基于LPWAN網(wǎng)絡(luò)智能消防預(yù)警系統(tǒng)的融合發(fā)展

崔鐵良

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹智能消防預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，突出基于LPWAN網(wǎng)絡(luò)的智能消防預(yù)警系統(tǒng)的長(zhǎng)距離、大范圍覆蓋、低成本和高度集中化管理等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，指出了LPWAN網(wǎng)絡(luò)的智能消防預(yù)警系統(tǒng)的組成包括智能終端設(shè)備無(wú)線探測(cè)器（各種智能終端）、LPWAN基站系統(tǒng)、云平臺(tái)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)四個(gè)部分。最后介紹了智能消防預(yù)警系統(tǒng)的組網(wǎng)和建設(shè)。

關(guān)鍵詞：LPWAN網(wǎng)絡(luò)；智能消防報(bào)警系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；融合

一、引言

基于LPWAN網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)兼容傳統(tǒng)消防需求和物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備的接入，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煙、水、電、火、視頻、RFID等傳感數(shù)據(jù)的采集。這種系統(tǒng)利用云計(jì)算和數(shù)據(jù)挖掘分析等技術(shù)，將不同的探測(cè)終端、信號(hào)模式和角色融合在一個(gè)信息平臺(tái)上，提供智能一體化的作業(yè)鏈。這意味著系統(tǒng)可以在火災(zāi)初期監(jiān)測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，并通過多種信息傳輸方式及時(shí)通知消防安全責(zé)任人、管理人員和相關(guān)人員。這樣可以及時(shí)采取撲救火災(zāi)的措施，并提醒人員進(jìn)行安全疏散。

此外，該系統(tǒng)還可以結(jié)合設(shè)備的日常運(yùn)行情況，為消防安全管理提供輔助決策服務(wù)。通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和問題，并提供相應(yīng)的解決方案。綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)在消防安全領(lǐng)域的應(yīng)用具有很大的潛力，并可以為消防安全管理提供更加智能化和高效率的服務(wù)。

二、基于LPWAN網(wǎng)絡(luò)的智能消防預(yù)警系統(tǒng)

（一）低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)

LPWAN網(wǎng)絡(luò)（Low Power Wide Area Network：低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)）[2] 是由無(wú)線探測(cè)器（各種智能終端）、LoRa主機(jī)系統(tǒng)和系統(tǒng)終端等組成。該網(wǎng)絡(luò)通過優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)碎片化的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理。它采用模塊化組成方式，按需接入包括無(wú)線探測(cè)器在內(nèi)的各種智能化終端和各個(gè)應(yīng)用管理模塊，實(shí)現(xiàn)大面積的區(qū)域性低成本、低功耗全覆蓋。

（二）基于LoRa技術(shù)的智能消防系統(tǒng)融合發(fā)展優(yōu)勢(shì)

LoRa無(wú)線智能消防預(yù)警系統(tǒng)包括多層次的各種智能化應(yīng)用，可以通過不同的終端設(shè)備進(jìn)行信息查詢和管理操作。使用單位的消防安全責(zé)任人、消防安全管理人、工程維護(hù)部門能夠根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的角色管理權(quán)限，在不同場(chǎng)景下隨時(shí)隨地適時(shí)獲取并處理各種預(yù)警信息、風(fēng)險(xiǎn)提示和相關(guān)管理信息，有助于各個(gè)崗位的工作效率提升。基于LoRa技術(shù)的無(wú)線智能消防預(yù)警系統(tǒng)具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

1.傳輸距離長(zhǎng)，覆蓋范圍大

LoRa技術(shù)網(wǎng)關(guān)可以在5km以上范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙數(shù)據(jù)傳輸。在大規(guī)模數(shù)據(jù)交互的情況下，其容量大，成本、適用性、穩(wěn)定性和可靠性優(yōu)于其他無(wú)線傳輸技術(shù)。特別適合應(yīng)用于學(xué)校、工業(yè)園區(qū)、城鎮(zhèn)居民區(qū)等場(chǎng)景集中應(yīng)用。

2.融合各種網(wǎng)絡(luò)終端信息

系統(tǒng)可以有效解析各種智能終端設(shè)備信息數(shù)據(jù)，融合多媒體、物聯(lián)網(wǎng)等多種信息通信技術(shù)，最大程度兼容地理信息技術(shù)和Internet等通信協(xié)議。通過容錯(cuò)、糾錯(cuò)機(jī)制避免單點(diǎn)故障、信息誤報(bào)等情況的發(fā)生。采用文本記錄、短信推送、電話推送、微信等各種通知手段，以及穿透性技術(shù)的應(yīng)用，提高信息推送的效率、可靠性和準(zhǔn)確性。

3.智能終端的全方位感知

系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)控制柜和包括無(wú)線報(bào)警探測(cè)器在內(nèi)的各種智能終端的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)大范圍的報(bào)警信息全方位感知。通過終端傳感器和地理信息技術(shù)、AR技術(shù)的應(yīng)用，建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)可視化準(zhǔn)確報(bào)警。同時(shí)，系統(tǒng)還支持日常防火巡查和檢查的智能化管理，并在發(fā)生火警時(shí)自動(dòng)關(guān)聯(lián)相關(guān)資源數(shù)據(jù)，為決策提供輔助信息。

4.優(yōu)化省電模式算法

通過算法模型優(yōu)化故障報(bào)警和自動(dòng)巡檢模式，在同樣條件下，最大可能提升電池的使用壽命，確保無(wú)線報(bào)警探測(cè)器和其他智能終端的長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行。當(dāng)電池電壓不足或智能終端發(fā)生其他數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，相關(guān)故障信息數(shù)據(jù)會(huì)上傳信息平臺(tái)，并根據(jù)設(shè)定的角色推送給相關(guān)人員。一旦故障或錯(cuò)誤消除，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

5.成本低、擴(kuò)展性強(qiáng)

LoRa技術(shù)具有傳輸距離長(zhǎng)、穿透性高的特點(diǎn)。結(jié)合省電模式的優(yōu)化算法，系統(tǒng)在低成本施工和運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了模塊化管理，增加了使用單位的選擇余地，可以按需選擇所需的應(yīng)用功能模塊和無(wú)線智能終端。系統(tǒng)的升級(jí)更新和數(shù)據(jù)融合也更加便捷。使用單位可以根據(jù)自身行業(yè)特點(diǎn)增加和調(diào)整消防安全管理、消防安全培訓(xùn)、宣傳、風(fēng)險(xiǎn)提示等各種擴(kuò)展功能。

6.集約化管理程度高

系統(tǒng)可以兼容不同廠家、傳統(tǒng)報(bào)警和無(wú)線報(bào)警、監(jiān)控視頻信號(hào)、RFID等多種信息數(shù)據(jù)。它支持多種接入傳輸方式，輕松實(shí)現(xiàn)原有報(bào)警系統(tǒng)的升級(jí)。通過數(shù)據(jù)分析和容錯(cuò)處理，避免關(guān)鍵信息丟失和系統(tǒng)宕機(jī)等情況的發(fā)生。用戶的不同角色可以根據(jù)設(shè)定的權(quán)限，通過平板、手機(jī)、電腦、多媒體等各種終端隨時(shí)了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)可視化管理。信息的傳輸及時(shí)性和可靠性大大提高。單位的消防安全責(zé)任制能夠在一個(gè)信息平臺(tái)上輕松實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)消防安全管理工作，并且數(shù)據(jù)和各個(gè)落實(shí)環(huán)節(jié)都可追溯。

（三）智能消防預(yù)警系統(tǒng)的組成

消防預(yù)警管理系統(tǒng)通過智能無(wú)線探測(cè)設(shè)備，利用LPWAN智能基站系統(tǒng)和綜合業(yè)務(wù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上報(bào)、消防數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程獲取、消防設(shè)備的智能監(jiān)管、GIS指導(dǎo)、定位以及消防知識(shí)推送等功能。智能消防預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括智能終端設(shè)備無(wú)線探測(cè)器、各種智能終端、LPWAN基站系統(tǒng)、云平臺(tái)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)四個(gè)部分。

1.智能終端設(shè)備無(wú)線探測(cè)器和各種智能終端

智能終端設(shè)備實(shí)時(shí)采集火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)消防設(shè)施的工作狀態(tài)、故障報(bào)警和火災(zāi)報(bào)警等信息，并將這些信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。同時(shí)，通過安裝簡(jiǎn)便、使用范圍廣、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，通過安全智能消防物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)和平臺(tái)實(shí)現(xiàn)在轄區(qū)監(jiān)控中心的集中監(jiān)管。

2.LPWAN基站系統(tǒng)

LoRa無(wú)線主機(jī)是連接前端設(shè)備與中心控制系統(tǒng)的中間通信部分。LoRa主機(jī)包括LoRa網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器兩個(gè)部分。其中，網(wǎng)關(guān)是建設(shè)低功耗廣域網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)備，負(fù)責(zé)接入煙感、溫感、水、電、監(jiān)控等節(jié)點(diǎn)的報(bào)警信息，觸發(fā)聲光警報(bào)器并將火災(zāi)報(bào)警信息上傳到平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器則實(shí)現(xiàn)消防報(bào)警信息的集中化管理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，可由客戶決定是上傳到消防管理平臺(tái)還是電話通知相應(yīng)人員進(jìn)行火災(zāi)處理。

3.云平臺(tái)

NS（Network Server）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器產(chǎn)品是設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器，主要用于復(fù)核LoRaWAN設(shè)備管理、GateWay網(wǎng)管與配置、節(jié)點(diǎn)配置及OTA服務(wù)、與應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)交互、基于源數(shù)據(jù)選擇最佳的下游路徑、節(jié)點(diǎn)定位及數(shù)據(jù)廣播、調(diào)度下行流量。與其他云服務(wù)提供商相比，它不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備接入云及智能控制，還能夠深入客戶內(nèi)部，為用戶整合碎片數(shù)據(jù)，統(tǒng)一內(nèi)部平臺(tái)，幫助客戶向智能化過渡。

4.應(yīng)用軟件系統(tǒng)

云計(jì)算利用互聯(lián)網(wǎng)、WEB2.0、虛擬化技術(shù)、分布式計(jì)算、集群及存儲(chǔ)技術(shù)等，滿足不斷擴(kuò)展規(guī)模并增加復(fù)雜度的業(yè)務(wù)應(yīng)用，提供分布式WEB服務(wù)支撐和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的技術(shù)模式。物聯(lián)網(wǎng)通過傳感設(shè)備和物物通信模式，將物體通過接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)連接，形成巨大智能網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理?；贚oRa消防方案，云端主要用于智能處理，云計(jì)算數(shù)學(xué)模型與模糊容錯(cuò)數(shù)學(xué)分析的深度融合，能在短時(shí)間內(nèi)處理和分析海量信息和數(shù)據(jù)。在萬(wàn)物相連的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化管理和控制的目的。

同時(shí)，通過一系列終端應(yīng)用軟件，用戶可以通過Web或PC客戶端實(shí)現(xiàn)賬戶權(quán)限管理，并實(shí)時(shí)查看消防終端設(shè)備的狀態(tài)情況，包括設(shè)備電量情況、故障管理、歷史數(shù)據(jù)獲取等。通過在線用戶/設(shè)備、新增用戶/設(shè)備、活躍用戶/設(shè)備等關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，分析用戶/設(shè)備總體趨勢(shì)。對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行上報(bào)，對(duì)故障進(jìn)行分類，并指派維修人員進(jìn)行設(shè)備維修。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)報(bào)警，并觸發(fā)119報(bào)警。

（四）智能消防預(yù)警系統(tǒng)的組網(wǎng)和建設(shè)

如圖1所示，智能消防預(yù)警系統(tǒng)的組網(wǎng)可以看出，LoRa無(wú)線智能預(yù)警系統(tǒng)由無(wú)線感煙火災(zāi)探測(cè)器、無(wú)線感溫火災(zāi)探測(cè)警報(bào)器、監(jiān)控等各種智能終端設(shè)備以及無(wú)線主機(jī)（包括網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器）組成。當(dāng)某一部位發(fā)生火災(zāi)時(shí)，探測(cè)器將精確預(yù)警，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)上傳到主機(jī)（LoRa網(wǎng)關(guān)+服務(wù)器）。主機(jī)將持續(xù)撥打報(bào)警電話或發(fā)送消息至火災(zāi)負(fù)責(zé)人的手機(jī)，通知相關(guān)人員采取應(yīng)對(duì)措施。主機(jī)還可將數(shù)據(jù)報(bào)送給消防管理平臺(tái)，方便消防進(jìn)行出警。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于LPWAN網(wǎng)絡(luò)的智能消防預(yù)警系統(tǒng)具有長(zhǎng)距離、大范圍覆蓋、低成本和高度集中化管理等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。研究LPWAN網(wǎng)絡(luò)智能消防預(yù)警系統(tǒng)的組成、各種智能終端設(shè)備（包括無(wú)線探測(cè)器、LPWAN基站系統(tǒng)、云平臺(tái)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)四個(gè)部分）以及智能消防預(yù)警系統(tǒng)的組網(wǎng)和融合發(fā)展是非常有意義的?？梢灶A(yù)見，未來(lái)基于LPWAN網(wǎng)絡(luò)的智能消防預(yù)警系統(tǒng)在安防領(lǐng)域會(huì)研究得更加深入。

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