智慧消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：詳細(xì)分析了進(jìn)行智慧消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的必要性，以及消防安全對智慧消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)需求，并結(jié)合智慧消防物聯(lián)網(wǎng)云平臺及終端設(shè)計的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對智慧消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)進(jìn)行了詳盡的總結(jié)及闡述。

關(guān)鍵詞：智慧消防；消防物聯(lián)網(wǎng)；LoRa；NB-IoT；2.5G/3G/4G

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市中高層、超高層建筑和大型建筑日益增多，建筑消防安全問題也越來越突出，一旦發(fā)生火災(zāi)極易出現(xiàn)群死群傷的重大災(zāi)害并造成嚴(yán)重的社會影響。同時，社會單位對“消防社會化”的思想認(rèn)識不夠，專業(yè)技術(shù)知識不足，內(nèi)部消防安全檢查質(zhì)量沒有保證，甚至出現(xiàn)個別管理人員弄虛作假等情況，造成建筑火災(zāi)隱患難以排除。

為解決當(dāng)前消防安全領(lǐng)域存在的薄弱環(huán)節(jié)和突出問題，有效防范和堅決遏制重特大事故，采用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、云儲存、大數(shù)據(jù)智能分析等先進(jìn)技術(shù)手段，建設(shè)智慧消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。

一、智慧消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計采用典型的物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)：采集層、通信層及平臺應(yīng)用層。系統(tǒng)主要功能是遠(yuǎn)程實(shí)時檢測現(xiàn)場各類消防危險源、消費(fèi)設(shè)施、消防水源及環(huán)境參數(shù)，通過云平臺進(jìn)行存儲、分析、處理、報警，展示整個區(qū)域消防狀況及消防報警信息，并和公安消防系統(tǒng)聯(lián)動，達(dá)到智能檢測、智能處理、智能報警、智能聯(lián)動的效果。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：

二、系統(tǒng)采集層設(shè)計

采集層通過各種專業(yè)傳感器檢測現(xiàn)場溫度、煙霧、可燃?xì)狻㈦姎饣馂?zāi)等消防安全危險源，消防栓及噴淋頭水壓、消防水箱及消防池水位、消控主機(jī)、消防管道閥門、防火門啟閉等消防設(shè)施主要參數(shù)，以及現(xiàn)場視頻信息。主要設(shè)備包括：

（1）溫感探測器：實(shí)時監(jiān)測現(xiàn)場溫度，具備報警和智能聯(lián)網(wǎng)功能，可24小時不間斷監(jiān)控。內(nèi)嵌LoRa或NB-IoT模塊，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)網(wǎng)。

（2）煙霧探測器：實(shí)時監(jiān)測現(xiàn)場煙霧濃度，具備報警和智能聯(lián)網(wǎng)功能，可24小時不間斷監(jiān)控。內(nèi)嵌LoRa或NB-IoT模塊，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)網(wǎng)。

（3）可燃?xì)馓綔y器：具備對加油站、化學(xué)品場所、化學(xué)品倉等危化品場的可燃?xì)怏w濃度實(shí)時探測功能，可24小時不間斷監(jiān)控。內(nèi)嵌LoRa或NB-IoT模塊，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)網(wǎng)。

（4）電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)：具備對電氣線路的電壓、電流、溫度、漏電及故障電弧的探測功能，可24小時不間斷。內(nèi)嵌LoRa或NB-IoT模塊，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)網(wǎng)。

（5）消防水壓/水位監(jiān)測系統(tǒng)：對消防栓及噴淋頭水壓、消防水箱及消防池水位進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測，通過GPRS/NB-IoT/LoRa進(jìn)行智能聯(lián)網(wǎng)，可24小時不間監(jiān)測。

（6）火災(zāi)自動報警系統(tǒng)：24小時不間斷監(jiān)控火災(zāi)自動報警設(shè)備的報警及故障信息，通過有線寬帶或2.5G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能聯(lián)網(wǎng)。

（7）視頻監(jiān)控系統(tǒng)：24小時不間斷監(jiān)控消控室、消防通道及消防重點(diǎn)部位的視頻信息，本地高清實(shí)時錄像，并通過有線寬帶或4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能聯(lián)網(wǎng)。

三、系統(tǒng)通信層設(shè)計

采集層采集的各類信息通過通信層的通信設(shè)備可靠地傳輸?shù)狡脚_應(yīng)用層。通信方式根據(jù)現(xiàn)場情況可采用有線、無線（2.5G/3G/4G、NB-IoT、ZigBEE、LoRa、北斗）、有線和無線相互備份等方式。主要子系統(tǒng)的通信組網(wǎng)方案如下：

（1）溫感、煙感通信組網(wǎng)設(shè)計

組網(wǎng)方式一：采用LoRa自組網(wǎng)技術(shù)，具備穿透能力強(qiáng)、低功耗、超長距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。LoRa視距范圍內(nèi)通信距離超過10公里，可穿透8層以上普通樓板，休眠電流<1.8uA，非常適合消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的自組網(wǎng)傳輸。將LoRa模塊內(nèi)嵌至溫感、煙感中，使其具備LoRa組網(wǎng)功能，同時結(jié)合LoRa轉(zhuǎn)NB-IoT/3G/4G網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時監(jiān)控。

組網(wǎng)方式二：采用NB-IoT組網(wǎng)技術(shù)。NB-IoT具備深度覆蓋（比GSM高20db的覆蓋增益，可實(shí)現(xiàn)地下室、車庫等區(qū)域覆蓋），海量連接（每個小區(qū)達(dá)10萬個連接），超低功耗，低成本等特點(diǎn)。將NB-IoT模塊內(nèi)嵌至溫感、煙感中，使其具備遠(yuǎn)程組網(wǎng)功能。

組網(wǎng)框圖如下：

（2）電氣火災(zāi)監(jiān)控組網(wǎng)設(shè)計

組網(wǎng)方式一：電氣火災(zāi)探測器先通過LoRa無線或485/CAN/2BUS等有線方式和電氣火災(zāi)監(jiān)控器組網(wǎng)，再通過電氣火災(zāi)監(jiān)控器中內(nèi)嵌的NB-IoT或2.5G/3G/4G進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

組網(wǎng)方式二：將NB-IoT模塊內(nèi)嵌至電氣火災(zāi)探測器中，使其具備遠(yuǎn)程組網(wǎng)功能。

組網(wǎng)框圖如下：

（3）火災(zāi)自動報警系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主要通過CAN/485/2BUS總線與用戶信息傳輸裝置進(jìn)行組網(wǎng)，再通過用戶信息傳輸裝置內(nèi)置的以太網(wǎng)接口進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用帶以太網(wǎng)接口的IP攝像頭，通過有線寬帶進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。組網(wǎng)框圖如下：

（4）消防栓防盜及水壓監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計

消防栓悶蓋內(nèi)嵌水浸傳感器、三軸加速度傳感器，具備防盜水、開蓋、撞倒及破壞報警功能，同時內(nèi)嵌LoRa模塊和NB-IoT/2.5G通信模塊，具備LoRa組網(wǎng)和遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能。在消防栓取水管道安裝具備LoRa組網(wǎng)功能的壓力采集設(shè)備和壓力變送器，實(shí)時監(jiān)測消防水壓力。壓力采集設(shè)備和消防栓悶蓋通過LoRa組網(wǎng)，再通過消防栓悶蓋的NB-IoT/2.5G進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。壓力采集設(shè)備也可直接通過內(nèi)嵌的NB-IoT/2.5G模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程組網(wǎng)。

組網(wǎng)框圖如下：

四、系統(tǒng)平臺應(yīng)用層設(shè)計

平臺應(yīng)用層是系統(tǒng)的核心，采用B/S架構(gòu)，支持GIS地圖和手機(jī)APP。平臺完成各類消防參數(shù)的采集、存儲、處理、報警、展示、報表、定位、聯(lián)動等功能。用戶可通過PC或手機(jī)APP查看現(xiàn)場狀況、報警接收及定位、系統(tǒng)管理、現(xiàn)場控制等功能。

平臺應(yīng)用層包含五大系統(tǒng)：危險源實(shí)時監(jiān)測及報警系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警監(jiān)測系統(tǒng)、消防用水監(jiān)測及報警系統(tǒng)、重點(diǎn)部位視頻監(jiān)測及報警系統(tǒng)、權(quán)限管理系統(tǒng)。

（1）危險源實(shí)時監(jiān)測及報警系統(tǒng)：實(shí)時監(jiān)測現(xiàn)場溫度、煙霧、可燃?xì)鉂舛取㈦姎饩€路的電壓、電流、漏電流等危險源參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、展示、分析、統(tǒng)計，對發(fā)生火災(zāi)的趨勢進(jìn)行預(yù)測、發(fā)布和預(yù)警。

（2）火災(zāi)自動報警監(jiān)測系統(tǒng)：實(shí)時監(jiān)測社會單位的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)狀態(tài)，并監(jiān)督單位進(jìn)行維護(hù)整改。

（3）消防用水監(jiān)測及報警系統(tǒng)：實(shí)時監(jiān)測消防栓水壓、消防池水位、噴淋水壓等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)問題實(shí)時告警。

（4）重點(diǎn)部位視頻監(jiān)測及報警系統(tǒng)：對于重點(diǎn)單位，比如加油站、煤氣站、大型場館等單位，除了進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測外，還需要進(jìn)行實(shí)時的視頻監(jiān)測，以便更直觀地掌控消防安全情況，及時處置消防隱患。

（5）權(quán)限管理系統(tǒng)：對于不同的人員進(jìn)行多級權(quán)限管理，社會單位、消防監(jiān)管部門、行業(yè)主管部門、各級政府、公安派出所及社會大眾擁有不同的訪問權(quán)限。

五、系統(tǒng)安全性設(shè)計

（1）系統(tǒng)具備模塊權(quán)限管理和數(shù)據(jù)權(quán)限管理，有效保證平臺及數(shù)據(jù)對不同角色人員的私密性。

（2）采用手機(jī)驗(yàn)證碼系統(tǒng)，有效防范個人賬號被暴力破解，有效保證私密性和安全性。

（3）采用成熟標(biāo)準(zhǔn)的VPN（PPTP，L2TP，IPSEC）技術(shù)和專用數(shù)據(jù)加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)安全性。

（4）采用完備的服務(wù)器安全防護(hù)體系，有效阻擋非法攻擊，確保服務(wù)器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

六、結(jié)語

為了提升消防安全水平，智慧消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計人員必須結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，遵循實(shí)用性和先進(jìn)性相結(jié)合的基本原則，采用各種先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等技術(shù)，才能設(shè)計出滿足消防安全需求的系統(tǒng)，才能更好地保障人們的生產(chǎn)和生活。