基于SignalR-IoT技術(shù)的校園智慧消防平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

張?jiān)? 惠晨晨 鄒圣新 陳豐照

摘要：近年來校園火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，給家庭、學(xué)校帶來重大損失，傳統(tǒng)消防工作模式體現(xiàn)出很大的弊端。論文設(shè)計(jì)了校園智慧消防系統(tǒng)平臺(tái)，旨在做好校園消防工作，建立一個(gè)和諧安全的校園環(huán)境。利用物聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術(shù)采集消防數(shù)據(jù)、RFID技術(shù)監(jiān)控維護(hù)消防設(shè)備、大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)消防數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，災(zāi)情預(yù)判。其中通信技術(shù)采用SignalR技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)Web功能，方便多平臺(tái)間信息共享，保證校園消防工作的實(shí)時(shí)性、高效性。

關(guān)鍵詞：校園智慧消防;物聯(lián)網(wǎng);大數(shù)據(jù);SignalR

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）28-0117-03

1 背景

近年來，校園火災(zāi)頻頻發(fā)生：山東煙臺(tái)大學(xué)兩人燒傷、東北師范大學(xué)500學(xué)生被困、中國(guó)傳媒大學(xué)1學(xué)生被困、俄羅斯人民友誼大學(xué)41名外國(guó)留學(xué)生死亡200人受傷、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）宿舍起火，幸無人傷亡……這一起起校園火災(zāi)都給學(xué)生家庭、學(xué)校以及國(guó)家?guī)砹酥卮髶p失。校園是學(xué)生學(xué)習(xí)與生活的環(huán)境，人群高度密集，因此消防工作必須擺在校園安全工作的重要位置。傳統(tǒng)的消防工作模式無法很好地排除校園火災(zāi)隱患，存在不少弊端，因此建設(shè)校園智慧消防的任務(wù)刻不容緩。

在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)代背景之下，智慧消防能夠使校園消防工作更加智能、高效，通過綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，應(yīng)用無線傳感、火警預(yù)判等技術(shù)實(shí)現(xiàn)消防工作的及時(shí)、快速、高效，為師生營(yíng)造一個(gè)安全穩(wěn)定的校園環(huán)境。

2 校園智慧消防系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 國(guó)內(nèi)智慧消防應(yīng)用現(xiàn)狀

2017年10月10日，公安部消防局發(fā)布的《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》指出：要綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，加快推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)，全面促進(jìn)信息化與消防業(yè)務(wù)工作的深度融合，實(shí)現(xiàn)“傳統(tǒng)消防”向“現(xiàn)代消防”的轉(zhuǎn)變。在此背景下，全國(guó)各地都在智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)上加快建設(shè)“智慧消防”的步伐，也取得了一定成效。目前，全國(guó)26個(gè)?。ㄊ校?shí)現(xiàn)消防遠(yuǎn)程監(jiān)控和消防大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，其中浙江省已有近8000家社會(huì)單位進(jìn)入浙江省消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2 校園智慧消防系統(tǒng)方案整體設(shè)計(jì)

根據(jù)消防工作的功能需求，并結(jié)合校園消防工作的特點(diǎn)，將將校園智慧消防系統(tǒng)整體架構(gòu)從下到上分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

感知層，顧名思義就是感知校園環(huán)境狀況。通俗地說就是通過傳感器感知校園消防狀態(tài)的各種物理參數(shù)，具體有溫度傳感器、煙霧傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、視頻傳感器等，這些無線傳感器將采集到的溫度、壓力、流量、視頻等數(shù)據(jù)輸送給智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)再將其傳送給Web服務(wù)器，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控校園消防狀況的目的。

網(wǎng)絡(luò)層處于整個(gè)系統(tǒng)的中間位置，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。各類服務(wù)器（包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web Service服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、訪問服務(wù)器等）通過對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)傳遞、加工處理、統(tǒng)計(jì)分析等為各類用戶提供數(shù)據(jù)支持，及時(shí)查看校園環(huán)境實(shí)時(shí)狀況。

應(yīng)用層的主體是各類用戶（校園消防工作人員、師生及工作人員等），通過手機(jī)、平板、電腦等終端媒介調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)查看平臺(tái)信息，監(jiān)控校園消防狀態(tài)并做出相應(yīng)的調(diào)度方案或決策。

3 校園智慧消防系統(tǒng)技術(shù)分析

3.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用——無線傳感器采集校園消防相關(guān)數(shù)據(jù)

傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，而無線傳感器作為感知層的主體，擔(dān)任采集并傳輸數(shù)據(jù)的任務(wù)。無線傳感器本質(zhì)上是一個(gè)無線數(shù)據(jù)采集終端，同時(shí)具有通訊功能，針對(duì)不同的需求有不同種類的傳感器。傳感器的工作原理就是將溫度、壓力、濕度等非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量：

無線傳感器功耗低，連接穩(wěn)定，具有深度覆蓋屬性，很好地解決了有線傳感器通訊的弊端。而且，這些無線傳感器可以同時(shí)具備報(bào)警功能。例如煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧達(dá)到一定濃度后，可以立即通過聲光現(xiàn)象報(bào)警通知校園消防工作人員。通過在校園重點(diǎn)消防位置（監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室、圖書館、學(xué)生公寓、配電室等）安放視頻、溫度、壓力、流量等傳感器采集校園環(huán)境的物理參數(shù)并上傳到服務(wù)器，校園消防工作管理人員能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)掌握的校園消防信息，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控校園消防環(huán)境的目的。

3.2 大數(shù)據(jù)應(yīng)用——多種分析算法綜合處理數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)人們關(guān)注的熱點(diǎn)話題，也是智慧消防系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。校園智慧消防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊應(yīng)用多種分析方法，對(duì)消防數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、分析挖掘、火警預(yù)判、災(zāi)情分析等形成一個(gè)智慧消防數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)預(yù)警救援的智能化。

例如，對(duì)消防數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗轉(zhuǎn)換并篩選出可能導(dǎo)致火災(zāi)的相關(guān)類型數(shù)據(jù)，再通過關(guān)聯(lián)分析、聚類分析等分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，建立一定的邏輯方程式，并將計(jì)算結(jié)果按一定標(biāo)準(zhǔn)劃分成相應(yīng)的火警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，等待管理人員再次確認(rèn)并作出相應(yīng)評(píng)估與調(diào)度措施。

3.3 通信技術(shù)——SignalR實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)實(shí)時(shí)信息交互

采集消防數(shù)據(jù)要真實(shí)及時(shí)，實(shí)施消防救援要高效快速，因而消防工作非常講求時(shí)效性。SignalR是一種多平臺(tái)間信息實(shí)時(shí)交互的Web應(yīng)用程序開發(fā)框架，能夠很好地滿足消防工作時(shí)效性的需求。

SignalR是對(duì)一組在構(gòu)建客戶端和服務(wù)器之間的real-time功能所需要使用的傳輸技術(shù)的抽象框架，是一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的API。開發(fā)者只需要使用這個(gè)高階的API，就能夠?qū)崿F(xiàn)瀏覽器與服務(wù)器之間的通信。它能夠同時(shí)支持HTML5的Websocket，Server SendEvents協(xié)議及Comet的Forever Frame，Ajax Long Pooling協(xié)議，所以開發(fā)人員只需要使用同一個(gè)API通過虛擬連接來完成自己需要的服務(wù)，而并不需要關(guān)注具體使用的是哪一種通訊技術(shù)。SignalR連接首先會(huì)發(fā)起HTTP請(qǐng)求，若WebSocket可用，則選擇Web?Socket進(jìn)行連接。WebSocket是SignalR最理想的傳輸方式，因?yàn)樗舆t最低、無需占用多余的服務(wù)器內(nèi)存，而且能夠?qū)崿F(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間的全雙工通信。若WebSocket不可用，SignalR將自動(dòng)嘗試其他傳輸方式（Server Send Events協(xié)議及Comet的orever Frame，Ajax Long Pooling）來建立連接。

基于SignalR的校園智慧消防系統(tǒng)平臺(tái)，在系統(tǒng)初始化時(shí)會(huì)初始化一個(gè)Hub連接到服務(wù)端。當(dāng)數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有更新時(shí)，服務(wù)端的Hub自動(dòng)調(diào)用客戶端JavaScript方法，更新原來的數(shù)據(jù)。

所以，SignalR的實(shí)時(shí)Web功能可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)推送消息：在有數(shù)據(jù)更新且所連接的客戶端可用的情況下，服務(wù)器可以立即向客戶端更新數(shù)據(jù)，無需等待客戶端請(qǐng)求新的數(shù)據(jù)，打破了客戶端只能依靠刷新頁面或者使用Ajax輪詢顯示數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方式。

這種主動(dòng)推送消息的方式有兩個(gè)好處：一是能在很大程度上降低寬帶的使用率，二是可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。例如，當(dāng)相關(guān)消防數(shù)據(jù)超出正常范圍時(shí)，消防工作人員在系統(tǒng)平臺(tái)可以立即接收到服務(wù)器從傳感器接收到的報(bào)警提示并采取相應(yīng)措施而不是多次發(fā)出HTTP請(qǐng)求。

在SignalR框架中有一個(gè)消息總線，其主要功能是管理服務(wù)器與客戶端之間數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。通過消息總線，服務(wù)端能夠檢測(cè)到客戶端的連接狀態(tài)。與此同時(shí)，當(dāng)服務(wù)端向處于連接狀態(tài)的客戶端發(fā)送消息時(shí)，能夠自動(dòng)處理通信的相關(guān)問題，以此保證消息的無阻礙傳送。通過這種根據(jù)環(huán)境兼容情況選擇最佳傳輸方式的自動(dòng)管理連接模式，真正實(shí)現(xiàn)了多個(gè)客戶端和服務(wù)器的實(shí)時(shí)雙向通信，實(shí)現(xiàn)了多平臺(tái)間的信息實(shí)時(shí)交互共享，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了校園智慧消防的智能化，便捷化。這將有助于提高消防管理工作效率，量化消防巡檢工作內(nèi)容，為校園消防安全提供保障。

4 消防設(shè)備與系統(tǒng)平臺(tái)維護(hù)

4.1 消防設(shè)備的維護(hù)——RFID射頻識(shí)別技術(shù)

傳感器不僅可以放置在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，也可以部署于消防水龍頭、消防水管、消防栓等消防設(shè)備。如此一來，傳感器既能采集校園環(huán)境數(shù)據(jù)，又能感應(yīng)到消防設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)控消防設(shè)備運(yùn)行情況。一旦傳感器輸送到服務(wù)器的運(yùn)行數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，消防人員可以立即檢查消防設(shè)備，淘汰、更換壞舊的消防設(shè)備。如果傳感器沒有部署于消防設(shè)備周圍，也可以通過RFID電子標(biāo)簽的形式對(duì)消防設(shè)備以及傳感器本身進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)巡檢。RFID是物聯(lián)網(wǎng)的又一關(guān)鍵技術(shù)。在消防設(shè)備及傳感器上貼上加密的RFID射頻標(biāo)簽，巡檢人員就可以通過RFID射頻識(shí)別終端設(shè)備掃描感應(yīng)標(biāo)簽，同時(shí)將檢查信息上傳到校園智慧消防系統(tǒng)平臺(tái)。這種巡檢方式相對(duì)于紙質(zhì)巡檢更加便捷高效，能夠及時(shí)獲取消防設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)排除火災(zāi)隱患。

除了日常的巡檢維護(hù)，還要注意消防設(shè)備產(chǎn)品更新?lián)Q代的問題。因此，在選擇消防產(chǎn)品時(shí)要著重選擇能夠提供優(yōu)質(zhì)售后服務(wù)的生產(chǎn)廠商。

4.2 消防系統(tǒng)平臺(tái)的維護(hù)

一個(gè)系統(tǒng)的軟硬件先進(jìn)程度以及可擴(kuò)展性強(qiáng)弱在很大程度上影響了消防系統(tǒng)運(yùn)行的生命力和消防工作的穩(wěn)定進(jìn)行。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段，要充分考慮所選技術(shù)與設(shè)備是否可以穩(wěn)定運(yùn)行，盡量降低軟件升級(jí)的難度，同時(shí)也要考慮到消防行業(yè)未來的發(fā)展需求，保證智慧消防平臺(tái)系統(tǒng)的可擴(kuò)充性與靈活性。

系統(tǒng)平臺(tái)的維護(hù)人員需要有相關(guān)專業(yè)技術(shù)知識(shí)，同時(shí)還需要具備一定的消防專業(yè)知識(shí)。前端消防產(chǎn)品的更新?lián)Q代相應(yīng)地也會(huì)要求系統(tǒng)平臺(tái)做出相應(yīng)的功能調(diào)整與修改。所以，做好校園智慧消防系統(tǒng)平臺(tái)上每一個(gè)軟件的運(yùn)行與保障工作至關(guān)重要。

5 結(jié)束語

時(shí)代發(fā)展催生技術(shù)變革，新的技術(shù)又促進(jìn)時(shí)代發(fā)展。以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)等為主要技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)平臺(tái)因其智能化、信息化、高效化的特點(diǎn)將在消防領(lǐng)域發(fā)揮出很大的作用。當(dāng)然，其應(yīng)用場(chǎng)景不只局限于校園，還可以擴(kuò)展到社區(qū)、商場(chǎng)、寫字樓等其他人群密集區(qū)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王秋華， 韓永濤， 李世友， 等. 智慧消防的技術(shù)特征及應(yīng)用模式[J]. 消防技術(shù)與產(chǎn)品信息， 2018， 31（12）： 24-28.

[2] 胡曉鵬， 金大滿， 濮騫忠. “智慧消防”建設(shè)思考與探討[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品， 2018（23）： 139-141.

[3] 姜立平， 姜爽， 陳云， 等. “智慧消防”平臺(tái)建設(shè)分析[J]. 現(xiàn)代職業(yè)安全， 2018（11）： 26-28.

[4] 吳延昌. 基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧消防管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 2018， 8（10）： 54-56.

[5] 李燕. 基于ASP.NETSignalR的實(shí)時(shí)Web功能的實(shí)現(xiàn)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)， 2016， 12（24）： 62-63.

[6] 何文學(xué)， 羅晟勇， 彭天玲， 等. SignalR技術(shù)在光伏監(jiān)控系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[J]. 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化， 2016， 35（1）： 14-17.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】