基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

李 會

(濟(jì)南市消防救援支隊 山東 濟(jì)南 250100)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用,在消防領(lǐng)域當(dāng)中如何采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,已經(jīng)成為消防部門重視的熱點。同時,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)引入到城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控管理上,為實現(xiàn)城市消防無線遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了必要條件。并且,該技術(shù)的應(yīng)用,還能夠幫助消防救援人員對危險源實施自動識別以及對消防設(shè)備設(shè)施進(jìn)行實時的監(jiān)控,對消防數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的收集,以此為后續(xù)的城市消防統(tǒng)籌決策作業(yè)提供相應(yīng)的參考[1]。因此,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),不僅能夠有效防范城市建筑火災(zāi)的發(fā)生,還能夠降低火災(zāi)造成的損失。同時,還可以實現(xiàn)對不同類型的消防設(shè)施故障問題進(jìn)行處理,保障了安全隱患處理的及時性。

1 系統(tǒng)設(shè)計需求分析

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,需要具備自動實時報警功能、實時監(jiān)測功能以及維護(hù)管理和用戶管理、歷史記錄查詢等多種基礎(chǔ)性功能。首先,從自動實時監(jiān)測報警功能方面來看,用戶可以通過系統(tǒng)利用該功能實現(xiàn)對城市當(dāng)中的不同消防設(shè)備設(shè)施進(jìn)行實時監(jiān)測,以及對消防所應(yīng)用到的水源的壓力、流量等相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實時采集分析和監(jiān)測,從而保證消防水源的充足。其次,從實時報警功能方面來看,實時報警功能和實時監(jiān)測功能兩者密不可分,通過系統(tǒng)對實時監(jiān)測的結(jié)果展開智能化分析后,若是發(fā)生火災(zāi)或者消防設(shè)備存在異常問題時,實時報警功能,就會自動借助計算機(jī)設(shè)備或者移動智能終端設(shè)備向用戶報警,同一時間還會向城市的消防救援指揮中心發(fā)出相應(yīng)的報警信息,以此實現(xiàn)緊急救援[2]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計研究

2.1 城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

具體消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計見圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體框架設(shè)計框圖

首先,基于物聯(lián)網(wǎng)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)了對災(zāi)難現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集、傳輸和存儲以及消防救援報警等功能。其次,監(jiān)控系統(tǒng)的整體框架主要分為3個層次:應(yīng)用層、傳輸層以及感知層等。其中,從感知層設(shè)計上來看,該層主要包含了硬件基礎(chǔ)功能,實現(xiàn)了對火災(zāi)現(xiàn)場的具體情況數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和監(jiān)測。傳輸層主要由NB-IOT技術(shù)和華為云服務(wù)器構(gòu)成,并且NB-IOT技術(shù)作為一種基于蜂窩數(shù)據(jù)鏈接技術(shù)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),它擁有廣泛的覆蓋范圍和低成本、低能耗、高抗干擾性以及安全性強(qiáng)等特點,為城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通信傳輸服務(wù)提供了有力的支持,并充分地滿足了該系統(tǒng)的需求[3]。

2.2 系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計

針對城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能設(shè)計包含了火災(zāi)自動報警模塊、危險氣體預(yù)警模塊、實時通信模塊、應(yīng)急照明模塊、自動噴水滅火模塊、消防栓系統(tǒng)以及消防應(yīng)急模塊和防煙排煙模塊等模塊組成,具體見圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主要功能模塊架構(gòu)設(shè)計

2.2.1 火災(zāi)自動報警模塊設(shè)計

當(dāng)城市建筑發(fā)生火情時,消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就會觸發(fā)火災(zāi)自動報警模塊,給出報警信息,并將實時的火災(zāi)情況信息發(fā)送到消防應(yīng)急救援指揮中心。從而讓用戶和救援指揮中心、消防機(jī)構(gòu)等第一時間了解火災(zāi)現(xiàn)場的具體情況,同時進(jìn)行緊急疏散和滅火。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,使得火災(zāi)自動報警模塊的連接方式得到進(jìn)一步升級,脫離了消防控制室,實現(xiàn)了自動化、智能化報警。并且,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用,將城市中的每個火災(zāi)探測器全部設(shè)置成獨立的個體,這樣一來有效避免了傳統(tǒng)總線制系統(tǒng)當(dāng)中存在的線路損壞導(dǎo)致的火災(zāi)探測器出現(xiàn)失效的現(xiàn)象。而本模塊的設(shè)計,在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下,通過接入電源和通信模塊實現(xiàn)了對火情的情況進(jìn)行監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。一旦城市某個角落發(fā)生火情,該模塊就會及時給出相應(yīng)的消防應(yīng)急廣播。

2.2.2 危險氣體預(yù)警模塊設(shè)計

該模塊的設(shè)計主要包含了探測器、控制器和警報器等三部分組成。實現(xiàn)了對可燃?xì)怏w等危險氣體的實時監(jiān)測。如果發(fā)生氣體泄漏或者檢測到可燃?xì)怏w濃度超過閾值后,該模塊就會自動報警,這樣一來有效避免了因可燃?xì)怏w的泄漏導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。并且,在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下,通過將微單元控制模塊裝載到火災(zāi)聲光報警設(shè)備上,就能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的自動化報警,保障了用戶的安全[4]。

2.2.3 實時通信模塊設(shè)計

實時通信模塊的設(shè)計,對城市消防遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能否正常運行有著直接的影響。并且,它還關(guān)系著數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)恼＿\行,因此針對通信模塊的設(shè)計十分重要。在該模塊設(shè)計時,應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的需求和遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn),選擇合理的通信模式,借助采集服務(wù)器,實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計,這樣一來就能夠利用采集服務(wù)器,接收系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔?并將其存放到服務(wù)器當(dāng)中,以此為火災(zāi)自動報警提供支持。

2.2.4 應(yīng)急照明模塊設(shè)計

應(yīng)急照明模塊的設(shè)計,主要作用于當(dāng)災(zāi)情發(fā)生之后,維持建筑內(nèi)部的照明。并且,在維持建筑內(nèi)部的照明時,還需要在建筑內(nèi)部配備對應(yīng)的疏散指示,以此快速、高效地幫助人員逃離火災(zāi)現(xiàn)場。但傳統(tǒng)的應(yīng)急照明系統(tǒng)需要定期更換蓄電池,維持應(yīng)急照明系統(tǒng)的運行。但結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)急照明系統(tǒng),通過和城市消防遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)兩者進(jìn)行有效連接,不僅實現(xiàn)了對應(yīng)急照明系統(tǒng)的蓄電池應(yīng)用情況進(jìn)行監(jiān)測,還能夠利用移動終端設(shè)備和計算機(jī)設(shè)備定期向用戶發(fā)出對照明系統(tǒng)維護(hù)的信息,使得該系統(tǒng)一直處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)[5]。

2.2.5 自動噴水滅火模塊設(shè)計

城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中自動噴水滅火系統(tǒng)作為核心部分,一旦遇到火災(zāi)情況,監(jiān)控系統(tǒng)就會自動開啟噴水滅火功能,進(jìn)行滅火。并且,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用,讓自動噴水滅火系統(tǒng)上增添了微控制單元、壓力表傳感器等設(shè)備,以此實現(xiàn)了對末端試水設(shè)備的自動態(tài)監(jiān)測,保障了該系統(tǒng)的可靠性。

2.2.6 消防栓系統(tǒng)模塊設(shè)計

針對城市消防栓系統(tǒng)的設(shè)計,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對室外的消防栓蓋進(jìn)行改造,并添加了微控制傳感器和壓力表傳感器,以此實現(xiàn)了對管道的壓力進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)測分析。同時,利用該系統(tǒng)實現(xiàn)了對建筑的每一層消防栓的壓力展開了監(jiān)測,并且通過設(shè)置兩個不同的閾值,以此保證了消防栓的壓力始終保持在合理的范圍當(dāng)中,這樣有效避免了消防栓壓力過高導(dǎo)致管道和消火栓的水帶壓力受到影響,還避免了系統(tǒng)壓力過低導(dǎo)致消防水源出水壓力降低[6]。

2.2.7 消防應(yīng)急響應(yīng)模塊設(shè)計

城市消防應(yīng)急響應(yīng)模塊的設(shè)計主要包含了溫度采集功能、煙霧采集功能、火焰采集功能以及氣體采集功能,然后將所采集的數(shù)據(jù)信息,經(jīng)過分析和處理之后,實現(xiàn)對火災(zāi)情況的判斷,當(dāng)確定發(fā)生火災(zāi)時,就會自動啟動消防應(yīng)急響應(yīng)功能。同時,該模塊的設(shè)計主要由聲光報警功能和自動水噴淋功能構(gòu)成。其中,從聲光報警功能方面來看,當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時,本模塊的火災(zāi)指示燈就會亮起,同時給出蜂鳴器的報警聲。

2.2.8 防煙排煙模塊設(shè)計

防煙排煙模塊的設(shè)計,主要利用建筑的通風(fēng)口和排風(fēng)口,實現(xiàn)了建筑內(nèi)部的空氣循環(huán),保障了建筑內(nèi)部的空氣新鮮。從一定程度上建筑中防煙系統(tǒng)與排煙系統(tǒng)的設(shè)計能夠有效預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生,避免危害氣體的聚積。當(dāng)建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時,防煙系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)的設(shè)計,還能夠有效避免有毒煙氣對建筑中的人員造成傷害。并且,該模塊的設(shè)計還可以結(jié)合火災(zāi)監(jiān)測模塊,實現(xiàn)對通風(fēng)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)的自動開啟和關(guān)閉。

2.3 火災(zāi)信息處理模塊

信息處理模塊的設(shè)計可以更好地對火災(zāi)報警信息進(jìn)行及時接收、顯示和處理。首先,本文系統(tǒng)的設(shè)計可以實現(xiàn)對聯(lián)網(wǎng)用戶的報警主機(jī)展開實時監(jiān)控,這樣一來城市消防監(jiān)控中心可以在火災(zāi)報警主機(jī)給出報警信息的20 s內(nèi),完成相關(guān)信息的接收。而信息接收終端則會準(zhǔn)確地將火災(zāi)發(fā)生的初始時間、報警單位、報警樓層、報警房間、報警建筑以及對應(yīng)的平面位置等信息進(jìn)行顯示,同時還能夠?qū)l(fā)出報警信息的設(shè)備相關(guān)信息顯示出來。當(dāng)火災(zāi)報警信息得到確認(rèn)之后,系統(tǒng)就會將相關(guān)詳細(xì)信息傳送到119火警消防指揮中心。此外,本模塊在城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中還能夠?qū)崿F(xiàn)對一個單位當(dāng)中的所有報警情況進(jìn)行同時處理,也可以將該單位所產(chǎn)生的新報警信息,傳輸?shù)秸谔幚碜鳂I(yè)的終端當(dāng)中。最后,將得到確認(rèn)的火災(zāi)報警信息及時地發(fā)送給特定人員的終端上。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計及實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計

從城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件層面設(shè)計上來看,該系統(tǒng)的設(shè)計主要由三層結(jié)構(gòu)組成:感知層、傳輸層以及應(yīng)用層。其中,從感知層上來看,該層的設(shè)計主要起到了傳感器檢測的作用。應(yīng)用層的設(shè)計主要利用無線通信技術(shù),實現(xiàn)了通信模塊設(shè)計,并為城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制提供通信服務(wù)。并且,該層次的設(shè)計還包含了用戶管理功能、消防設(shè)備管理功能、數(shù)據(jù)監(jiān)測功能和城市地圖管理功能,能夠為不同的用戶或者目標(biāo)提供不同的服務(wù)。此外,應(yīng)用層還具有數(shù)據(jù)庫處理和用戶交互等功能。而傳輸層的設(shè)計,通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實現(xiàn)了無線傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和服務(wù)器搭建。同時,對于傳輸層中的服務(wù)器搭建需要利用華為服務(wù)器進(jìn)行設(shè)計,然后將不同類型的消防設(shè)備、用戶終端等和服務(wù)器進(jìn)行連接。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計,主要通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,并以所采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),實現(xiàn)用戶、角色、標(biāo)準(zhǔn)體系以及反饋意見等信息表的搭建,并為城市消防遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測工作提供相應(yīng)的支持[7]。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)的設(shè)計,主要圍繞著城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的界面、用戶登錄功能、注冊功能以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲和消防數(shù)據(jù)查詢等信息的處理。其中,在對系統(tǒng)的界面進(jìn)行設(shè)計時,需要充分滿足人性化、個性化的需求,以此使得用戶能夠迅速上手使用。用戶登錄模塊的設(shè)計,主要為用戶提供了注冊功能和賬戶登錄功能、密碼找回等功能。針對數(shù)據(jù)存儲功能的設(shè)計,主要以數(shù)據(jù)實時采集和動態(tài)采集為基礎(chǔ),通過定期對城市建筑中的不同類型消防設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集、處理,然后再將所處理后的結(jié)果在遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的終端界面上即時展示出來。最后,利用數(shù)據(jù)存儲功能實現(xiàn)對該些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和錄入得到數(shù)據(jù)庫中。針對移動通信終端的設(shè)計,應(yīng)當(dāng)開發(fā)專門的應(yīng)用APP,并配備用戶登錄功能、注冊功能、實時數(shù)據(jù)信息查詢功能、現(xiàn)場消防設(shè)備信息上傳功能以及位置信息查詢功能等,從而滿足城市消防遠(yuǎn)程救援的需求[8]。

4 系統(tǒng)測試及實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)運行

為了更好地測試本系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程的可行性。當(dāng)系統(tǒng)完成安裝調(diào)試作業(yè)之后,再向系統(tǒng)中接入一定數(shù)量的用戶,以此對城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的性能進(jìn)行測試。因此,本文以某個城市的消防網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心為對象,該城市的消防網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心建成時間為2015年,同時實施用戶聯(lián)網(wǎng),于年底完成調(diào)試工作。

首先,該消防網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心,由3臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺LED控制臺以及2臺電話線采集軟件服務(wù)器等硬件設(shè)備組成。其次,配備了4臺接警客戶端,用于對火警故障信息的接收;1臺巡檢客戶端作用于對設(shè)備管理以及1臺視頻瀏覽設(shè)備,用于輔助操作。同時,在消防救援支隊當(dāng)中還安裝了遠(yuǎn)程信息顯示終端設(shè)備和119火警確認(rèn)顯示終端,以此用來對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息的接收與轉(zhuǎn)發(fā)處理。這樣一來,不僅實現(xiàn)了對城市消防火災(zāi)報警信息的處理和存儲,也為本系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供了保障。還實現(xiàn)了對城市聯(lián)網(wǎng)單位的消防設(shè)備運行狀態(tài)以及火警信息等進(jìn)行實時監(jiān)測。

4.2 結(jié)果分析

自本系統(tǒng)開通運營以來,已經(jīng)成功進(jìn)入500余家用戶,并以VPN專網(wǎng)實現(xiàn)對大商場等人員密集的場所進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),以此能夠?qū)⒆詣訄缶瘮?shù)據(jù)信號與視頻信號實時上傳到城市消防監(jiān)測中心。其他用戶則是選擇利用寬帶或者GPS無線網(wǎng)絡(luò)雙模方式實現(xiàn)與城市消防監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)。而消防中心可以實現(xiàn)7天24小時不間斷地對火警信息監(jiān)控。在測試過程中,一直到2015年年底,城市消防監(jiān)控中心,成功發(fā)現(xiàn)1起真實火警,還接收到53萬余次的故障信息,并實現(xiàn)了對聯(lián)網(wǎng)單位40萬余處的遠(yuǎn)程查詢。由此可以說明,本系統(tǒng)的建設(shè)使得火災(zāi)報警的及時性和準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步的提高。

5 結(jié)語

綜上所述,隨著城市不斷發(fā)展以及人口密度的增加,導(dǎo)致城市消防管理難度變得更加困難,因此積極建立城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就顯得十分重要。所以,本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),提出了一種城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案,并對該系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行了詳細(xì)闡述。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下,本系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、自動化消防設(shè)備的遠(yuǎn)程實時控制,還能夠?qū)崿F(xiàn)對消防救援工作進(jìn)行應(yīng)急指揮調(diào)度,從而使得城市消防安全水平得到有效提升,并進(jìn)一步降低了資源與人力成本等方面的支出,最大化程度上保障了居民的生命財產(chǎn)安全。