物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧消防檢查中的有效應(yīng)用

王偉，曹卓媛

（杭州市消防救援支隊(duì)，杭州 310000）

1 引言

當(dāng)前城市建筑環(huán)境日益復(fù)雜，對(duì)消防安全提出了更高的要求，使建筑防火檢查難度增加，通過物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可創(chuàng)建智慧消防系統(tǒng)，可自動(dòng)識(shí)別危險(xiǎn)源、實(shí)時(shí)監(jiān)控消防設(shè)施、及時(shí)報(bào)警火災(zāi)等，為滅火指揮、火情防控、科學(xué)方案的制訂等提供了必要保障，還可使經(jīng)濟(jì)損失降到最低。

2 物聯(lián)網(wǎng)建筑安防系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 主控中心

采用mini2440實(shí)驗(yàn)板，CPU主頻調(diào)節(jié)為400 MHz，接口分別為1個(gè)以太網(wǎng)接口、1個(gè)USB接口、1個(gè)SD卡接口、3個(gè)串行接口；內(nèi)存為64M的SDRAM，32 bit數(shù)據(jù)總線，時(shí)鐘頻率為100 MHz。該系統(tǒng)主控中心的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主控中心結(jié)構(gòu)圖

2.2 煙霧傳感器

采用型號(hào)為MQ-2的煙霧傳感器，將其設(shè)置在消防檢查節(jié)點(diǎn)位置。該設(shè)備采用SnO2，在清潔空氣內(nèi)電導(dǎo)率較低，當(dāng)檢測到運(yùn)行環(huán)境內(nèi)氣體濃度增加時(shí)，氣敏材料的電導(dǎo)率便會(huì)發(fā)生變化，設(shè)備阻值受被測氣體濃度影響，將濃度信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。在運(yùn)行環(huán)境下，電阻值與煙霧濃度間的聯(lián)系用靈敏度K表示，計(jì)算公式如下：

式中，K為靈敏度；R為電阻值；R0為傳感器在正常環(huán)境下的阻值。因煙霧類型不同，K值有所區(qū)別，但均遵循以下規(guī)律：

式中，m為探測器的敏感性，在1/3～1/2取值；A為煙霧濃度；N為氣敏材料溫度。

2.3 現(xiàn)場報(bào)警電路

該電路包括繼電器與警號(hào)兩部分，設(shè)置在智能建筑安防消防探測系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)情況時(shí)發(fā)出警示作用，使值班人員能夠針對(duì)突發(fā)情況采取解決對(duì)策。該系統(tǒng)內(nèi)的報(bào)警電路采用繼電器驅(qū)動(dòng)警號(hào)，在ZigBee終端節(jié)點(diǎn)P0-3與三極管相連，在火災(zāi)狀態(tài)下輸出低電平，此時(shí)三極管處于閉合狀態(tài)，繼電器驅(qū)動(dòng)警號(hào)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場報(bào)警，反之則警號(hào)不啟動(dòng)，電路連接如圖2所示[1]。

圖2 現(xiàn)場報(bào)警電路圖

3 物聯(lián)網(wǎng)在智慧消防檢查中的應(yīng)用措施

3.1 在防火檢查業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

3.1.1 創(chuàng)建防火數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫由傳感矩陣、采集程序等構(gòu)成，具有消防資源管理、信息監(jiān)測、監(jiān)督執(zhí)法等功能，對(duì)建筑消防安全進(jìn)行全面管控，包括樓道雜物堆積、電氣系統(tǒng)運(yùn)行、樓內(nèi)溫度變化、煙霧濃度等。當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，樓內(nèi)溫度與煙霧濃度會(huì)逐漸提升，根據(jù)上述數(shù)據(jù)便可進(jìn)行火災(zāi)自動(dòng)預(yù)警，使信息更為準(zhǔn)確，為火情評(píng)估提供充分的數(shù)據(jù)支持。針對(duì)采集的溫度、煙霧、CO濃度等信息，納入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之前進(jìn)行預(yù)處理，因神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)輸入的物理量間差異較大，且受環(huán)境因素的影響，需要將其歸一化處理，數(shù)值量還會(huì)影響系統(tǒng)矯正時(shí)間，二者具有正比關(guān)系，如若未對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，大數(shù)據(jù)將會(huì)“吃掉”小數(shù)據(jù)，導(dǎo)致誤差增加，經(jīng)過歸一化處理后納入模糊神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行深入處理。將煙霧濃度、溫度、CO濃度等信息作為檢測對(duì)象，對(duì)火災(zāi)發(fā)生概率進(jìn)行判斷。第一步是對(duì)輸入信號(hào)模糊化處理，根據(jù)隸屬函數(shù)創(chuàng)建模糊規(guī)則模型；第二步是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行訓(xùn)練，結(jié)合訓(xùn)練結(jié)果調(diào)整權(quán)值；第三步是按照模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)火災(zāi)發(fā)生率進(jìn)行判斷，并將概率值輸出，火災(zāi)信號(hào)處理過程如圖3所示[2]。

圖3 火災(zāi)信號(hào)處理流程

3.1.2 構(gòu)建防火檢查系統(tǒng)

通過現(xiàn)代化信息技術(shù)的應(yīng)用，采集消防檢查相關(guān)信息，使防火檢查系統(tǒng)更加完善。例如，數(shù)據(jù)管理技術(shù)應(yīng)用中，通過信息整合、統(tǒng)一處理，可借助虛擬化技術(shù)進(jìn)行模擬演練，再利用Web數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行信息預(yù)處理，使建筑內(nèi)的消防安全等級(jí)得到精準(zhǔn)客觀的評(píng)估，使消防監(jiān)督、防火檢查等功能更具針對(duì)性，節(jié)約大量人力與物力成本投入，促進(jìn)監(jiān)督檢查效率提升。將煙霧濃度、CO濃度、溫度值作為傳入信號(hào)，創(chuàng)建模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如圖4所示[3]。

圖4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖中，S為煙霧濃度；T為溫度值；C為一氧化碳濃度，將三者數(shù)值進(jìn)行預(yù)處理后輸出；W1～W4分別代表的是不同層次間的權(quán)值；X、Z、D分別代表模糊推理中的“小”“中”“大”，利用W1和W2將信號(hào)分成不同的等級(jí)，在利用W3選擇相應(yīng)的迷糊規(guī)則，最后用W4將規(guī)則歸一化處理，將火災(zāi)發(fā)生概率輸出，用N表示“無火災(zāi)”；用Y代表“引燃”；用M代表“明火”；P為最終狀態(tài)。根據(jù)上圖可知，首層中的S、T和C屬于輸入量，第二和三層為模糊化層，第四層為推理層，第五層為歸一化層。為使建筑防火系統(tǒng)報(bào)警更加準(zhǔn)確，在多種環(huán)境下仍可準(zhǔn)確報(bào)警，可結(jié)合實(shí)際環(huán)境設(shè)置模糊規(guī)則與隸屬函數(shù)，使火災(zāi)報(bào)警更加準(zhǔn)確可靠。

3.2 在救援管理中的應(yīng)用

一方面，創(chuàng)建建筑身份系統(tǒng)。對(duì)不同位置的建筑物進(jìn)行身份確認(rèn)，如結(jié)構(gòu)、使用情況、改造程度等，利用物聯(lián)網(wǎng)將采集的信息設(shè)置成電子標(biāo)簽（RFID）。在發(fā)生火情時(shí)，工作人員可利用終端設(shè)備了解建筑狀態(tài)，便于及時(shí)為消防人員提供信息；一旦發(fā)生異常情況，芯片能夠及時(shí)識(shí)別并做出初步判斷，并向管理者發(fā)出警報(bào)。消防人員可及時(shí)了解建筑受災(zāi)情況，憑借樓內(nèi)的溫度傳感器了解現(xiàn)場溫度，便于有效開展救援工作。如若報(bào)警人員對(duì)信息不了解，則指揮人員便要先確認(rèn)建筑信息，由此確定火災(zāi)位置，再實(shí)施救援。另一方面，完善消防安全責(zé)任平臺(tái)。在智慧消防系統(tǒng)中增設(shè)安全責(zé)任平臺(tái)，該平臺(tái)的作用是對(duì)管轄范圍內(nèi)的消防部門、辦公大樓、小區(qū)等進(jìn)行等級(jí)劃分，對(duì)于人員流動(dòng)較多的區(qū)域，如寫字樓、民用建筑等，需要確定建筑出入口數(shù)量、具體位置、樓層高度等，有助于在出現(xiàn)火情時(shí)消防車可以通過最短路徑達(dá)到現(xiàn)場，開展高效的救援工作。上述區(qū)域相關(guān)責(zé)任主體也應(yīng)協(xié)調(diào)配合，使防火監(jiān)督更具針對(duì)性，引導(dǎo)從業(yè)者樹立安全責(zé)任意識(shí)，全面掌握區(qū)域內(nèi)人員信息，實(shí)施安全責(zé)任監(jiān)督常態(tài)化管理。該系統(tǒng)中還設(shè)置了社會(huì)消防安全管理模塊，使監(jiān)管部門在防火工作中的作用得以充分發(fā)揮，各部門樹立安全責(zé)任意識(shí)，負(fù)責(zé)好各自行業(yè)內(nèi)的消防管理工作，再由統(tǒng)一的安全管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)督，將現(xiàn)代化信息技術(shù)充分應(yīng)用到內(nèi)部消防管理系統(tǒng)中，使網(wǎng)上查詢、網(wǎng)上錄入、監(jiān)督與考評(píng)得到貫徹落實(shí)，從而節(jié)約更多的資源與成本，促進(jìn)消防檢查整體效率提升。

3.3 在消防設(shè)施管理中的應(yīng)用

3.3.1 消火栓

建筑安全需要完善的消防設(shè)施來保障，消火栓作為重要的消防設(shè)施之一，對(duì)其定期檢查和管理十分必要，可以保證其隨時(shí)可用，降低火災(zāi)損失。因建筑防火等級(jí)不同，應(yīng)采取分級(jí)質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)檢查為期1～2 a，但因傳統(tǒng)消防設(shè)施檢查力度不強(qiáng)，管理技術(shù)落后，導(dǎo)致設(shè)施管理效率始終無法提升。在智慧建筑背景下，可將消火栓管理體系與物聯(lián)網(wǎng)相連接，實(shí)時(shí)反饋運(yùn)行狀態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)可直接在消火栓中安裝各類傳感設(shè)備、智能芯片等，依靠RFID技術(shù)進(jìn)行管理。智能芯片是在云計(jì)算的支持下，對(duì)消火栓的相關(guān)信息進(jìn)行采集，并將其整理成標(biāo)準(zhǔn)格式后傳遞到當(dāng)?shù)叵乐行?，使消防單位能夠隨時(shí)掌握消火栓的準(zhǔn)確信息，快速響應(yīng)并解決。

3.3.2 火災(zāi)識(shí)別系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)智慧消防系統(tǒng)安裝了煙霧傳感器、溫度探頭等，適用于不同的火災(zāi)識(shí)別報(bào)警設(shè)備中，將其與智能樓宇系統(tǒng)相連后，當(dāng)火災(zāi)識(shí)別設(shè)備發(fā)現(xiàn)建筑內(nèi)出現(xiàn)火情時(shí)，便會(huì)將火情預(yù)警信息經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綐怯钕到y(tǒng)中，再由樓宇系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，使樓內(nèi)居民能夠及時(shí)知曉險(xiǎn)情，并有序撤離；還可將其與當(dāng)?shù)氐南乐行南噙B，可在火災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間將信息傳達(dá)到消防單位，使消防隊(duì)伍能夠快速到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，組織開展滅火救災(zāi)工作；還可便于消防機(jī)構(gòu)采集最新火情信息，迅速定位起火區(qū)域、易燃易爆物體位置等，發(fā)揮強(qiáng)大的滅火輔助作用，使滅火救援效率進(jìn)一步提升。

3.3.3 消防供水系統(tǒng)

建筑火災(zāi)控制受水資源供給的影響較大，如若供水系統(tǒng)不完善，會(huì)增加滅火難度。將物聯(lián)網(wǎng)與供水系統(tǒng)相連接，可對(duì)供水狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場水源供應(yīng)情況，如水流壓力、流量等，消防中心可根據(jù)上述信息綜合分析現(xiàn)場火情，預(yù)測滅火所需的水資源總量，必要時(shí)還可提前從周圍區(qū)域抽調(diào)，確?；馂?zāi)現(xiàn)場水源供應(yīng)穩(wěn)定持續(xù)，盡可能地減少火災(zāi)造成的財(cái)產(chǎn)損失。在供水系統(tǒng)中安裝消防水源傳感器，應(yīng)與居民建筑間保持約2 m的距離。傳感器可將水源位置、水量等重要信息實(shí)時(shí)傳遞，便于消防管理方案制定，提高防火與滅火效率。

4 結(jié)語

智慧消防在物聯(lián)網(wǎng)的支持下已經(jīng)普遍應(yīng)用到建筑防火工作中，在防火檢查、救援管理、消防設(shè)施管理等方面發(fā)揮著重要作用。在智慧安防系統(tǒng)中，通過溫度、煙霧傳感器、智能芯片等能夠及時(shí)發(fā)覺樓內(nèi)溫度、煙霧濃度等異常情況，及時(shí)發(fā)起警報(bào)，促使值班人員及時(shí)予以解決，一旦出現(xiàn)火災(zāi)事故，報(bào)警電路便會(huì)立即啟動(dòng)，告知消防中心，消防人員根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可快速定位火災(zāi)位置，并以最短路線到達(dá)現(xiàn)場，使火情盡快得到控制；還應(yīng)加強(qiáng)消火栓、供水系統(tǒng)等管理，確保在發(fā)生火情時(shí)能夠正常投入使用，最大限度減少人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。