基于大數(shù)據(jù)分析的智慧消防管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；智慧消防；數(shù)據(jù)挖掘；應(yīng)急管理

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，各個行業(yè)的信息化程度不斷提高，當今社會已經(jīng)進入信息化與數(shù)字化發(fā)展的新階段[1]。信息化已經(jīng)逐漸融入行業(yè)及人們生活的方方面面，深刻改變著人們的日常生活。信息化、智能化作為21世紀發(fā)展的典型代表，國家高度重視各個行業(yè)的信息化發(fā)展，以推動信息技術(shù)向更高層次發(fā)展，進而有效提升國家的綜合實力[2]。目前，許多場所按照消防要求安裝了消防設(shè)備，如消防水滅火系統(tǒng)、煙感探測器、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)等。然而，對于這些設(shè)備，一些管理和使用部門僅定期進行檢查，未能實時進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，導致出現(xiàn)多方面問題[3]，例如消防系統(tǒng)的頂層設(shè)計不足，各設(shè)備大多僅發(fā)揮單一作用，分系統(tǒng)之間缺乏有效的整合，尤其是與建筑內(nèi)部的應(yīng)急照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等未能形成聯(lián)動機制；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息難以進行二次分析，現(xiàn)有消防設(shè)備的數(shù)據(jù)信息多為單一的臺賬數(shù)據(jù)，與設(shè)備當前狀態(tài)不一致，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，難以有效利用，更難以進行二次挖掘分析。在這樣的背景下，本文將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用于消防數(shù)據(jù)處理之中，對整個系統(tǒng)進行設(shè)計與應(yīng)用，以充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的優(yōu)勢[4]。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

隨著業(yè)務(wù)平臺中數(shù)據(jù)量的不斷增長，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)尤為突出[5]。在數(shù)據(jù)挖掘過程中，主要運用統(tǒng)計數(shù)學、機器學習與人工智能等技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)信息進行歸納、分類等分析與處理，從而識別有價值的數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)挖掘分析模型的處理過程中，對于傳統(tǒng)的消防數(shù)據(jù)信息，首先需要進行預(yù)處理操作，以完成數(shù)據(jù)信息的完備化與標準化。預(yù)處理方法主要包括距離比插值法、最優(yōu)插值法與最小二乘插值法等。在數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計分析處理中，核心功能包括聚類分析、層次分析法、空間回歸分析等方法，根據(jù)處理業(yè)務(wù)的不同，選擇相應(yīng)的方法完成數(shù)據(jù)挖掘，確定數(shù)據(jù)信息的價值，有效提升數(shù)據(jù)處理效率[6]。

1.2 大數(shù)據(jù)分析平臺

為了提高消防業(yè)務(wù)的處理效率，智慧消防管理系統(tǒng)主要采用大數(shù)據(jù)分析處理方式[7]。因此，該系統(tǒng)采用了MapReduce 計算框架與Hadoop 大數(shù)據(jù)分析平臺。在MapReduce計算框架的處理流程中，輸入文件是各類消防數(shù)據(jù)信息，通過不同的分塊模式進行存儲，并作為子節(jié)點進行日常任務(wù)的處理。每個節(jié)點任務(wù)處理的狀態(tài)會傳送到主節(jié)點中。主節(jié)點能夠?qū)Ω鱾€子節(jié)點的狀態(tài)與形式進行統(tǒng)一控制管理。若子節(jié)點未進行有效反饋，主節(jié)點將判定子節(jié)點出現(xiàn)故障并采用備份的子節(jié)點進行替代。最后，處理結(jié)果將輸出到文件中，通過并行處理方式提升整個消防業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的處理效率[8]。

2 系統(tǒng)需求分析

2.1 業(yè)務(wù)流程分析

用戶可以通過電腦端、移動端方式實現(xiàn)對智慧消防的多種設(shè)備進行狀態(tài)信息查看、遠程控制、實時監(jiān)控等操作。在智慧消防業(yè)務(wù)中，用戶能夠通過PC端與移動端進行日常的操作，通過網(wǎng)絡(luò)對智慧消防的各類設(shè)備進行管理控制、狀態(tài)查看，整個業(yè)務(wù)處理過程流程如圖1所示。

從圖1可以看出，智慧消防管理的主要流程是對于各類消防設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)卡負責采集其中的設(shè)備狀態(tài)信息，通過數(shù)據(jù)通信協(xié)議傳輸?shù)较到y(tǒng)之中，智慧消防系統(tǒng)負責對這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行分析處理，及時將報警數(shù)據(jù)發(fā)送給消防使用及管理部門。

2.2 功能需求分析

在智慧消防管理系統(tǒng)之中，整個系統(tǒng)處理的業(yè)務(wù)流程是對消防設(shè)備進行巡檢，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息，同時采用各類物聯(lián)網(wǎng)終端對數(shù)據(jù)信息進行實時采集與傳輸，之后通過大數(shù)據(jù)分析平臺完成數(shù)據(jù)的挖掘與分析，提升數(shù)據(jù)信息的價值，具體用例圖如圖2所示。

對于整個消防業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)分析而言，其核心管理內(nèi)容在于整個智能化設(shè)備數(shù)據(jù)信息的采集、傳輸管理，日常需要完成設(shè)備臺賬、設(shè)備巡檢、視頻監(jiān)控等事務(wù)的管理，采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行總體分析。

需求階段是對設(shè)備臺賬管理的流程、功能與過程進行詳細闡述，方便編碼人員從這些確定的用戶流程來完成整個設(shè)備臺賬管理功能的設(shè)計實現(xiàn)操作。整個設(shè)備臺賬管理重點需要的用例描述如表1所示。

針對整個設(shè)備臺賬管理之中，用例描述之中明確給出了詳細的處理過程，在登錄系統(tǒng)處理信息之前，需要對系統(tǒng)驗證的信息進行正確錄入，之后按照要求完成整個數(shù)據(jù)處理更新的過程，并對數(shù)據(jù)信息進行存儲與日常的管理。

2.3 系統(tǒng)非功能需求

在整個智慧消防管理系統(tǒng)的設(shè)計中，除了重點考慮系統(tǒng)功能需求外，還需明確整個系統(tǒng)的非功能需求，以確保為用戶提供良好的體驗。其中，非功能需求主要聚焦于系統(tǒng)的性能指標和安全性指標。針對系統(tǒng)的性能分析，核心衡量指標包括并發(fā)性和響應(yīng)時間，具體如下：

1） 系統(tǒng)響應(yīng)時間：在設(shè)計智慧消防管理系統(tǒng)時，性能指標至關(guān)重要。關(guān)鍵在于確保各個模塊對業(yè)務(wù)的處理時間能滿足用戶的操作需求。整個業(yè)務(wù)模塊的平均處理時間應(yīng)控制在3秒以內(nèi)；系統(tǒng)內(nèi)部的模型處理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計時間最長不應(yīng)超過5秒，以提供流暢的用戶體驗。

2） 系統(tǒng)并發(fā)性：對于整個系統(tǒng)而言，需要特別關(guān)注多人同時訪問時的穩(wěn)定性。這需要借助專業(yè)工具模擬多用戶訪問，并記錄系統(tǒng)的穩(wěn)定性和相關(guān)性能。系統(tǒng)應(yīng)確保在并發(fā)訪問人數(shù)達到千人時，仍能穩(wěn)定可靠地響應(yīng)用戶的訪問請求。

3 系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

對經(jīng)過技術(shù)選型分析后，確定設(shè)備巡檢、應(yīng)急管理、大數(shù)據(jù)分析等主要功能將采用大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)實現(xiàn)，以滿足系統(tǒng)功能的日常操作需求。通過便捷、友好的設(shè)計體驗，有效提升用戶使用的便利性。整個系統(tǒng)的核心在于大數(shù)據(jù)分析處理，它能進一步挖掘與消防業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)信息的價值。系統(tǒng)的分析設(shè)計架構(gòu)分為三層，從上到下依次為用戶層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)層，如圖3所示。

由圖3可以看出，每一層的主要工作內(nèi)容如下：

1） 用戶層。此層主要與消防、使用等部門的不同類型用戶角色進行交互，因此系統(tǒng)設(shè)計的首要目標是確保系統(tǒng)的便利性和友好性。在整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)審批處理中，功能的快速流轉(zhuǎn)處理需滿足用戶的操作體驗。系統(tǒng)的核心在于消防數(shù)據(jù)信息的處理，并將大數(shù)據(jù)分析處理的結(jié)果直觀地展示在系統(tǒng)前端，以方便用戶更好地進行操作。

2） 業(yè)務(wù)邏輯層。此層是整個系統(tǒng)處理的邏輯核心，設(shè)備巡檢、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)功能結(jié)合用戶的操作菜單來完成管理，處理結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫之中。整個業(yè)務(wù)邏輯層處理的核心在于大數(shù)據(jù)分析模型，以此實現(xiàn)消防數(shù)據(jù)信息的深度挖掘與分析。

3） 數(shù)據(jù)層。此層存儲了整個業(yè)務(wù)模塊處理的核心數(shù)據(jù)信息，包括設(shè)備巡檢、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)戎饕臄?shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)均存儲在系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫之中。每一次用戶操作后，存儲的數(shù)據(jù)信息會進行實時更新，隨后這些更新的數(shù)據(jù)將顯示在系統(tǒng)前端頁面之中。

4 結(jié)束語

整個智慧消防系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)主要基于JavaWeb與大數(shù)據(jù)分析框架，這些平臺架構(gòu)均采用開源方式進行開發(fā)。系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫具備良好的安全性，能夠存儲和管理各類消防相關(guān)的數(shù)據(jù)，滿足日常業(yè)務(wù)處理的需求。通過梳理整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸、設(shè)備巡檢、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)功能過程，并結(jié)合當前大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展水平進行綜合考慮，可以得知系統(tǒng)在管理與操作角度是可行的，能夠根據(jù)系統(tǒng)處理需求快速進行分析，完成數(shù)據(jù)信息的有效處理。此外，通過大數(shù)據(jù)分析模型，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)消防隱患，有效提升現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息的價值。