物聯(lián)網(wǎng)在建筑消防報警管理上的應(yīng)用

■ 王俊

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。在消防領(lǐng)域，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將微型傳感器件植入到消防設(shè)施內(nèi)，再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩艚K端，可以實現(xiàn)對建筑消防設(shè)施的實時的、遠程報警管理。

早在上個世紀90年代，中國就已經(jīng)提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，近幾年來，在國家的支持下，我國的物聯(lián)網(wǎng)有了較快的發(fā)展。并已開始應(yīng)用在各個領(lǐng)域，比如安防、市政管理、節(jié)能環(huán)保、醫(yī)療健康、家居建筑、物流能源、交通等。目前，在消防建筑設(shè)施監(jiān)管領(lǐng)域上的應(yīng)用還處于起步階段，而且基本上都是各單位獨立選購安裝與獨立工作的，很容易導致火災(zāi)信息漏報、遲報，報警設(shè)備出現(xiàn)故障后不能及時恢復開通的情況。

物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)也稱傳感網(wǎng)，字面理解就是“物物相連”的一種網(wǎng)絡(luò)，它是物理世界與信息世界的無縫連接，利用射頻識別（FRID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，獲取物品的標識、溫度、位置等物理量，并通過簡單的處理和運算，提取有用信息并加工成固定的格式，然后按約定的協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。它可以說是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。

物聯(lián)網(wǎng)由三部分組成，包括傳感網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。傳感網(wǎng)絡(luò)用來實現(xiàn)對“物”的識別，以二維碼、RFID、傳感器為主。這部分是物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)最大的區(qū)別之處，也是限制我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。傳輸網(wǎng)絡(luò)主要是利用現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計算。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)主要是對客戶端的數(shù)據(jù)信息進行加工處理。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)在任何時候、任何地方物品點對點的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)不同，它是物理世界和虛擬世界的結(jié)合，而互聯(lián)網(wǎng)是一個真實的虛擬世界。互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，而物理世界中的事物本身無法產(chǎn)生數(shù)字信號，必須借助各種射頻設(shè)備，為其安裝上一個“身份”識別，并把它變得智能化，從而形成“物聯(lián)網(wǎng)”。RFID是解決這個“身份”的關(guān)鍵，也是“物聯(lián)網(wǎng)”最前端的關(guān)鍵技術(shù)，在“物聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展中，RFID起著非常重要的作用。RFID電子標簽識別系統(tǒng)至少應(yīng)包含電子標簽、閱讀器數(shù)據(jù)處理和存儲的設(shè)備以及系統(tǒng)軟件。電子標簽用來對物體進行標識，每一個處于物聯(lián)網(wǎng)里的物體都嵌入或附著唯一的電子標簽，這些標簽都含有本身特有的電子編碼。識讀器用來自動地識別實體對象，是一種可以寫入或進行讀取標簽信息內(nèi)容的設(shè)備。天線傳遞射頻信號，用于標簽和讀取器間。

實現(xiàn)原理

為了維護和管理建筑消防設(shè)施，消防人員要做經(jīng)常性的檢查工作，而這些檢查都需要對建筑消防設(shè)施進行實際操作，費時費力，而利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將可對建筑物內(nèi)的消防噴淋、消防泵、煙感、溫感、安全疏散標志、消防安全門等消防設(shè)施的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞到消防監(jiān)控中心，包括數(shù)據(jù)打包、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)安全加密、指令發(fā)送接收等，可以實現(xiàn)消防監(jiān)控中心對遍布全市范圍的建筑消防設(shè)施進行動態(tài)、實時的監(jiān)視和控制管理。比如，通過在管網(wǎng)中安裝壓力感應(yīng)芯片，實時掌握噴淋裝置的壓力數(shù)據(jù)，動態(tài)監(jiān)控噴淋管網(wǎng)內(nèi)是否有水以及管網(wǎng)的水壓大?。辉谙辣瞄_關(guān)閥上安裝水流傳感器和無線傳輸裝置，遠程掌握消防泵的開合狀態(tài)。

圖1：消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)圖

高層建筑配備如電梯、風機等大型機電設(shè)備,通過樓宇設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS）來對這些設(shè)備的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)及運行參數(shù)等進行檢測, 但無法實時獲知建筑內(nèi)任何一臺設(shè)備除所有運行參數(shù)之外的其它狀態(tài), 如電機內(nèi)部線圈的絕緣情況、工作溫度、老化程度等，這是傳統(tǒng)的BAS系統(tǒng)無法達到的, 而在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)環(huán)境下, 則可以通過在大樓內(nèi)機電設(shè)備的任何需要感知的部位植入傳感器得以實現(xiàn), 這無疑將大大提高大樓設(shè)備管理的全面性、有效性、可靠性。

由圖1可以看出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將工廠、學校和企業(yè)等單位的消防設(shè)施的運行情況和各項指標反映到監(jiān)控中心、消防指揮中心，以及數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

通過對各單位自動消防設(shè)施聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，可以實現(xiàn)單位自動消防設(shè)施的集中統(tǒng)一管理，有效地降低各重點單位的管理成本，保證自動消防設(shè)施的完整好用。而且通過與專業(yè)消防網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控公司合作，可以及時地處理了一大批自動消防設(shè)施運轉(zhuǎn)不正常、維護保養(yǎng)方法錯誤等問題，并通過開展向聯(lián)網(wǎng)中單位提供網(wǎng)絡(luò)技術(shù)咨詢，有效地提高了各重點單位內(nèi)部管理人員的水平。

應(yīng)用案例

消防信息數(shù)據(jù)中心。山西省消防總隊在太原建成了全國首家消防信息數(shù)據(jù)中心。據(jù)介紹，該技術(shù)通過信息傳輸模塊，可全面了解單位管理狀況和消防設(shè)施完好程度，并實現(xiàn)火情的及時報警功能。如單位消防系統(tǒng)發(fā)生故障，維護人員可在第一時間內(nèi)到達現(xiàn)場進行處理。當遇到起火建筑消防系統(tǒng)失靈的情況，數(shù)據(jù)中心平臺可直接向起火建筑消防設(shè)備發(fā)出指令，啟動消防水泵、噴淋裝置、排煙設(shè)備等相應(yīng)的滅火及人員救生系統(tǒng)，使消防設(shè)施的作用在最短時間內(nèi)發(fā)揮到最大，避免人民群眾生命財產(chǎn)安全遭受不必要的損失。

消火栓智能管理。重慶一大學在室內(nèi)消火栓上鑲?cè)胫悄苄酒?，把消防日常巡查工作從傳統(tǒng)紙筆記錄轉(zhuǎn)變?yōu)楦呖萍夹畔⒉杉?。該芯片為銀盾智能消防系統(tǒng)，采用最新的物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)和云計算技術(shù)，可幫助當?shù)叵啦块T遠程監(jiān)督重點單位的消防巡查數(shù)據(jù)。在實際操作中，巡查員只需手持銀盾終端，對事先預(yù)裝在每個巡查點上的芯片進行掃描和數(shù)據(jù)采集即可。系統(tǒng)對采集的各種數(shù)據(jù)進行分析后，將對每個區(qū)域的總體消防巡查情況做出系統(tǒng)性報告，并和以往巡查數(shù)據(jù)做出分析比較后供消防部門參照。此外，一旦發(fā)生漏查、錯查、隱患等情況，系統(tǒng)將會及時自動通過手機短信或電子郵件等形式，將情況發(fā)送至單位安全負責人或相關(guān)監(jiān)督部門進行提醒，以做到防患于未然。

目前需要解決的問題

無線傳感網(wǎng)絡(luò)問題。傳輸網(wǎng)絡(luò)負責數(shù)據(jù)的傳輸和計算，而網(wǎng)絡(luò)形式可以稱為WSN，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用。由于體積、成本和電源供給等條件的限制，WSN的計算、存儲和通信能力較弱，因此，對負責數(shù)據(jù)處理的微控制器（MCU）、嵌入式操作系統(tǒng)、無線通信協(xié)議等都有特殊的要求。此外，由于物聯(lián)網(wǎng)通信中的無線信道具有開放性的特點，缺少安全保障的節(jié)點十分脆弱，設(shè)備之間傳輸?shù)臒o線信號很容易被干擾必須考慮傳感器的失效帶來的系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性方面的挑戰(zhàn)。

容錯性問題。此外，物聯(lián)網(wǎng)的容錯性是必須考慮的一項指標。所謂容錯性是指系統(tǒng)在局部故障的情況下能夠繼續(xù)帶病工作以及能夠故障自恢復，從而達到整體功能不失效的特性?？梢赃@樣認為，物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器節(jié)點通常工作在相對惡劣的環(huán)境中，它們在電力供應(yīng)、計算能力、存儲空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬等諸多方面也都存在局限，因此，它們經(jīng)常會出現(xiàn)失效的狀況。對于安全問題，失效可能意味著人民財產(chǎn)的巨大損失。

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)瓶頸的突破和其在國內(nèi)各領(lǐng)域的成熟運用，必將引起消防建筑設(shè)施監(jiān)控方式的大變革，屆時將會大大提高消防監(jiān)督的效率以及消防設(shè)施的可用性。