基于物聯網的社區智慧消防管理系統設計

吳延昌

（平頂山工業職業技術學院 物聯網研究中心，河南 平頂山 467001）

0 引 言

近年來，隨著物聯網技術的發展以及在各個行業應用的逐步深化，在社區安全建設中引入物聯網技術，增強社區消防管理能力，提升社區應對各種險情的實時性、連續性和高效性已成為工業界、學術界研究的熱點。“智慧社區”概念應運而生，通過運用物聯網技術為我們的社區帶來安全、舒適和便捷的生活環境[1]。由于我國每年都會發生多次火災，原因大多為消防設備老化、監控人員管理疏忽、報警信息處理不及時等，給社會和人民帶來了無法彌補的損失[2-3]。傳統的消防監控系統一般在建設時過于依賴特定的場景，其用戶、消防設備以及監管部門只能對所在場景的系統進行管理，無法實現社區中多場景、多系統的交互和共享。

針對上述情況，文中設計和研發了一種能夠為社區安全提供智慧消防管理的系統平臺。基于XFire將物聯網技術應用到消防設備傳感器中，使得每個消防傳感器能夠互連通信，最終實現多個消防平臺之間的交互，移動終端與PC終端的交互以及通用接口底層傳感器硬件與軟件平臺交互的消防平臺。用戶可隨時查看消防設備情況，監控、統計以及控制消防設備[4-5]。系統主要功能包括消防傳感器隨時接入與退出該平臺，實時地圖定位功能，消防傳感器控制，傳感器數據分享，安全、可靠、及時的數據顯示，支持移動終端訪問，可及時獲取火災情況，傳感器數據分析等。

1 平臺整體設計

根據系統功能需求，結合物聯網技術，利用B/S模式構建一個為社區服務的消防監控信息服務平臺，能夠實時監控社區消防安全，遠程控制傳感器節點，實現實時數據傳輸、實時數據顯示、即接入即使用、遠程控制設備和智能火災報警。

1.1 平臺整體架構

根據平臺各部分功能要求，將平臺架構分為用戶訪問層、應用服務層和數據采集層。整體架構設計如圖1所示。

圖1 系統整體結構設計

數據采集層主要包括各種硬件設備的接入與向平臺推送數據的消防傳感器。傳感器終端將數據發送給系統智能網關，智能網關再將傳感器中的數據推送給Web Service服務器。

應用服務層作為系統平臺的核心，設計了分布式數據庫服務器、Web Service服務器、應用服務器、視頻流服務器和控制服務器。主要負責處理傳感器的各種數據，接收視頻傳感器的視頻流，用戶可以遠程控制底層的消防傳感器。其中，消防現場視頻攝像頭采集的視頻數據要求可被實時查看，并在傳感器報警時可通過視頻圖像進行二次判斷。用戶獲取視頻流的流程如圖2所示。

圖2 用戶獲取視頻流的流程

用戶訪問層的主要用途在于方便用戶通過不同終端，如電腦、手機、平板等訪問整個應用平臺。通過Web Service接口調用平臺數據，實時查看消防終端視頻傳感器。

1.2 平臺功能

智慧消防監控信息平臺的主要功能包括滿足各種消防終端傳感器的接入，采集各種傳感器的數據并進行分析，同時實現數據分享和終端查詢顯示。平臺功能模塊包括數據采集模塊、設備控制模塊、數據顯示模塊、數據管理模塊和數據分析模塊，如圖3所示。

圖3 系統平臺功能模塊示意圖

1.3 數據庫設計

系統采用MySQL作為后臺數據庫，使用2臺數據庫實現寫操作，1臺數據庫實現讀操作。在整個平臺中，當用戶注冊成為平臺用戶并通過認證后，即可填寫自己所住社區的信息，精確選擇社區的經緯度，設置場景，注冊各種傳感器信息，并將數據推送到平臺。注冊用戶、所屬社區、場景和傳感器實體的具體邏輯關系如圖4所示。系統涉及的主要數據庫表包括用戶信息表、社區表、場景表、傳感器信息表、傳感器數據表、報警統計表等。

圖4 系統各實體對應關系示意圖

2 關鍵技術分析

2.1 XFire異構化平臺通信技術

作為新一代Web Service引擎，XFire是一種面向文檔的Java SOAP框架，方便開發各種面向服務的應用程序[6]。在Web服務處理流程中，SOAP消息作為數據傳輸過程中的信息載體，而XFire建立在基于XML流的STAX機制上，通過管道方式部分加載XML文檔，從而節省大量的內存空間。XFire管道處理SOAP請求與響應中可添加Handle的各個階段如圖5所示。

圖5 XFire中SOAP消息處理流程

在智慧消防管理系統中，要求必須能夠為外部消防系統提供數據訪問接口，為移動終端提供外部訪問接口，同時必須屏蔽其他平臺訪問時對于開發語言以及應用環境的限制，從而方便各種硬件傳感器向本平臺傳輸數據。基于此，系統采用XFire作為Web Service接口開發引擎，從而實現與其他消防平臺、手機終端以及硬件傳感器的交互，并保證這些數據的可靠性、準確性和及時性。

2.2 Red5視頻監控技術

Red5基于RTMP協議傳輸，具有強大的流媒體處理能力，其服務器架構主要由Mina和Jetty服務器核心組件構成。其中Mina主要用于處理解析RTMP協議的內容，Jetty用來處理客戶發送的HTTP協議以及RTMP協議[7]。在Red5服務器中，針對不同的協議都會在相應的端口號建立Socket，等待客戶端發送的流媒體數據。

消防監控信息服務平臺主要用于保證居民財產免遭火災，不僅需要實時推送數據給用戶以及平臺，還需要能夠提供給用戶便捷的途徑來查詢整個場景的狀況。而Red5這種基于RTMP協議傳輸的流媒體服務器可以滿足此類要求，RTMP協議能夠實現高效流媒體數據傳輸，且實時性高，同時Red5與整個平臺開發環境容易整合。

2.3 BlazeDS消息推送技術

BlazeDS是一種利用AMS協議進行通信的消息推送服務技術[8]，具有遠程過程調用服務（RPC Service）和消息服務（Message Service）兩個核心功能，其傳輸消息的通道包括無輪詢AMF或HTTP通道，搭載AMF或HTTP通道，輪詢AMF或HTTP通道，長輪詢AMF或HTTP通道。AMF和HTTP流通道模式提供了真正的數據流實時模式。

在整個消防監控信息服務平臺中，待用戶在平臺注冊后，即可訂閱報警信息。當其注冊的節點發出報警信號后，系統能夠主動將該信號推送給整個平臺、所屬用戶以及關聯的消防人員。當數據超出正常范圍時，相應的信息會主動推送出去。首先發送給Web Service，在Web Service中進行數據分析與報警判斷處理；達到相關指標后，向整個平臺推送報警信號；服務器收到信號后，推送至指定通道和端點處。消息推送流程如圖6所示。

圖6 報警消息推送流程圖

3 主要功能實現

3.1 數據采集模塊實現

數據采集模塊是整個平臺數據推送的始源。平臺包含有煙霧傳感器、氣壓傳感器、視頻傳感器、濕度傳感器等，所傳輸的數據分為數據流和視頻流。利用XFire發布數據推送服務接口，提供給硬件傳感器調用該服務進而向平臺推送數據。硬件數據流傳感器選擇XML和JSON兩種數據傳輸方式，視頻流傳感器則通過RTMP協議向平臺傳輸流媒體數據。

數據采集模塊主要集中在Web Service發布的服務接口中，不僅要提供傳輸的參數，還要完成數據存儲、信息推送、報警判斷、其他平臺數據推送和報警信息推送至平臺等任務。

3.2 設備控制模塊實現

設備控制模塊主要包括“我的控制”和“控制管理”兩大功能。當傳感器發出預警信號時，可以提前控制各設備的工作頻率和狀態。對于數據流傳感器而言，可隨時隨地設置各傳感器的傳輸頻率，視頻流傳感器可遠程控制其開關。

3.3 數據顯示模塊實現

數據顯示模塊主要包括“我的社區”“消防場景”和“信息分享”三個子模塊。信息分享子模塊的主要功能是當多個用戶在同一個場景中進行消防傳感器安裝時，可以查看已安裝的傳感器，進行資源共享。其實體關系是一個注冊用戶可以有多個社區，每個社區下面有多個場景，場景中包含各類傳感器。

3.4 數據管理模塊實現

數據管理模塊主要用于對用戶個人信息、社區、場景和傳感器等信息進行管理。社區管理子模塊為用戶展示屬于該用戶的所有注冊社區。場景管理子模塊提供場景注冊方便用戶，包括修改、注銷、查詢以及添加場景等。賬號管理子模塊主要提供給用戶進行個人信息維護，同時管理員還具有其他功能權限。

3.5 數據分析模塊實現

數據分析模塊主要為用戶提供查詢傳感器歷史數據，分析報警信息等功能。

4 結 語

物聯網技術不斷發展，消防傳感器也更加智能化、多樣化。通過物聯網技術為社區安全管理提供一種智慧消防管理系統平臺，使得各種消防傳感器能夠更加方便地為用戶提供服務，隨時通過手機、電腦查詢消防設備最新運行狀況，及時獲取消防場景火災情況，從而實現智能預警的目的。本文通過分析社區中的消防需求，設計了智能消防監控服務平臺，與多個不同消防平臺互相通信，使得不同種類的消防傳感器節點能夠隨時接入平臺，最終提供一個通用的消防監控平臺。