防安全AI技术的应用。
鼎信公司2008年成立，2016年上海主板上市。以电力线窄带载波为契机，上市12亿的融资，14年的30多亿的利润投入到IC设计及AI应用技术，打造了有200人的IC与基础理论AI智能研究团队，近千人的产品研发团队，不良品不维修的全自动化AI智能制造体系。历经6年对供用电安全的深入研究，已经推出了具有全功能AI数智化AFDD供用电安全保护专用芯片及产品。
主要内容
一.鼎信AI智能的应用
下面从四个方面介绍一下鼎信AI智能的应用。IC技术发展趋势、AI数智化的IC技术、AI芯片解决方案、鼎信AI发展历程。
电子设备的智能化需求促进了集成电路发展朝着小体积、轻质量、长寿命、高可靠性、低成本、易封装、少接口、微功耗的融合方向发展，工艺制成向3纳米迈进，22纳米的工艺成熟可靠，研发产品成本降到千万级，是社会与中国大市场规模设备数智化的优选工艺。
计算密集型领域，尤其AI的快速崛起，造成了对计算需求的爆炸式增长，已远远超过了传统CPU处理器能力，异构计算能力及功耗使现场设备AI数智化成为现实。
传统的数智化MCU同步处理方案，利用了5%单一的、相关性强的结构化数据，经过简单的预制判断等性能发挥99%，能够应对大部分场景。数智化AI处理方案，增加利用剩余的95%丰富的、相关性弱、难以描述的非结构化数据，通过归纳物理特性复杂的数智化处理，让性能发挥99.99%。
鼎信经历14年的发展，2017年开始了AI智能时代，研发具有绝对竞争力的产品，是鼎信AI发展的驱动力，解决方法更优→更复杂的算法→人工智能解决方法→在终端设备落地，达到算力和功耗满足产品需求的目标。
低压电力线载波芯片孕育了鼎信公司的成长。芯片化、AI数智化将是公司未来发展的主要赛道。研制AI专用工具，将采集各种工况的实验数据，对三维时频、信息熵等进行可视化处理，开发数智化三维频谱分析硬件及软件，对采集得到的特征值进行三维或二维图型展示，查看数据、演示数据、处理数据、进行算法完善，这部分工作是AI数智化处理的主要工作。
随着AI技术的累积，解决问题将趋近于完美，这部分工作量占开发工作量的80%以上。获取多种变量信息，通过相关数据计算处理达到最优性能，通过多个项目总结并实现从应用需求到AI算法选择，通过现场运行进行归一化的模型优化。
通向产品零故障是AI数智化产品满足客户应用的保证，我们实现了从芯片复制到产品复制的跨越，形成了芯片和产品高质量的良性循环。
二.供用电安全保护AI方案
2021年全国统计引发火灾的直接原因，电气占到28.4%，较大火灾三分之一是电气引起，电气线路故障居多，占火灾总数的近八成。我司在电量表载波通信领域，较普遍发现高频电力谐波存在，在边远地区发现高频谐波电压峰值高达200伏，高频电力谐波进入公用电网引起损耗增加，使电气线路及设备发热，导致绝缘老化，是新出现的电气火灾隐患，是电网火灾有增无减的主要原因。
在国际上，随着电力电子技术的发展，高于2KHz以上引起的谐波导致电能质量问题逐渐引起了国内外的广泛关注，将高于2K Hz的较高频率谐波频率拓展为2-150K，并命名为“超高次谐波”。
随着电气设备的大量普及，电气线路数十年的老化，绝缘能力下降。电气线路长期带载或过载运行，且接触不良，引起局部发热，产生电弧故障引起的电气火灾频繁发生。产生高频谐波的电器会经过火线对外壳地的EMI抑制电容产生高频谐波相同频率的漏电，高频谐波和国外的B+漏电的频谱范围相同，利用B+漏电推广使用，也是抑制高频谐波的有效方法。
公司成立之后，鼎信深耕电气信号分析领域，在0~200MHz的频段内，深入分析供用电安全信号的频谱特征。供用电安全产品保护器就是一台不同频段的多路输入信号的频谱分析仪。百兆级的频率特性分析，覆盖范围广，不易受到干扰；丰富的特征提取算法更准确、及时提取电弧特征，专用芯片完全满足故障电弧检测、B+漏电检测、计量、谐波分析等多方面的应用需求。
提取数十种时/频域特征值，分析数据的整体和局部信息，引入卷积神经网络得到需要的结果，经过模型的不断调整和完善，电弧判别更加智能可靠，逐步进行模型的验证与优化。
AC漏电检测方案，至今一直没有发展到数智化，数智化B+漏电检测方案的优势非常明显，多参数可以适配不同的应用场景，直流漏电激励电压低、功耗低，求解温度变量，精确判别漏电电流的大小和类型，适合温度范围更加广泛。
我们的综合数智化用电安全保护器已取得了产品的认证，性能可靠性、功耗完全满足应用要求。两个400Msps ADC的产品，运行监测功耗是0.35W，与目前的漏电保护器功耗是一样的。
我们对电力谐波治理的建议，目前从供电侧治理电力谐波投入的人力物力巨大，难以规模化应用，转变思路，从设备后端禁止产生谐波的电器接入，从根源上杜绝污染源的出现，类似于AC漏电标准到欧洲B+漏电标准，制定高频电力谐波的控制标准。
三.消防报警探测AI方案
光电感应探测器容易受到干扰产生误报，迫切需要研制一种更加可靠、误报率更低的产品来解决该问题。火灾现场救援，对被困者的位置缺乏监控，救援难度大，效率低，利用报警网络使用人体感知雷达，对火场被困人员进行定位，可以挽救更多的生命。地下管线供电电缆检测和火灾报警难度大，容易引发重特大事故，分布式光纤传感器产品成本高，需要降低成本，适合于大规模应用。我就介绍这三种产品。
基于自主研发的感烟专用芯片、专利迷宫以及AI多重智能算法技术，提高烟雾识别能力，提升探测准确度、解决风口、电井等特殊场所的问题。鼎信方案采用CHIRP扩展频谱技术有效规避干扰信号对检测信号的影响，通过对多种火灾烟雾、水雾、粉尘的散热特性的分析，得到颗粒散射强度、颗粒粒径、颗粒散射角度以及发射光源波长的关系曲线，基于双波长、多角度探测方案，实现烟雾类型的准确识别，避免误报发生。结合智能AI神经网络算法和大数据处理，对信号特征进行多维度分析，实时获取和更新周边环境的干扰的时/频特性，通过AI智能算法与预先训练的不同烟雾的模型特征进行比对，实现烟雾类型的判别。
分布式光纤测温系统，是新型分布式测温系统，具有分布式测温，低成本、高性能、本质安全的特点。采用400Msps ADC高速采样+高速数据处理单元的芯片设计,创新采用多核级联采样和分段放大技术，芯片与用电安全芯片共用，使用芯片内高性能的DSP处理器，提高测温距离、测温精度和空间分辨率。我们现在做AI，每一个产品有专用算法的处理芯片，这样的话，速度和功耗、成本都可以降到一个很低的水平。AI智能算法实现系统衰减补偿系数实时纠正和校正，和温度分区分段协调。测温精度在应用环境中可以真正达到±0.5℃以内。
人体存在感知雷达，通过发射高频超宽频谱电磁波，分析返回的波束中人体活动耦合进反射波中的信号，判断所处空间内是否存在人体活动的迹象。通过比较接收信号频率与发射信号频率差来获得目标的距离信息，目标径向速度可以通过多普勒频移得到，适用于多个目标的检测。集成多种智能算法，有效滤除干扰源，误判率大大降低，增加产品环境适应性，通过对生命体征、方位、速度、动静态特征等多维度识别，精确感知人体存在。人体存在感知雷达可以指导火灾现场人员的搜救。
未来，鼎信会利用现场联网平台和传统芯片+AI的技术优势，持续研究新技术、新方向，以芯片化和AI智能算法打造产品的核心竞争力，推动我国建筑消防行业的发展。
四.消防报警联网AI方案
联网系统的最后一公里的通信链路可靠性，决定了消防报警系统的可靠性。鼎信消防是业界首家采用全数字化二线制通信的消防报警厂家。随着消防报警行业的快速发展，多种联网设备同时安装，设备容量增大，大功率设备增加，部分平行线电缆布局已成实际趋势，布线越来越长，通信干扰问题严重，信息量爆炸式增长。
秉承第一性原理，从平行线通信的本质出发，依托载波通讯技术，进行了大量基础理论研究、建模分析和仿真实验，以IC设计和AI数智化为主线，异构计算为核心，研制新一代鼎信可供电、二线制AI联网平台。
针对平行线的通信干扰，我们对实际工程用平行线的寄生参数进行了精准的测量，并对总线模型进行了建模，使用simulinK进行了仿真，从理论分析到建模仿真再到实验验证，我们搭建了一套有效的仿真和实验验证的平台。主站下行发码采用脉宽编码方式，码元“0”采用窄带脉宽编码方式，增加了高电平时间，减少了信号串扰，提高了总线的供电能力。上行回码增强信号强度，采用差分编码，由20mA回码电流变为最高可达60mA，提高信噪比，增强抗干扰能力。卷积交织等信道编码方案，接收采用最大似然办法，具有部分信号丢失再恢复等能力。
图1信号波形很乱，但仍可以正确解码，此时应用软件会更加KMRS值调整通信速率。图2和图3为主站、为适应不同的环境智能调节脉宽宽度，当安装调试后，系统会自动给出现场信号的可信度，确保系统长期稳定运行。
没有AI制造，就不能保证产品零不良，高性能的产品也不能让客户得到良好的体验。
五.鼎信AI智能制造
36万平米的鼎信通讯产业园，是山东省工业4.0示范基地--全自动无人化生产线；山东省绿色节能生产基地--绿色零排放；山东省智慧消防示范基地--二线制系统的完美运用。生产线由自己的100多人的自动化部门实施，自主控制生产自动化方式，持续改进生产过程。设计行业最先进的自动化智能制造生产及检测线体，实现高效生产下线产品零不良。双色、三色、嵌件高度集成的制造工艺的使用，简化了生产步骤，提高了生产质量。
科学严谨的开发流程，保证良好客户体验和产品的可制造性，对标行业，分析挖掘客户痛点，保证产品的良好客户体验。结构设计和工艺设计并行，保证产品可制造性。
行业领先Ansyse、VSA等强大仿真分析能力。通过Ansyse仿真产品跌落、应力，弹片1万次寿命及VSA装配公差仿真分析，在结构设计阶段进行寿命及装配设计预算，实现一次做对、三年零不良及20年寿命的理论支撑。
采用进口设备，保证可靠性，也和国内高水平设备公司共同解决国产设备的性能提升问题。实时监测每一片生产板的温度曲线，并与条码链接，实现产品可追溯，实时监控焊炉各区CMK，合理规划保养周期，保证焊接品质量实时掌控。
实现行业首创的PCBA一个流生产模式，从PCB投入，经历锡膏印刷、SMT贴片、回流焊接、异形件插贴、自动分板、自动测试、自动装箱，全部工序全流程，一个流的自动化生产。
智能电表总装，总装车间现有单相表组装线4条，包装线5条，在制单相表线1条。单项表行业70人班产3000的产能，通过高度集成制造先进的工艺及行业领先的组装测试自动化线，目前2个人，未来可以达到0.5人的水平。
首创全自动在线组装感烟产品，对产品质量有完好的保障。采用2D、3D视觉监测系统，包含组装、检测、打标与包装，共7个单元。
鼎信通讯MES生产制造执行系统是一套面向车间执行层的生产信息化管理系统，通过对物料管理、设备管理、工艺管理、人员管理、过程管理、产品追溯等信息结合协同，实现生产的实时化、可视化、信息化、自动化管理。通过后台强大的SPC数据分析及时进行纠偏，保证产品生产过程质量。同时鼎信通讯MES还与ERP系统、CRM系统、WMS（仓储物流系统）系统进行集成融合，保证生产过程的能力，及时准确交付，为全面提升客户满意度提供保障。
我的介绍到此结束，谢谢大家！
原标题：CFIC2022主题报告|王建华：《鼎信AI技术助力消防安全》
