基于物聯(lián)網(wǎng)的分級報警與消防輔助系統(tǒng)

張昊琪 張海華 馬曉菲 梁如鑫 楊牧青

摘 要：為提高火災的預判能力，文章提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的分級報警與消防輔助系統(tǒng)，建立火災檢測系統(tǒng)，利用基于多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災監(jiān)控系統(tǒng)，確定火源位置，然后利用火災消防系統(tǒng)，實現(xiàn)對各程度火災的智能化消防，最后對火災情況進行三維重塑，通過Dijkstra算法實現(xiàn)對人員和財產(chǎn)的救援。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；分級警報；智能化消防

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市土地日益稀缺，建筑結(jié)構(gòu)日趨復雜，而其中的電氣設(shè)備等也越來越多，這大大提高了火災的發(fā)生率，對于火災報警以及消防系統(tǒng)有了更高要求[1]。

據(jù)統(tǒng)計，由于報警體系不完善，消防救援不當而造成的火災發(fā)生比例占總火災比例的31%以上[2]，造成巨大的生命財產(chǎn)安全損失。因此，必須建立完善的報警體系以及救援策略，才能夠及時發(fā)現(xiàn)火情，快速響應(yīng)，應(yīng)用最精準高效的救援策略保障生命財產(chǎn)安全。

本系統(tǒng)的主要功能在于通過實時監(jiān)測并進行火情等級評估，分級報警，情報傳輸。設(shè)計目的是為消防救援工作提供便利，為救援行動節(jié)省時間。依據(jù)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)對火災等級進行評估，通過量級輕重選擇不同的報警及處理方式。本系統(tǒng)可實時采集整棟建筑物內(nèi)著火點、人流、安全通道等信息，通過三維建模和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，在救援人員手持終端上以建筑物的3D模型體現(xiàn)，為救援人員提供準確、實時的情報和最佳救援路徑。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的分級報警與消防輔助系統(tǒng)

1.1 火情監(jiān)測系統(tǒng)

人們在日常的生產(chǎn)生活中的行為不當就可能引發(fā)火災的發(fā)生，往往會導致一定的人員傷亡和響應(yīng)的財產(chǎn)損失?；馂牡陌l(fā)生既具有隨機性和突發(fā)性，同時又有一定的規(guī)律性?；馂耐ǔ０殡S著溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度、火焰強度等參數(shù)變化[3]，因此，集成溫度傳感器、煙霧濃度傳感器等多傳感器終端則成為火災探測的主要形式。

基于此，本文提出一種基于多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災監(jiān)控系統(tǒng)，采用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并利用ARM嵌入式系統(tǒng)對火災進行實時運算判決與定位[4]。以圖1所示的環(huán)境闡述定位算法?；鹪粗糜诘匕迳?，節(jié)點1、2置于內(nèi)壁，節(jié)點3置于天花板上，節(jié)點四置于Y-Z平面。利用煙霧擴散的模型，當煙霧擴散的速度為v0（m/s），節(jié)點i檢測到的煙霧數(shù)據(jù)為pi時，節(jié)點i到火源的距離為ri=（p0-pi）。

1.2 智能消防系統(tǒng)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，妥當應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對火災類別進行分類，對不同程度的火災分級處理，才能達到智能化消防的目標[5-8]。智能消防系統(tǒng)如圖2所示。

1.3 三維重塑情報系統(tǒng)

三維重塑情報系統(tǒng)，就是提前將建筑物3D模型錄入移動設(shè)備中，將整棟建筑物按區(qū)域劃分置于三相坐標系中，將各個區(qū)域整合為坐標信息，各個區(qū)域的傳感器將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿釉O(shè)備中，在相應(yīng)坐標點表示出對應(yīng)信息[9-11]。三維重塑模擬圖如圖3所示。

Dijkstra算法的基本思想是將圖中的節(jié)點分為兩類：永久節(jié)點（P節(jié)點）和臨時節(jié)點（T節(jié)點），P節(jié)點是那些已經(jīng)找到了從起點到該點的最佳路徑的節(jié)點，其余的節(jié)點為T節(jié)點。算法的核心過程是將符合條件的T節(jié)點變成P節(jié)點[12]。

通常實現(xiàn)此算法時，針對有N個節(jié)點的圖，用一個二維數(shù)組W[N][N]來描述節(jié)點i到節(jié)點j的最佳路徑權(quán)重。初始化時，如果存在節(jié)點i到節(jié)點j的有向邊，則W（i，j）為該邊的權(quán)重，否則，W（i，j）= +∞。在此定義如果有從節(jié)點i到節(jié)點j的有向邊，稱節(jié)點j為節(jié)點i的鄰節(jié)點。Dijkstra算法流程如圖4所示。

2 結(jié)語

本文針對目前報警體系不完善，消防救援不當?shù)默F(xiàn)狀，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的分級報警與消防輔助系統(tǒng)。利用基于多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測到火災源以及火災形勢，通過智能消防系統(tǒng)，對火災程度進行分類，做出相應(yīng)的處理，并將檢測到的火災情況傳輸?shù)饺S重塑情報系統(tǒng)，利用Dijkstra算法實施救援。

本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的分級報警與消防輔助系統(tǒng)，通過實時監(jiān)測并進行火情等級評估，分級報警，情報傳輸，為消防救援工作提供便利，為救援行動節(jié)省時間。

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