基于地理信息的消防安全智能傳感終端系統

摘 要：面向消防災害現場信息獲取與災害預警需求，本文在基于地理信息、物聯網等多技術融合的基礎上，設計低功耗消防智能傳感終端、中間設備和整套管理應用系統軟件，以解決城市消防建筑單位的監測網絡化、智能化和遠程化問題。

關鍵詞：地理信息 智能傳感 消防安全

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0030-02

物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信網之后，世界信息技術革命的第三次浪潮。物聯網技術的出現，可使自動獲取的信息日益增加，為了從信息洪流中篩選有效信息必須讓信息空間可視化，這時可利用地理信息技術（遙感RS、全球衛星導航系統GNSS、地理信息系統GIS），通過空間位置的關聯，將采集的感知數據進行空間顯示、智能分析和管理。[1]

消防災害事件具有突發性、緊急性和高度不確定性的特點，安全隱患越早被識別，處理就可以越及時，損失就越小。為了突破面向消防安全事件的監測薄弱環節，本文提出了基于地理信息的消防安全智能傳感終端系統，結合地理信息技術、物聯網技術，解決消防安全管理中的預先感知和感知信息定位顯示問題，實現感知數據的快速獲取、監測、預警；同時，通過GIS可視化技術手段，提供全面的消防安全決策信息，形成一個動態智能化的消防安全監測預警體系。本文將從采用的關鍵技術、系統功能設計等方面進行研究。

1 采用的關鍵技術

1.1 基于接收信號強度及其權重的綜合定位算法

數據的可靠傳輸是數據收集的關鍵問題，其目的是保證數據從感知節點可靠地傳輸到匯聚節點。[2]基于接收信號強度的定位原理是依賴于空間距離對無線電信號的衰減特性分析歸納而來的定位算法，通常采用三邊定位算法，但在應用中，由于無線電信號的實際衰減情況受建筑物、室內物品、人員等影響巨大，通用的衰減模型與實際情況有較大偏差且偏差缺乏一致性。本算法提出對接收信號強度值根據其信號來源和傳輸路徑等賦予不同的權重，對不同權重的計算而得的定位結果進行綜合擬合，從而提高室內定位的精度和實用性。

1.2 多源協調zigbee網絡再生重建技術

協調器在zigbee網絡中負責網絡的發起、網絡標號、維護和管理網絡節點，存儲網絡節點信息，尋找一對節點的路由消息等，是zigbee網絡的核心設備。按照協議要求和載波偵聽-沖突避免機制，網絡中只允許存在一個協調器，因此當協調器失效后，如何迅速偵測失效設備，迅速生成一個新的協調器并對網絡進行組織再生，是zigbee網絡可靠性的重要問題。本技術實現多個協調器的工作狀態監測和實時動態候補，極大地提高了zigbee網絡的魯棒性。

2 系統功能設計

2.1 智能終端研發設計

消防安全智能傳感終端，不僅在部署時就擁有明確的地理位置信息，而且能監測該位置的溫度、濕度、煙霧濃度等，并能自動將數據以無線方式轉送到監控后臺，保證現場監控的實時性。終端的基本單元，由處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和電源管理模塊組成（見圖1）。

2.2 終端軟件設計

基于通用性和便于開發的考慮，根據終端的工作流程進行設計。節點在不同的工作模式下的功耗差別非常大，需要將體眠、喚醒、工作等這些不同的工作模式有機的組合起來，保證最大限度地減少能耗（見圖2）。

2.3 后臺管理軟件設計

消防安全監測預警系統，主要包括實時數據匯集、可視化顯示、在線監控、查詢統計、預警分析等功能模塊。

2.3.1 實時數據匯集模塊

系統可實時采集智能傳終端傳回的數據，包括實時的溫度、壓力等，并將數據傳輸、保存到數據庫，系統用它來分析災情和監測設備工作狀態。

2.3.2 可視化顯示模塊

系統主要以電子地圖為背景，通過GIS可視化技術手段，在電子地圖上顯示智能終端的定位信息。

2.3.3 在線監控模塊

系統可以實現在線實時監控，通過顯示各終端的溫度、濕度、氣壓等情況，實現消防安全動態目標的實時監控，從而為現場環境要素進行分析及評估奠定基礎。通過本模塊，值班人員可以一目了然的看清當前監測點位的現場數據。

2.3.4 查詢統計模塊

系統可以按終端編號、時間、位置等查詢條件，查詢符合條件的監測信息。查詢結果將以柱狀圖、曲線圖、等值線面圖等形式進行展現。

2.3.5 預警分析模塊

預警分析主要是綜合各種實時采集數據，根據事先確定的預警閾值，對現場監測數據進行預警分析。當傳感器節點檢測到異常情況，超過閾值時，將自動向軟件發出報警信息。系統可以自動獲得并存儲監測設施參數、記錄參數超限預警和報警信息、報警時自動屏幕彈出等。系統主要以電子地圖為背景，通過GIS可視化技術手段，在發生預警時，終端圖標閃爍，并以不同顏色顯示。

2.3.6 預警管理模塊

預警管理可對預警類型注冊、預警條目注冊等進行設置管理（見圖3）。

3 結語

基于地理信息的消防安全智能傳感終端系統的提出，這一發展方向代表了地理信息技術、物聯網技術與消防安全結合的最新發展趨勢，有助于改變消防安全監管的管理模式、提高預防機制的有效性，加強安全監管預防工作的深度、廣度。

參考文獻

[1] 張鴻恩，童麗閨.基于物聯網/3S集成的天地一體智能感知系統[J].測繪與空間地理信息，2013，169（5）：114-115.

[2] 胡永利，孫艷豐，等，物聯網信息感知與交互技術[J].計算機學報，2012，35（6）：1148-1163.endprint

摘 要：面向消防災害現場信息獲取與災害預警需求，本文在基于地理信息、物聯網等多技術融合的基礎上，設計低功耗消防智能傳感終端、中間設備和整套管理應用系統軟件，以解決城市消防建筑單位的監測網絡化、智能化和遠程化問題。

關鍵詞：地理信息 智能傳感 消防安全

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0030-02

物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信網之后，世界信息技術革命的第三次浪潮。物聯網技術的出現，可使自動獲取的信息日益增加，為了從信息洪流中篩選有效信息必須讓信息空間可視化，這時可利用地理信息技術（遙感RS、全球衛星導航系統GNSS、地理信息系統GIS），通過空間位置的關聯，將采集的感知數據進行空間顯示、智能分析和管理。[1]

消防災害事件具有突發性、緊急性和高度不確定性的特點，安全隱患越早被識別，處理就可以越及時，損失就越小。為了突破面向消防安全事件的監測薄弱環節，本文提出了基于地理信息的消防安全智能傳感終端系統，結合地理信息技術、物聯網技術，解決消防安全管理中的預先感知和感知信息定位顯示問題，實現感知數據的快速獲取、監測、預警；同時，通過GIS可視化技術手段，提供全面的消防安全決策信息，形成一個動態智能化的消防安全監測預警體系。本文將從采用的關鍵技術、系統功能設計等方面進行研究。

1 采用的關鍵技術

1.1 基于接收信號強度及其權重的綜合定位算法

數據的可靠傳輸是數據收集的關鍵問題，其目的是保證數據從感知節點可靠地傳輸到匯聚節點。[2]基于接收信號強度的定位原理是依賴于空間距離對無線電信號的衰減特性分析歸納而來的定位算法，通常采用三邊定位算法，但在應用中，由于無線電信號的實際衰減情況受建筑物、室內物品、人員等影響巨大，通用的衰減模型與實際情況有較大偏差且偏差缺乏一致性。本算法提出對接收信號強度值根據其信號來源和傳輸路徑等賦予不同的權重，對不同權重的計算而得的定位結果進行綜合擬合，從而提高室內定位的精度和實用性。

1.2 多源協調zigbee網絡再生重建技術

協調器在zigbee網絡中負責網絡的發起、網絡標號、維護和管理網絡節點，存儲網絡節點信息，尋找一對節點的路由消息等，是zigbee網絡的核心設備。按照協議要求和載波偵聽-沖突避免機制，網絡中只允許存在一個協調器，因此當協調器失效后，如何迅速偵測失效設備，迅速生成一個新的協調器并對網絡進行組織再生，是zigbee網絡可靠性的重要問題。本技術實現多個協調器的工作狀態監測和實時動態候補，極大地提高了zigbee網絡的魯棒性。

2 系統功能設計

2.1 智能終端研發設計

消防安全智能傳感終端，不僅在部署時就擁有明確的地理位置信息，而且能監測該位置的溫度、濕度、煙霧濃度等，并能自動將數據以無線方式轉送到監控后臺，保證現場監控的實時性。終端的基本單元，由處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和電源管理模塊組成（見圖1）。

2.2 終端軟件設計

基于通用性和便于開發的考慮，根據終端的工作流程進行設計。節點在不同的工作模式下的功耗差別非常大，需要將體眠、喚醒、工作等這些不同的工作模式有機的組合起來，保證最大限度地減少能耗（見圖2）。

2.3 后臺管理軟件設計

消防安全監測預警系統，主要包括實時數據匯集、可視化顯示、在線監控、查詢統計、預警分析等功能模塊。

2.3.1 實時數據匯集模塊

系統可實時采集智能傳終端傳回的數據，包括實時的溫度、壓力等，并將數據傳輸、保存到數據庫，系統用它來分析災情和監測設備工作狀態。

2.3.2 可視化顯示模塊

系統主要以電子地圖為背景，通過GIS可視化技術手段，在電子地圖上顯示智能終端的定位信息。

2.3.3 在線監控模塊

系統可以實現在線實時監控，通過顯示各終端的溫度、濕度、氣壓等情況，實現消防安全動態目標的實時監控，從而為現場環境要素進行分析及評估奠定基礎。通過本模塊，值班人員可以一目了然的看清當前監測點位的現場數據。

2.3.4 查詢統計模塊

系統可以按終端編號、時間、位置等查詢條件，查詢符合條件的監測信息。查詢結果將以柱狀圖、曲線圖、等值線面圖等形式進行展現。

2.3.5 預警分析模塊

預警分析主要是綜合各種實時采集數據，根據事先確定的預警閾值，對現場監測數據進行預警分析。當傳感器節點檢測到異常情況，超過閾值時，將自動向軟件發出報警信息。系統可以自動獲得并存儲監測設施參數、記錄參數超限預警和報警信息、報警時自動屏幕彈出等。系統主要以電子地圖為背景，通過GIS可視化技術手段，在發生預警時，終端圖標閃爍，并以不同顏色顯示。

2.3.6 預警管理模塊

預警管理可對預警類型注冊、預警條目注冊等進行設置管理（見圖3）。

3 結語

基于地理信息的消防安全智能傳感終端系統的提出，這一發展方向代表了地理信息技術、物聯網技術與消防安全結合的最新發展趨勢，有助于改變消防安全監管的管理模式、提高預防機制的有效性，加強安全監管預防工作的深度、廣度。

參考文獻

[1] 張鴻恩，童麗閨.基于物聯網/3S集成的天地一體智能感知系統[J].測繪與空間地理信息，2013，169（5）：114-115.

[2] 胡永利，孫艷豐，等，物聯網信息感知與交互技術[J].計算機學報，2012，35（6）：1148-1163.endprint

摘 要：面向消防災害現場信息獲取與災害預警需求，本文在基于地理信息、物聯網等多技術融合的基礎上，設計低功耗消防智能傳感終端、中間設備和整套管理應用系統軟件，以解決城市消防建筑單位的監測網絡化、智能化和遠程化問題。

關鍵詞：地理信息 智能傳感 消防安全

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0030-02

物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信網之后，世界信息技術革命的第三次浪潮。物聯網技術的出現，可使自動獲取的信息日益增加，為了從信息洪流中篩選有效信息必須讓信息空間可視化，這時可利用地理信息技術（遙感RS、全球衛星導航系統GNSS、地理信息系統GIS），通過空間位置的關聯，將采集的感知數據進行空間顯示、智能分析和管理。[1]

消防災害事件具有突發性、緊急性和高度不確定性的特點，安全隱患越早被識別，處理就可以越及時，損失就越小。為了突破面向消防安全事件的監測薄弱環節，本文提出了基于地理信息的消防安全智能傳感終端系統，結合地理信息技術、物聯網技術，解決消防安全管理中的預先感知和感知信息定位顯示問題，實現感知數據的快速獲取、監測、預警；同時，通過GIS可視化技術手段，提供全面的消防安全決策信息，形成一個動態智能化的消防安全監測預警體系。本文將從采用的關鍵技術、系統功能設計等方面進行研究。

1 采用的關鍵技術

1.1 基于接收信號強度及其權重的綜合定位算法

數據的可靠傳輸是數據收集的關鍵問題，其目的是保證數據從感知節點可靠地傳輸到匯聚節點。[2]基于接收信號強度的定位原理是依賴于空間距離對無線電信號的衰減特性分析歸納而來的定位算法，通常采用三邊定位算法，但在應用中，由于無線電信號的實際衰減情況受建筑物、室內物品、人員等影響巨大，通用的衰減模型與實際情況有較大偏差且偏差缺乏一致性。本算法提出對接收信號強度值根據其信號來源和傳輸路徑等賦予不同的權重，對不同權重的計算而得的定位結果進行綜合擬合，從而提高室內定位的精度和實用性。

1.2 多源協調zigbee網絡再生重建技術

協調器在zigbee網絡中負責網絡的發起、網絡標號、維護和管理網絡節點，存儲網絡節點信息，尋找一對節點的路由消息等，是zigbee網絡的核心設備。按照協議要求和載波偵聽-沖突避免機制，網絡中只允許存在一個協調器，因此當協調器失效后，如何迅速偵測失效設備，迅速生成一個新的協調器并對網絡進行組織再生，是zigbee網絡可靠性的重要問題。本技術實現多個協調器的工作狀態監測和實時動態候補，極大地提高了zigbee網絡的魯棒性。

2 系統功能設計

2.1 智能終端研發設計

消防安全智能傳感終端，不僅在部署時就擁有明確的地理位置信息，而且能監測該位置的溫度、濕度、煙霧濃度等，并能自動將數據以無線方式轉送到監控后臺，保證現場監控的實時性。終端的基本單元，由處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和電源管理模塊組成（見圖1）。

2.2 終端軟件設計

基于通用性和便于開發的考慮，根據終端的工作流程進行設計。節點在不同的工作模式下的功耗差別非常大，需要將體眠、喚醒、工作等這些不同的工作模式有機的組合起來，保證最大限度地減少能耗（見圖2）。

2.3 后臺管理軟件設計

消防安全監測預警系統，主要包括實時數據匯集、可視化顯示、在線監控、查詢統計、預警分析等功能模塊。

2.3.1 實時數據匯集模塊

系統可實時采集智能傳終端傳回的數據，包括實時的溫度、壓力等，并將數據傳輸、保存到數據庫，系統用它來分析災情和監測設備工作狀態。

2.3.2 可視化顯示模塊

系統主要以電子地圖為背景，通過GIS可視化技術手段，在電子地圖上顯示智能終端的定位信息。

2.3.3 在線監控模塊

系統可以實現在線實時監控，通過顯示各終端的溫度、濕度、氣壓等情況，實現消防安全動態目標的實時監控，從而為現場環境要素進行分析及評估奠定基礎。通過本模塊，值班人員可以一目了然的看清當前監測點位的現場數據。

2.3.4 查詢統計模塊

系統可以按終端編號、時間、位置等查詢條件，查詢符合條件的監測信息。查詢結果將以柱狀圖、曲線圖、等值線面圖等形式進行展現。

2.3.5 預警分析模塊

預警分析主要是綜合各種實時采集數據，根據事先確定的預警閾值，對現場監測數據進行預警分析。當傳感器節點檢測到異常情況，超過閾值時，將自動向軟件發出報警信息。系統可以自動獲得并存儲監測設施參數、記錄參數超限預警和報警信息、報警時自動屏幕彈出等。系統主要以電子地圖為背景，通過GIS可視化技術手段，在發生預警時，終端圖標閃爍，并以不同顏色顯示。

2.3.6 預警管理模塊

預警管理可對預警類型注冊、預警條目注冊等進行設置管理（見圖3）。

3 結語

基于地理信息的消防安全智能傳感終端系統的提出，這一發展方向代表了地理信息技術、物聯網技術與消防安全結合的最新發展趨勢，有助于改變消防安全監管的管理模式、提高預防機制的有效性，加強安全監管預防工作的深度、廣度。

參考文獻

[1] 張鴻恩，童麗閨.基于物聯網/3S集成的天地一體智能感知系統[J].測繪與空間地理信息，2013，169（5）：114-115.

[2] 胡永利，孫艷豐，等，物聯網信息感知與交互技術[J].計算機學報，2012，35（6）：1148-1163.endprint