基于物聯網的分級報警與消防輔助系統

張昊琪 張海華 馬曉菲 梁如鑫 楊牧青

摘 要：為提高火災的預判能力，文章提出了一種基于物聯網的分級報警與消防輔助系統，建立火災檢測系統，利用基于多無線傳感器網絡的火災監控系統，確定火源位置，然后利用火災消防系統，實現對各程度火災的智能化消防，最后對火災情況進行三維重塑，通過Dijkstra算法實現對人員和財產的救援。

關鍵詞：物聯網；分級警報；智能化消防

隨著經濟的高速發展，城市土地日益稀缺，建筑結構日趨復雜，而其中的電氣設備等也越來越多，這大大提高了火災的發生率，對于火災報警以及消防系統有了更高要求[1]。

據統計，由于報警體系不完善，消防救援不當而造成的火災發生比例占總火災比例的31%以上[2]，造成巨大的生命財產安全損失。因此，必須建立完善的報警體系以及救援策略，才能夠及時發現火情，快速響應，應用最精準高效的救援策略保障生命財產安全。

本系統的主要功能在于通過實時監測并進行火情等級評估，分級報警，情報傳輸。設計目的是為消防救援工作提供便利，為救援行動節省時間。依據采集到的相關數據對火災等級進行評估，通過量級輕重選擇不同的報警及處理方式。本系統可實時采集整棟建筑物內著火點、人流、安全通道等信息，通過三維建模和網絡傳輸技術，在救援人員手持終端上以建筑物的3D模型體現，為救援人員提供準確、實時的情報和最佳救援路徑。

1 基于物聯網的分級報警與消防輔助系統

1.1 火情監測系統

人們在日常的生產生活中的行為不當就可能引發火災的發生，往往會導致一定的人員傷亡和響應的財產損失。火災的發生既具有隨機性和突發性，同時又有一定的規律性。火災通常伴隨著溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度、火焰強度等參數變化[3]，因此，集成溫度傳感器、煙霧濃度傳感器等多傳感器終端則成為火災探測的主要形式。

基于此，本文提出一種基于多無線傳感器網絡的火災監控系統，采用ZigBee無線傳感器網絡，并利用ARM嵌入式系統對火災進行實時運算判決與定位[4]。以圖1所示的環境闡述定位算法。火源置于地板上，節點1、2置于內壁，節點3置于天花板上，節點四置于Y-Z平面。利用煙霧擴散的模型，當煙霧擴散的速度為v0（m/s），節點i檢測到的煙霧數據為pi時，節點i到火源的距離為ri=（p0-pi）。

1.2 智能消防系統

隨著物聯網技術的不斷發展，妥當應用物聯網技術，對火災類別進行分類，對不同程度的火災分級處理，才能達到智能化消防的目標[5-8]。智能消防系統如圖2所示。

1.3 三維重塑情報系統

三維重塑情報系統，就是提前將建筑物3D模型錄入移動設備中，將整棟建筑物按區域劃分置于三相坐標系中，將各個區域整合為坐標信息，各個區域的傳感器將相應的數據傳輸到移動設備中，在相應坐標點表示出對應信息[9-11]。三維重塑模擬圖如圖3所示。

Dijkstra算法的基本思想是將圖中的節點分為兩類：永久節點（P節點）和臨時節點（T節點），P節點是那些已經找到了從起點到該點的最佳路徑的節點，其余的節點為T節點。算法的核心過程是將符合條件的T節點變成P節點[12]。

通常實現此算法時，針對有N個節點的圖，用一個二維數組W[N][N]來描述節點i到節點j的最佳路徑權重。初始化時，如果存在節點i到節點j的有向邊，則W（i，j）為該邊的權重，否則，W（i，j）= +∞。在此定義如果有從節點i到節點j的有向邊，稱節點j為節點i的鄰節點。Dijkstra算法流程如圖4所示。

2 結語

本文針對目前報警體系不完善，消防救援不當的現狀，提出了一種基于物聯網的分級報警與消防輔助系統。利用基于多無線傳感器網絡的火災監控系統能夠實時檢測到火災源以及火災形勢，通過智能消防系統，對火災程度進行分類，做出相應的處理，并將檢測到的火災情況傳輸到三維重塑情報系統，利用Dijkstra算法實施救援。

本文提出的基于物聯網的分級報警與消防輔助系統，通過實時監測并進行火情等級評估，分級報警，情報傳輸，為消防救援工作提供便利，為救援行動節省時間。

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