基于物聯(lián)網(wǎng)的消防安全監(jiān)測系統(tǒng)研究

吳成偉

（臺州市消防救援支隊(duì)，浙江 臺州 318000）

0 引言

該文針對某地一次嚴(yán)重的火災(zāi)事后情況進(jìn)行分析，該火災(zāi)最后導(dǎo)致了非常嚴(yán)重的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失的重要原因是由于相關(guān)建筑物配備的消防安全設(shè)施發(fā)生了故障，導(dǎo)致消防安全監(jiān)測人員沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并報(bào)警，相關(guān)人員未能及時(shí)組織補(bǔ)救早期的火情。根據(jù)近期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于一些社會單位的消防安全監(jiān)測監(jiān)控工作不到位、人員工作失誤或者建筑內(nèi)部配備的消防設(shè)施出現(xiàn)故障等情況引起的火災(zāi)事故逐年遞增。盡管有關(guān)部門已經(jīng)頒布了相關(guān)規(guī)定，要求相關(guān)單位切實(shí)明確消防監(jiān)測方面的責(zé)任，加強(qiáng)安全監(jiān)測監(jiān)控工作，然而某些單位卻依然忽視消防安全工作，如何充分借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)方案和互聯(lián)網(wǎng)等高新科技，加強(qiáng)對相關(guān)單位消防安全工作的監(jiān)測與監(jiān)控，促進(jìn)其切實(shí)明確消防監(jiān)測相關(guān)的安全工作，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開創(chuàng)消防安全監(jiān)測工作的新方法及模式，是現(xiàn)階段火情防控工作的核心內(nèi)容之一。

1 物聯(lián)網(wǎng)智能消防安全監(jiān)測系統(tǒng)需求分析

相關(guān)單位的消防安全監(jiān)測工作通常包括關(guān)系到安全問題的“人、物、事”3個環(huán)節(jié)。“人”的內(nèi)容指的是重要單位的日常巡查工作、值班員工在崗情況監(jiān)測等；“物”的內(nèi)容指的是相關(guān)單位建筑物內(nèi)部配備的消防安全設(shè)施、裝置、安全警示標(biāo)識的有效性及完好程度、監(jiān)測工作是否存在障礙等；“事”的內(nèi)容指的是周期性的消防檢查工作、設(shè)施性能的維護(hù)及保養(yǎng)等工作的監(jiān)測任務(wù)。常規(guī)的消防安全工作的監(jiān)測任務(wù)是公安和消防部門派駐工作人員到相關(guān)單位的設(shè)施配備的現(xiàn)場對其執(zhí)行安全任務(wù)的狀況進(jìn)行實(shí)地考察與監(jiān)測。眾所周知，火情通常是1種動態(tài)活動，無法通過定期的安全檢查工作防止某些事故的發(fā)生。所以現(xiàn)實(shí)工作中亟需應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)科技、大數(shù)據(jù)技術(shù)及移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等新型技術(shù)，組建一系列“基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防安全智能型監(jiān)測系統(tǒng)”，用于實(shí)現(xiàn)對于相關(guān)單位消防安全監(jiān)測過程之中的“人、事、物”的全時(shí)段智能型監(jiān)控、智能型預(yù)警，防止相關(guān)單位安全監(jiān)控工作中的漏洞，最大限度地降低火災(zāi)發(fā)生的隱患[1]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)科技指的是利用高性能的信息數(shù)據(jù)傳輸裝置，依靠預(yù)先設(shè)定的計(jì)算機(jī)程序，把相關(guān)的設(shè)備和物體與互聯(lián)網(wǎng)相連，隨后借助數(shù)據(jù)信息傳送設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息之間的互聯(lián)互通，達(dá)成某種程度的識別，定位及動態(tài)捕捉等目的，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)科技具有實(shí)用性強(qiáng)、準(zhǔn)確程度高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)科技可以分為3個范疇：1）識別。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知識別能力是非常敏銳的，可以快速識別系統(tǒng)中有效的信息。2）網(wǎng)絡(luò)。借助網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以將識別到的信息進(jìn)行高效的分析處理，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)把相關(guān)信息傳送到組內(nèi)設(shè)備終端，該網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性很高。3）應(yīng)用。鑒于各行各業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)，應(yīng)用者使用物聯(lián)網(wǎng)科技是出于自身不同的需求，因此物聯(lián)網(wǎng)科技可以根據(jù)具體情況及實(shí)際需求量身定制相應(yīng)的解決方案，進(jìn)而使物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用符合民眾的各類需求[2]。

3 智能型監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

3.1 物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

“物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)”自帶的下位機(jī)裝置系統(tǒng)能夠?qū)εc建筑物內(nèi)部的消防設(shè)施的運(yùn)行過程、故障及發(fā)出警報(bào)等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且對于獲得的信息實(shí)施智能化評估，其中如果不包括警報(bào)或者預(yù)警提示信息數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就會定期巡航來監(jiān)控消防設(shè)施工作情況；如果出現(xiàn)警報(bào)或者預(yù)警提示，系統(tǒng)立刻將信息傳送到相關(guān)單位的消防負(fù)責(zé)人員處，相關(guān)人員會立即在現(xiàn)場對于該警報(bào)或者預(yù)警提示情況進(jìn)行確認(rèn)，并且下位機(jī)裝置系統(tǒng)會把該監(jiān)測信息數(shù)據(jù)以及警報(bào)或者預(yù)警提示信息床傳到物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫，位于數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)監(jiān)控工作的負(fù)責(zé)人員也會對于警報(bào)或者預(yù)警提示信號進(jìn)行核查，如果確實(shí)出現(xiàn)了火災(zāi)，就按照火警的相關(guān)流程進(jìn)行，為消防救援工作提供全方位的信息支援；如果是消防安全設(shè)施出現(xiàn)故障的警報(bào)或者消防巡查問題的警報(bào)，就對相關(guān)單位進(jìn)行現(xiàn)場檢查，通知其盡快修復(fù)設(shè)施的問題并且排除隱患，保證該單位建筑內(nèi)部的消防設(shè)施處于良好的工作狀態(tài)，提升其消防安全日常工作的重視程度及安全觀念[3]。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)科技組建的“物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)”其主要的組成部分有建筑物內(nèi)部消防裝置監(jiān)控終端設(shè)備、視頻監(jiān)控終端設(shè)備、巡邏檢查終端設(shè)備以及其他物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控終端設(shè)備。該系統(tǒng)配備有嵌入形式的下位機(jī)系統(tǒng)裝置；該系統(tǒng)包括消防安全智能化監(jiān)測程序軟件系統(tǒng)、Web網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器裝置以及數(shù)據(jù)庫相關(guān)服務(wù)器，上述裝置構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)的云服務(wù)端；與此同時(shí)，智能移動終端以及具有消防安全監(jiān)測功能的App程序組成了相關(guān)系統(tǒng)的移動使用平臺。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用平臺

如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)科技組建的“物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)”主要分成6級框架結(jié)構(gòu)：分別是底層（消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備終端）、第2層（UDP 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信協(xié)議）、第3層（Windows或者Linux系統(tǒng)）、第4層（Oracle11g數(shù)據(jù)庫相關(guān)系統(tǒng)）、（Apache Tomcat8.0 Web服務(wù)）、第5層（物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測軟件），這6層結(jié)構(gòu)，組成了該系統(tǒng)的綜合應(yīng)用平臺。

3.3.1 物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)為1類智慧型消防安全物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體框架解決方案，集成了溫度感應(yīng)裝置、煙氣感應(yīng)警報(bào)裝置、聲光手動報(bào)警裝置、視頻監(jiān)控裝置以及可燃?xì)怏w探測裝置等硬件設(shè)備，相關(guān)裝置借助移動網(wǎng)絡(luò)共同連接到智能消防安全監(jiān)測系統(tǒng)中。

3.3.2 UDP 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信協(xié)議

基于UDP標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息傳輸協(xié)議指的是1類用于替代可能于應(yīng)用 TCP協(xié)議過程中狀態(tài)不佳時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。其中主要目標(biāo)為克服TCP協(xié)議的在帶寬較高情況下的網(wǎng)絡(luò)延遲情況。也可以讓網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)企業(yè)輕松地推行及部署新型數(shù)據(jù)信息傳輸算法與協(xié)議。

3.3.3 Windows 或者 Linux 操作系統(tǒng)

Windows是1種使用了圖形用戶界面（GUI）的操作系統(tǒng)，相比較依靠指令進(jìn)行操作的 MS-DOS系統(tǒng)更加人性化。隨著計(jì)算機(jī)科技的持續(xù)進(jìn)步，Windows系統(tǒng)也不斷升級。Linux系統(tǒng)是1種免費(fèi)使用并且能夠自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)。

3.3.4 Oracle 11g數(shù)據(jù)庫

Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是世界領(lǐng)先的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，Oracle DBA（數(shù)據(jù)庫管理人員）的主要工作是對于數(shù)據(jù)庫進(jìn)行日常的維護(hù)及數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化管理。Oracle數(shù)據(jù)庫的開發(fā)人員主要負(fù)責(zé)應(yīng)用Oracle提供的SQL語言和PL/SQL程序設(shè)計(jì)語言來操作數(shù)據(jù)庫對象。

3.3.5 Apache Tomcat 8.0Web服務(wù)

Apache Tomcat服務(wù)器屬于1類免費(fèi)的開源Web服務(wù)器，適用于開發(fā)及調(diào)試JSP程序。當(dāng)在某設(shè)備上配置Apache 服務(wù)器后，即可響應(yīng)對HTML 頁面的訪問請求。事實(shí)上Tomcat 環(huán)節(jié)是Apache服務(wù)器的延伸，不過其屬于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，因此在運(yùn)行tomcat的情況下，它實(shí)際上是作為與Apache并行的進(jìn)程來進(jìn)行操作的。

圖1 系統(tǒng)綜合應(yīng)用平臺

3.3.6 物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測軟件系統(tǒng)

相關(guān)系統(tǒng)使用各類感知設(shè)備裝置為應(yīng)用平臺，運(yùn)行于物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)云技術(shù)等平臺，實(shí)現(xiàn)了自動化及智能化，全方位提高了物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的能力。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)安全消防系統(tǒng)核心功能研究

3.4.1 建筑物內(nèi)部消防安全設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)測

借助物聯(lián)網(wǎng)科技的相關(guān)模塊，可以針對火情自動警報(bào)裝置、消防滅火供水裝置、全自動消防裝置、防排煙裝置以及防火隔離裝置等建筑物內(nèi)部的消防安全設(shè)施的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且即時(shí)傳輸建筑物內(nèi)部消防裝備的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，使相關(guān)企業(yè)消防安全監(jiān)測負(fù)責(zé)人及消防安全監(jiān)測執(zhí)法人員可以迅速了解建筑物內(nèi)部消防裝備的工作情況。

3.4.2 火情狀況實(shí)時(shí)警報(bào)和確認(rèn)功能

在火情全自動警報(bào)裝置系統(tǒng)傳出火情警報(bào)信號時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)智能型監(jiān)測系統(tǒng)將會把火情相關(guān)信息傳送給相關(guān)企業(yè)的消防檢查工作者，與此同時(shí)，根據(jù)不同規(guī)模與等級報(bào)告給相關(guān)企業(yè)消防安全負(fù)責(zé)人及公安消防部門。相關(guān)企業(yè)消防安全檢查工作者必須迅速到達(dá)火情現(xiàn)場，根據(jù)情況按照火情警報(bào)應(yīng)對流程操作；消防安全監(jiān)測執(zhí)法人員能夠根據(jù)相應(yīng)的等級對火情進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，并且指揮現(xiàn)場消防救援工作。

3.4.3 消防安全裝備故障問題實(shí)時(shí)報(bào)警功能

當(dāng)建筑物內(nèi)部消防安全裝備出現(xiàn)故障時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)智能型監(jiān)測系統(tǒng)將會自動將故障問題數(shù)據(jù)傳給消防安全監(jiān)測人員、消防安全檢查人員及消防安全監(jiān)控人員，消防安全監(jiān)測人員能夠及時(shí)聯(lián)系維修保養(yǎng)部門對消防安全裝備進(jìn)行維護(hù)，排除問題。如果該企業(yè)配備的消防裝備發(fā)出的故障代碼信息在特定時(shí)間內(nèi)不能消除，消防安全監(jiān)督人員能夠遠(yuǎn)程提示相關(guān)單位盡快排除消防安全裝備的故障。

3.4.4 工作人員在崗智能化檢查及監(jiān)測監(jiān)控功能

借助物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)平臺能夠自動檢查消防安全監(jiān)測人員是否在崗工作，當(dāng)消防安全監(jiān)測人員收到檢查命令的時(shí)候，需要立刻在相關(guān)終端監(jiān)控設(shè)備上進(jìn)行在崗狀態(tài)的確認(rèn)操作。一旦出現(xiàn)自動查崗操作超過3次沒有回應(yīng)，系統(tǒng)將自動針對消防安全監(jiān)測值班室進(jìn)行遠(yuǎn)距離視頻抓拍，并且由系統(tǒng)認(rèn)定消防安全值班室相關(guān)工作人員處于脫崗狀態(tài)。

3.4.5 日常消防巡查監(jiān)測功能

物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)中心服務(wù)器每隔1 d能夠收到1次相關(guān)企業(yè)日常消防安全巡查數(shù)據(jù)信息，日常消防安全巡查數(shù)據(jù)信息包括消防巡查時(shí)間、消防巡查線路、消防巡查人員、消防巡查設(shè)施、工作狀態(tài)參數(shù)及圖像等信息。如果系統(tǒng)確定相關(guān)單位日常消防安全巡查數(shù)據(jù)信息超出設(shè)定時(shí)間，不能上傳相關(guān)數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)就會自動發(fā)出日常消防安全巡查監(jiān)測預(yù)警信號。

3.4.6 每個季度消防安全檢查及監(jiān)測監(jiān)控功能

物聯(lián)網(wǎng)消防安全智能監(jiān)測系統(tǒng)中心服務(wù)器每個季度能夠收到1次相關(guān)企業(yè)消防安全檢查相關(guān)數(shù)據(jù)信息，消防安全監(jiān)測檢查數(shù)據(jù)信息包括防煙及排煙系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)、火情自動警報(bào)系統(tǒng)、消防氣體滅火系統(tǒng)及防火隔離裝置等消防安全相關(guān)裝置工作情況以及消防安全監(jiān)測監(jiān)控參數(shù)等信息。如果系統(tǒng)確定每個季度消防安全防火監(jiān)測檢查相關(guān)數(shù)據(jù)超出設(shè)定時(shí)間，不能上傳相關(guān)數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)就會自動發(fā)出日常消防安全巡查監(jiān)測預(yù)警信號。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的小區(qū)消防安全動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

由于現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，造成相關(guān)單位的消防隱患大幅度增加。為此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)動開發(fā)出應(yīng)用動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測模式。具有自動組成網(wǎng)絡(luò)的能力，借助各類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可以獲得需要的各類環(huán)境參數(shù)信息，利用ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)連接到消防安全監(jiān)控中心，并且借助大數(shù)據(jù)技術(shù)針對溫、濕度傳感裝置及可燃?xì)怏w的濃度探測裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，為救援任務(wù)提供準(zhǔn)確合理的依據(jù)。

4.1 消防動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)中配備了可燃?xì)怏w濃度探測裝置（用于監(jiān)測CO氣體的濃度數(shù)值），且和溫、濕度傳感裝置組成網(wǎng)絡(luò)。開發(fā)了1種無線通信系統(tǒng)模塊，主要控制芯片為TI 公司的CC2530系統(tǒng)（SoC），其信號傳輸功率為2.6 mW，信號頻率為2.5 GHz。并將通信模塊嵌入感煙探測裝置中，該系統(tǒng)的無線信號的有效傳送范圍可以達(dá)到100 m。CC2530 系統(tǒng)模塊具備多種工作模式，特別是符合超低功耗需求的相關(guān)系統(tǒng)，其工作模式間的變換間隔時(shí)間較短，可以達(dá)到能量較小損耗的效果。使用具有數(shù)據(jù)信息發(fā)送能力的路由設(shè)備，配合具有調(diào)度能力的網(wǎng)關(guān)模塊，可以在監(jiān)測范圍內(nèi)借助相關(guān)路由通信協(xié)議組成無線形式的網(wǎng)格（Mesh）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并由此來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

4.2 系統(tǒng)模塊的功能研究

4.2.1 無線傳感裝置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)置

該系統(tǒng)的中無線傳感裝置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)單元，處于ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的核心功能即為通過此類傳感裝置收集到各種物理量信息，并且將上述信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字類型的信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸工作，傳輸?shù)较嚓P(guān)的協(xié)調(diào)裝置節(jié)點(diǎn)位置處，進(jìn)而達(dá)到各個物理量參數(shù)信息的收集和數(shù)據(jù)信息傳遞的目標(biāo)。

4.2.2 核心傳感裝置單元

系統(tǒng)中的氣體探測裝置使用MQ-2型氣體濃度傳感裝置。如果傳感裝置所在的環(huán)境中出現(xiàn)了可燃性氣體，該探測裝置的信號的傳輸速率將隨可燃?xì)怏w的濃度的改變相應(yīng)改變，可以將參數(shù)信號傳輸速率的變化對應(yīng)轉(zhuǎn)換成為與該可燃?xì)怏w的濃度相對應(yīng)的電壓信號，且此電壓信號將能由系統(tǒng)以適當(dāng)?shù)男问捷敵觥Ｄ軌蛴糜跈z測許多的可燃性氣體，例如液化天然氣、氫氣以及甲烷等。

4.2.3 系統(tǒng)總體功能

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)消防安全動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，借助物聯(lián)網(wǎng)獨(dú)有的“感知、傳輸，智能、應(yīng)用”優(yōu)勢來達(dá)到火情狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測、準(zhǔn)確預(yù)警以及災(zāi)情評估等目標(biāo)。

5 結(jié)語

綜上所述，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)針對相關(guān)單位建筑物內(nèi)部消防安全裝備、消防負(fù)責(zé)人員及消防工作進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)信息采集與監(jiān)控，并且應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析研究，完成對于所管轄區(qū)域相關(guān)單位消防安全的“人、物、事”的遠(yuǎn)距離、集中與即時(shí)監(jiān)測，最大程度地保護(hù)人民群眾的財(cái)產(chǎn)安全。