智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用＊

費芹，梅鵬，吳蒙

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智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用＊

費芹，梅鵬，吳蒙

（中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088；安徽省公共安全應(yīng)急信息技術(shù)重點實驗室，安徽 合肥 230088）

智慧消防物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是消防發(fā)展的必然趨勢，解決了消防管理面臨的困境。將智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層以及應(yīng)用層四級架構(gòu)，根據(jù)用戶角色開放不同的數(shù)據(jù)權(quán)限，為不同用戶搭建不同的應(yīng)用平臺。通過智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，提升了防火的可靠性、滅火的及時性、管理的高效性等。

智慧消防物聯(lián)網(wǎng)；消防管理；消防設(shè)施；水壓傳感器

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、新一代寬帶網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的迅速發(fā)展和深入應(yīng)用，城市信息化將朝著智慧化方向發(fā)展，這為智慧消防系統(tǒng)建設(shè)提供了契機(jī)，加速了智慧消防物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的步伐。

智慧消防物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提高了現(xiàn)代建筑的安全性、消防系統(tǒng)的有效性，解決了消防單位監(jiān)管難、消防系統(tǒng)疏于管理的問題，讓消防設(shè)備能夠真正起到探測、撲救的作用，改進(jìn)消防設(shè)施管理和監(jiān)管服務(wù)的方式，提高單位自身消防管理水平。目前，我國北京、上海、深圳、天津、南京等城市已經(jīng)開始了智慧消防物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，并取得了良好的應(yīng)用效果，同時，隨著消防管理部門對消防信息化建設(shè)的重視，我國其他城市也大力推廣智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，消防工作面臨著從現(xiàn)場監(jiān)督管理到遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)的轉(zhuǎn)型。

1 系統(tǒng)設(shè)計

智慧消防系統(tǒng)的架構(gòu)采用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)典型的4層架構(gòu)，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層4層架構(gòu)。將4層架構(gòu)與人體結(jié)構(gòu)相類比，感知層的主要作用是信息采集與識別，相當(dāng)于五官與皮膚等對外界的感知。網(wǎng)絡(luò)層將信息進(jìn)行傳遞，相當(dāng)于神經(jīng)傳導(dǎo)系統(tǒng)對信息的傳遞。數(shù)據(jù)層的主要作用是將信息進(jìn)行存儲并處理，相當(dāng)于大腦的記憶存儲于處理。應(yīng)用層是將處理后的信息轉(zhuǎn)化為實際的應(yīng)用，需要與具體的需求相結(jié)合，相當(dāng)于四肢對信息的具體執(zhí)行?；诓煌男袠I(yè)需求，不同物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要采集的信息及實現(xiàn)的應(yīng)用功能也不同，智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要采集消防相關(guān)數(shù)據(jù)，比如聯(lián)網(wǎng)單位消防設(shè)施狀態(tài)信息、視頻信息、市政消防栓狀態(tài)信息等，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)單位消防狀態(tài)監(jiān)測等消防安全相關(guān)應(yīng)用。在建立了智慧消防物聯(lián)網(wǎng)4層架構(gòu)后還需建立相關(guān)的保障系統(tǒng)，比如建設(shè)管理體系、安全保障體系以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，各體系的建立是為了確保智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)正常安全的運(yùn)行。智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

1.1 感知層

感知層為數(shù)據(jù)的主要來源，通過移動終端、攝像頭、二維碼及NFC標(biāo)簽、各類傳感器等設(shè)備采集實體空間的信息，以及利用圖片識別、抓取關(guān)鍵字、快速檢索等技術(shù)獲取虛擬空間信息，構(gòu)建虛實結(jié)合的城市泛在感知網(wǎng)。

用于信息采集的傳感器設(shè)備與傳感器網(wǎng)關(guān)都屬于感知層范疇。智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感設(shè)備主要有攝像頭、水位傳感器、水壓傳感器、電流互感器、門開關(guān)傳感器等，可以采集單位視頻、消防水箱水位、管網(wǎng)水壓、消防用電、消防門開關(guān)等信息。對于不同的單位，其危險隱患有所差別，需要監(jiān)測的內(nèi)容也不同，比如有存儲有易燃易爆氣體的單位需要在可燃?xì)怏w儲罐及管道處增加罐體壓力傳感器及氣體泄漏探測器。需要接入的主要傳感設(shè)備如表1所示。

對于單位已有的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)信息，DCS控制系統(tǒng)等可直接將數(shù)據(jù)接入智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以獲取單位消防設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2 傳輸層

從整體上看，可認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)層是層次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由最下層的接入網(wǎng)將傳感信號接入，中間的傳輸網(wǎng)對信號進(jìn)行傳輸，最后進(jìn)入上層的核心網(wǎng)。

接入網(wǎng)由于各類傳感器及信息采集設(shè)備通信方式不同，主要有ZigBee、WiFi、RFID、藍(lán)牙、有線、3G、4G等，接入網(wǎng)的傳輸協(xié)議比較豐富。傳輸網(wǎng)實現(xiàn)信息的傳輸與路由，主要有3G/4G等移動網(wǎng)絡(luò)、GPRS、專網(wǎng)、寬帶網(wǎng)絡(luò)等通信形式。核心網(wǎng)的功能主要是提供用戶連接、對用戶的管理以及對業(yè)務(wù)完成承載，作為承載網(wǎng)絡(luò)提供到外部網(wǎng)絡(luò)的接口。

圖1 智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

表1 主要傳感設(shè)備

設(shè)備名稱功能安裝位置 物聯(lián)網(wǎng)接入單元連接各類傳感器，采集傳感器信號，對設(shè)備開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并將信息進(jìn)行傳輸需監(jiān)測消防水位、水壓、電壓、電流、門開關(guān)等狀態(tài)的位置 攝像頭消防值班室工作狀況監(jiān)控以及消費重點部位監(jiān)控安裝在吊頂處或墻面較高位置，能夠巡視整個監(jiān)控部位 水位傳感器監(jiān)測消防水池水箱水位信息投入式，放入消防水池、水箱 水壓傳感器監(jiān)測消防管網(wǎng)壓力信息消防水房內(nèi)消防栓及自動噴淋系統(tǒng)分區(qū)管路上 電流及電壓互感器監(jiān)測消防配電柜及用電電器消耗電流值消防設(shè)備控制配電柜內(nèi)，環(huán)孔卡裝在設(shè)備配電電纜上 門開關(guān)傳感器監(jiān)測建筑內(nèi)消防門的開關(guān)狀態(tài)固定段在消防門門框下緣；活動端在消防門門板對應(yīng)位置 可燃?xì)怏w探測器監(jiān)測可燃?xì)怏w是否發(fā)生泄漏根據(jù)氣體密度進(jìn)行布置，可燃?xì)怏w的濃度大于空氣的濃度時，布置在管道及儲罐下方；小于空氣的濃度時，布置在上方 氣壓傳感器儲罐及管道氣體壓力信息安裝在管道及儲罐內(nèi)部 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)火災(zāi)報警信息消防控制室中

1.3 數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲、管理、分析等業(yè)務(wù)，通過對感知層采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、清洗、存儲、深度挖掘及分析，形成價值凝聚的深度數(shù)據(jù)和主題數(shù)據(jù)，服務(wù)層提供分析模型等通用服務(wù)，一方面在數(shù)據(jù)的支撐下不斷自我學(xué)習(xí)優(yōu)化；另一方面，為上層應(yīng)用調(diào)用提供服務(wù)支撐。

數(shù)據(jù)服務(wù)層主要提供的服務(wù)如下。

數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)修補(bǔ)、數(shù)據(jù)融合等服務(wù)。數(shù)據(jù)清洗是針對不同類型數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模型，實現(xiàn)評估數(shù)據(jù)質(zhì)量，篩除空白數(shù)據(jù)、冗余數(shù)據(jù)、錯誤數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)修補(bǔ)是根據(jù)制定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)質(zhì)量評估結(jié)果，調(diào)用對應(yīng)數(shù)據(jù)修補(bǔ)策略，對空缺數(shù)據(jù)進(jìn)行自動修補(bǔ)；數(shù)據(jù)融合是關(guān)聯(lián)各類數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行深度融合，去除冗余信息，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并提供模糊檢索支持。

存儲計算管理包括分布式異構(gòu)存儲管理與動態(tài)計算資源管理。分布式異構(gòu)存儲管理構(gòu)建分布式SQL、non-SQL、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對異構(gòu)類信息的存儲和管理。動態(tài)計算資源管理通過虛擬化構(gòu)建統(tǒng)一計算資源池并針對計算請求進(jìn)行動態(tài)分配管理。

數(shù)據(jù)分析包括火災(zāi)風(fēng)險評估、監(jiān)督工作指引與消防態(tài)勢預(yù)測3項服務(wù)，火災(zāi)風(fēng)險評估根據(jù)多維特征參數(shù)確定火災(zāi)發(fā)生及災(zāi)損的指數(shù)值及其區(qū)域性、行業(yè)性分布。監(jiān)督工作指引是針對建筑、單位利用風(fēng)險得分計算模型計算風(fēng)險分值并排序，根據(jù)排序結(jié)果優(yōu)化安排檢查督導(dǎo)工作的人力、物力。消防態(tài)勢預(yù)測是結(jié)合歷史火災(zāi)參數(shù)、建筑特征參數(shù)、地理位置、氣象條件等關(guān)系因子，總結(jié)歷史規(guī)律并預(yù)測發(fā)展態(tài)勢。

1.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層是系統(tǒng)與用戶之間的交互層，應(yīng)用層基于下層的數(shù)據(jù)和服務(wù)支撐，提供多樣化功能應(yīng)用，協(xié)同形成平臺化能力。應(yīng)用層根據(jù)用戶角色的不同需求開發(fā)不同的應(yīng)用平臺，各平臺之間可進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)各層級用戶之間的協(xié)調(diào)與互動。應(yīng)用層可通過手機(jī)APP端、Web端等多種形式展現(xiàn)。根據(jù)用戶層級劃分，智慧消防物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺包括三大類，即消防主管部門應(yīng)用平臺、消防用戶單位應(yīng)用平臺以及消防維保單位應(yīng)用平臺。

1.5 保障體系

智慧消防系統(tǒng)的保障體系包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系及管理體系。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系指導(dǎo)和規(guī)范系統(tǒng)的整體建設(shè)，確保智慧消防系統(tǒng)的開放性、柔性和可擴(kuò)展性；安全保障體系保證基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)、核心要害信息及系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠，安全保障體系的建設(shè)主要包括物理安全、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全以及應(yīng)用安全4點；管理體系是智慧消防系統(tǒng)順利推進(jìn)及運(yùn)行的重要保障，管理內(nèi)容主要包括運(yùn)維管理、運(yùn)營管理及用戶管理3個方面。

2 系統(tǒng)功能應(yīng)用

智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)打破了各單位消防系統(tǒng)之間孤立封閉的局面，在將本單位消防監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至單位消防監(jiān)測系統(tǒng)外，還將消防監(jiān)督管理部門與維保單位需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，實現(xiàn)單位消防安全的全面保障，針對不同用戶開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用平臺，設(shè)置不同的用戶角色與權(quán)限，實現(xiàn)具有針對性的功能應(yīng)用。利用智慧消防系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)用戶單位可實現(xiàn)對本單位消防安全狀態(tài)的全面掌握，及時上傳本單位消防隱患信息，在火災(zāi)時做到快速上報消防。消防主管單位可實現(xiàn)對聯(lián)網(wǎng)單位的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，對消防隱患的監(jiān)督整改，并實現(xiàn)對單位火警的快速響應(yīng)，在滅火救援時提供決策指導(dǎo)。維保單位可實現(xiàn)對消防設(shè)施故障的高效處置。

3 結(jié)束語

智慧消防平臺的開發(fā)與實施將是對消防設(shè)施管理和監(jiān)管服務(wù)的重要改進(jìn)，實現(xiàn)了用戶單位、消防主管部門以及維保單位之間的有效聯(lián)動，是提高單位自身消防管理水平的有力措施，與傳統(tǒng)消防工作模式相比具有突出優(yōu)勢。

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2095－6835（2018）18－0156－03

TN929.5

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.156

國家重點研發(fā)計劃“重大事故災(zāi)難次生衍生與多災(zāi)種耦合致災(zāi)機(jī)理與規(guī)律”（編號：2016YFC0800100）

費芹（1990—），女，安徽合肥人，助理工程師，主要研究方向為公共安全技術(shù)。

〔編輯：張思楠〕