基于大數(shù)據(jù)分析的公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)設計與應用

摘要：基于大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建消防安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠集成先進的傳感器技術和大數(shù)據(jù)處理技術，實現(xiàn)對建筑內(nèi)各類安全數(shù)據(jù)的實時收集分析，進而精準預警并有效處置早期火災風險?；诖耍瑢⑸钊敕治龌诖髷?shù)據(jù)技術的公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案，從系統(tǒng)軟硬件設計兩個方面展開，詳細闡述這一消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能模塊，結(jié)合實際應用案例，充分展示公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的應用效果，加強早期火災風險的防控能力，從而為建筑消防安全管理提供更加科學、可靠的決策支持。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)分析；消防安全；監(jiān)控系統(tǒng)；公共建筑

中圖分類號：TP277" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）11-0067-03

近年來，城市化進程不斷推進，公共建筑數(shù)量逐漸增多，相應的消防安全問題時有發(fā)生。具體而言，傳統(tǒng)的消防安全監(jiān)控手段主要依賴人工巡檢、設備報警，使得相關工作人員難以在火災初期精準判斷。鑒于公共建筑消防安全需求的日益復雜化，亟需引入大數(shù)據(jù)分析技術切實改進消防安全管理工作[1]。借助大數(shù)據(jù)技術，公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)控建筑內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)，并同步存儲和分析這些數(shù)據(jù)。智能決策系統(tǒng)可大幅提升火災預警及應急處置工作的整體效率。本文將具體研究基于大數(shù)據(jù)的消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建過程，旨在為現(xiàn)代化公共建筑的消防安全管理提供科學、有效的解決方案。

1 大數(shù)據(jù)分析技術概述

大數(shù)據(jù)指那些在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件難以有效處理的時間框架內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集通常具有海量、多樣化、高速增長的特征。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、社交媒體等先進技術的日益普及，數(shù)據(jù)量也呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，若仍采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和分析方法，顯然無法滿足海量數(shù)據(jù)處理需求[2]。基于此，大數(shù)據(jù)的核心特征可初步總結(jié)為“4V”模型：Volume（數(shù)據(jù)量），即數(shù)據(jù)規(guī)模龐大；Velocity（數(shù)據(jù)速度），表示數(shù)據(jù)流動速度極快；Variety（數(shù)據(jù)種類），涵蓋結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，類型多樣；Veracity（數(shù)據(jù)真實性），表明數(shù)據(jù)來源復雜，數(shù)據(jù)質(zhì)量通常參差不齊。

2 基于大數(shù)據(jù)分析的公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設計

2.1" 建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

在構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)技術的公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)時，需借助先進的數(shù)據(jù)采集、處理、分析等技術手段，實時監(jiān)控并預警建筑內(nèi)部的消防安全狀況。該系統(tǒng)側(cè)重于發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，深入挖掘所采集的消防安全數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，以大幅度提高消防預警的準確性和及時性。系統(tǒng)設計中主要需完成硬件設計和軟件設計兩大核心板塊，其中，硬件主要由溫度傳感器、繼電器控制模塊組成，軟件則是由消防交互指令、反向識別監(jiān)控數(shù)據(jù)庫組成，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

數(shù)據(jù)采集主要依賴于部署在公共建筑內(nèi)部的溫度傳感器、煙霧探測器等多種傳感設備，這些設備能夠?qū)崟r獲取建筑內(nèi)部的溫度、濕度、煙霧濃度等消防安全相關數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)高速傳輸至數(shù)據(jù)處理中心進行深度解析。

數(shù)據(jù)處理與分析是該消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心內(nèi)容。借助大數(shù)據(jù)分析平臺，系統(tǒng)能夠高效存儲、處理并分析傳感器所采集的海量數(shù)據(jù)[3]，構(gòu)建消防安全預測模型，以便預先識別潛在的火災風險。其中，通過反向識別監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，可以對高層建筑的溫度數(shù)據(jù)進行深度處理，提取溫度趨勢及其異常變化信息，結(jié)合消防安全標準，及時發(fā)出消防預警指令。

2.2" 系統(tǒng)硬件設計

2.2.1" 溫度采集電路設計

在構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)分析的公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)中，精準監(jiān)控建筑內(nèi)部溫度是實現(xiàn)火災初期預警的前提條件。在消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計中，選用的溫度傳感器型號為DS18B20，作為系統(tǒng)核心感應裝置，這款溫度傳感器具有測量精度高、功耗低的特點，適合在公共建筑中大規(guī)模部署。為提高消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾能力，電路設計主要采用復合電路結(jié)構(gòu)，接入兩個雙控電源，一個為電源專用連接DS18B20傳感器，另一個則用于為電路提供穩(wěn)定供電。這一設計方案可有效避免溫度采集準確性受環(huán)境中電磁干擾的影響。

為進一步增強電路的穩(wěn)定性，在DS18B20傳感器周圍構(gòu)建小型監(jiān)測電路，用以監(jiān)測、核查火源的細微變化，借助ZigBee模塊與主控制板連接，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸、實時監(jiān)控等功能[4]。為避免出現(xiàn)電流過載現(xiàn)象，電路中集成了16位的AD轉(zhuǎn)換器，確保電路安全運行。

溫度采集電路還配備BH1750FVI光強傳感器，用于監(jiān)測建筑物內(nèi)的光照變化，該傳感器的安裝可輔助判斷火源來源、實時位置。還可與光伏板、數(shù)字功率監(jiān)視器配合使用，實時獲取各類電氣參數(shù)，為數(shù)據(jù)融合、消防報警提供有效的數(shù)據(jù)支持。

2.2.2" 繼電器控制模塊設計

在公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計中，繼電器控制模塊也發(fā)揮著重要作用。設計這一模塊的核心在于充分利用ZigBee協(xié)議棧、CC2530芯片，以實現(xiàn)建筑內(nèi)溫度傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理，并與消防設備進行聯(lián)動控制。在系統(tǒng)設計中，繼電器控制模塊可與溫度傳感器、芯片、微控制器相互配合，共同構(gòu)建一個高效的監(jiān)測控制網(wǎng)絡體系。溫度傳感器可基于ZigBee通信協(xié)議，將采集的建筑環(huán)境溫度數(shù)據(jù)傳輸至芯片，以精準控制變頻器、電器柜等重要設備，確保消防安全監(jiān)控系統(tǒng)在火災發(fā)生時能夠迅速響應。

2.3" 系統(tǒng)軟件設計

2.3.1" 消防交互預警指令設計

在公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計中，消防交互預警指令是關鍵環(huán)節(jié)。在大數(shù)據(jù)技術支持下，消防交互預警指令能夠顯著提高系統(tǒng)的監(jiān)控預警能力。該設計的核心目標在于借助大數(shù)據(jù)分析技術，實現(xiàn)對建筑消防安全的監(jiān)控與預警，確保在公共建筑發(fā)生火災時能夠迅速響應。

消防交互預警指令需基于系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設計，充分融合大數(shù)據(jù)分析處理技術，實時監(jiān)控建筑內(nèi)的火災隱患等相關安全風險。在系統(tǒng)架構(gòu)中，定向采集建筑內(nèi)的各類消防數(shù)據(jù)，通常涵蓋煙霧濃度、溫度、濕度等信息，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器將這些消防數(shù)據(jù)實時上傳至大數(shù)據(jù)平臺。消防安全監(jiān)控系統(tǒng)可準確評估消防安全狀況，并依據(jù)預設的安全標準、火災預警模型，自動生成最終的消防預警指令[5]。

為確保預警指令的精準性，本研究設計了多層級、多目標的消防監(jiān)控方案。各目標均根據(jù)消防安全狀態(tài)，設定了不同層級的指令，從而實現(xiàn)了監(jiān)控預警的全覆蓋。例如，在建筑物內(nèi)部，針對不同樓層、區(qū)域的火災風險，系統(tǒng)可深度分析火災的傳播路徑、速度及火勢情況等信息，以生成特定的預警指令，同時，系統(tǒng)還能自動啟動建筑內(nèi)的消防設備，并調(diào)度相關人員執(zhí)行相應的疏散程序?？沙浞纸Y(jié)合火災發(fā)展趨勢、建筑物內(nèi)部火勢傳播情況，實現(xiàn)公共建筑消防安全預警指令的自動調(diào)整，從而確保預警信息的及時性、準確性。

2.3.2" 反向識別監(jiān)控數(shù)據(jù)庫設計

反向識別監(jiān)控數(shù)據(jù)庫主要用于高效存儲、管理大量消防安全數(shù)據(jù)。鑒于公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量較為龐大，系統(tǒng)設計需采用合理的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，以保證消防安全數(shù)據(jù)的高效讀取與處理。在反向識別機制支持下，監(jiān)控系統(tǒng)可基于各區(qū)域的火災識別節(jié)點，構(gòu)建智能化的消防安全識別網(wǎng)絡。消防安全數(shù)據(jù)將以特定格式傳輸至系統(tǒng)，利用智能算法分析判斷火災風險，由此生成反向識別預警信息。在此過程中，系統(tǒng)將深度解析建筑火災的蔓延路徑、火源變化趨勢等多維度數(shù)據(jù)，智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)，以發(fā)出精確的火災火情預警指令。

反向識別技術主要應用于中小型火災的監(jiān)控預警，能夠有效連接關聯(lián)區(qū)域的識別節(jié)點，形成規(guī)模不同的反向消防安全識別網(wǎng)絡。系統(tǒng)管理人員可調(diào)整指令，以反向識別建筑內(nèi)的細節(jié)位置或火源，其執(zhí)行指標數(shù)值設定見表1。

基于表中執(zhí)行指標的設定值，系統(tǒng)可調(diào)整數(shù)據(jù)庫監(jiān)控機制，并將反向識別作為監(jiān)控標準，構(gòu)建循環(huán)交互的系統(tǒng)監(jiān)控結(jié)構(gòu)，最終完成軟件系統(tǒng)的搭建。

3 基于大數(shù)據(jù)分析的公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)應用案例

位于北京朝陽區(qū)的某大型商業(yè)綜合體，涵蓋大型商場、辦公樓、餐飲區(qū)及停車場等多個區(qū)域，建筑占地面積約10萬m2，區(qū)域內(nèi)人員流動頻繁。為有效提高公共建筑消防安全水平，該建筑引入了基于大數(shù)據(jù)分析的消防安全監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控建筑內(nèi)消防安全狀態(tài)，并具備火災自動化預警功能。

系統(tǒng)采用DS18B20溫度傳感器、BH1750FVI光強傳感器、煙霧探測器及ZigBee通信模塊，全面部署在建筑內(nèi)的廚房、電氣室、地下車庫等高風險區(qū)域。這些傳感器可實時采集建筑內(nèi)的溫度、濕度、煙霧濃度等關鍵環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過ZigBee無線網(wǎng)絡將所采集的數(shù)據(jù)傳輸至中心控制系統(tǒng)。自系統(tǒng)投入使用后，建筑火災的響應時間得到有效縮短，且消防設備的自動化也在一定程度上提高了火災初期的撲滅成功率。

由表2中的相關數(shù)據(jù)可知，在公共建筑中推廣應用消防安全監(jiān)控系統(tǒng)可顯著提升火災預警的準確性和響應速度。尤其是對于公共建筑中的地下車庫、廚房等高風險區(qū)域，系統(tǒng)的自動報警、設備啟動功能在很大程度上降低了人員疏散的風險，保障人員的生命財產(chǎn)安全。這為大數(shù)據(jù)技術在建筑安全領域的融合應用提供了寶貴的經(jīng)驗。

4 結(jié)束語

綜上所述，當前建筑消防安全仍面臨挑戰(zhàn)，亟需引入大數(shù)據(jù)技術來建立相應的公共建筑消防安全監(jiān)控系統(tǒng)。本文深入解析了針對公共建筑的消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的實踐應用，具體分析了該系統(tǒng)的多維度傳感器布置方案，并設計了繼電器控制模塊。在后續(xù)的應用研究中，仍需進一步完善消防安全監(jiān)控系統(tǒng)，以便更有效地監(jiān)測公共建筑內(nèi)的火災情況，從而達到提升火災初期識別與響應速度、大幅度降低人員疏散風險及財產(chǎn)損失的目的。

參考文獻

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