基于CPS的消防設施智能監控與輔助值守系統設計

張云明　董力

【摘 要】針對建筑消防系統運行狀況不佳、消防安全管理不到位的問題，以信息物理系統（CPS）技術為基礎，研究開發消防設施運行狀態和輔助值守系統，確定系統設計思路和目標，設計系統軟硬件架構，分析系統技術要點。該系統利用信息物理技術和移動通訊網絡，一方面實現單位自主的消防設備運行狀態的遠程監控，另一方面實現消防管理值守輔助，提升了系統的可靠性，提高社會消防安全水平。

【關鍵詞】消防設施;信息物理系統;智能監控;輔助值守

中圖分類號： X924.4，TU892 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）32-0076-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.033

Design of Intelligent Monitoring and Auxiliary Duty System for Fire Fighting Facilities Based on CPS

ZHANG Yun-ming DONG Li

（China People's Police University，Langfang Hebei 065000，China）

【Abstract】In view of the problems of poor operation of building fire protection system and inadequate fire safety management，based on the Cyber-Physical System（CPS） technology，the paper studies and develops the operation status and auxiliary duty system of fire protection facilities，determines the system design ideas and objectives，designs the system hardware and software architecture，and analyzes the technical points of the system.The system uses the information physics technology and mobile communication network，on the one hand，it realizes the remote monitoring of the operation state of the unit's independent fire-fighting equipment，on the other hand，it realizes the fire-fighting management on duty assistance，improves the reliability of the system，and improves the social fire-fighting safety level.

【Key words】Fire fighting facilities;Cyber-physical system;Intelligent monitoring;Auxiliary duty

0 前言

隨著經濟和社會的飛速進步，人們的安全意識不斷增強，對安全的需求也逐步提高。目前，建筑內消防設施的安裝和使用已經深入到社會生產、生活的各個領域，這種高普及率的自動消防設施在提高社會安全水平方面發揮著重要作用，但是現有的消防設施在使用上也存在諸多問題。從公開的調查報道來看，很多消防設施在火災發生時并沒有起到應用的作用，從事故分析結果來看既有設備運行狀態問題，也有人員管理上的問題，最終導致火災蔓延擴大，造成嚴重的人員傷亡和財產損失[1，2]。例如北京石景山喜隆多商場發生的火災，由于消防中控室值班人員僅對火警進行了告警消音處理，使得火災蔓延擴大，造成兩名消防員犧牲和重大財產損失。從前期調研結果來看，我國現有消防設施存在設備運行狀況不佳、值守人員專業技能和敬業精神不夠，甚至無人值守的現實問題，從而導致很多安裝有消防設施的場所火災情況下消防設施不能發揮作用。另外，對于一些有消防安全需求的分散場所，例如移動通訊基站、油氣管網輸油站和集氣站等，由于系統可靠性要求的提升，正在大量安裝自動消防設施，對于這些無人值守的場所，消防遠程監控與集中管理成為必然趨勢。

1 系統設計思路與目標

消防設施監控與輔助值守系統以建設消防監控與服務平臺為目的，通過消防設施狀態監控、消防系統運行流程監控、從業人員在崗管控、消防操作輔助提醒與遠程值守，實現消防系統智能化監督管理。消防系統信息采集、傳輸、存儲與可視化是智慧消防管控的硬件基礎，從物理層面解決了信息的獲取與呈現問題;消防數據分析、業務邏輯建模與智能應用是消防系統智慧監控與值守系統的內在核心。基于硬件聯網的消防物聯網技術在目前的大多數智慧消防系統中已經實現[3]，而基于數據分析和智能處理的智慧消防應用仍然需要在智慧消防交叉學科領域深入研究。信息物理融合系統（Cyber-Physical Systems，CPS）是一個綜合信息、實物和控制的多維智能系統，能夠實現復雜系統的實時感知、動態控制和信息服務，具有安全、可靠、實施、高效的特點[4， 5]。與傳統物聯網系統相比，基于CPS的智慧消防系統除了實現消防網絡化外，通過消防業務邏輯與大數據、人工智能的交叉融合，可以實現消防系統智能處理，滿足火災監控與智能值守復雜工作需求[6，7]。

消防設施監控與輔助值守系統按照軟硬件設計與系統集成整體方案研制硬件裝置并編制軟件系統。首先系統需要開發消防設施信息采集和數據處理的硬件裝置，研制由數據采集與傳輸裝置、大數據處理中心構成硬件系統，實現消防設施運行狀態和火警信息自動采集、實時傳輸和匯總處理功能。其次是編制信息管理與數據分析軟件系統，建立大數據智能分析模型，開發針對電腦瀏覽器和移動APP兩種應用模式的多功能軟件模塊。最后通過系統集成形成消防智能監控與輔助值守管理系統，集成系統能夠將硬件采集到的數據實時傳送至數據中心并存入數據庫，系統能夠實現數據智能計算和統計分析，并能以圖表和地圖形式展現結果，用戶通過電腦瀏覽器或移動APP訪問服務器，查詢實時信息和數據分析結果，系統同時具備關鍵信息告警與推送功能。

2 系統軟硬件架構設計

2.1 系統硬件設計

系統硬件體系架構按照消防系統信息流輸轉流程，分為前端信息采集、中間網絡傳輸、后端信息處理和終端用戶呈現四大模塊。在前端采集模塊，傳感器采集獲取消防報警主機設備狀態信息和控制室人員狀態信息。在網絡傳輸模塊，通過移動公網和互聯網，中間信息傳輸層將消防系統的運行信息經過聯網模塊、交換機等網絡設備發送到數據服務中心。后端信息處理模塊，動態信息數據與消防業務邏輯模型結合，實現報警、監控、輔助值守等業務智能處理。終端用戶模塊，不同類型用戶根據權限訪問、查詢、接收告警信息和推送信息，并實施遠程監管。系統硬件構成如圖1所示。

圖1 系統硬件構成

系統采集、傳輸、存儲、處理和呈現的數據來源主要為各單位或監控點的火災報警控制系統和消防控制室人員實時動態信息。火災防控硬件信息又包括固定設施狀態信息、探測器及手報報警信息、固定設施聯動信息、固定設施故障排除信息等五類數據。這些硬件狀態信息主要由建筑內的火災報警控制器和外接傳感器采集，并匯總于用戶采集傳輸裝置。消防控制室人員信息主要來源于查崗應答器和視頻監控器采集，經過系統初步處理后，再匯總于用戶采集傳輸裝置。最后各單位用戶采集傳輸裝置，通過移動公網傳輸至消防大數據中心。

2.2 系統軟件與功能設計

系統軟件體系架構從下至上按照感知層、通信層、計算層、控制層、服務層進行設計和構建，實現信息采集與無線傳輸、數據存儲、數據處理、功能應用，最后至用戶終端瀏覽器或手機APP應用。系統軟件主要功能模塊如表1所示。

表1 系統軟件功能

3 系統技術特點

3.1 消防設施網絡化

本系統基于CPS的核心技術，結合數字通信技術和模塊化軟件平臺，探索基于現有消防設施的信號提取與識別共性關鍵技術，突破自動消防設施聯網的技術壁壘，解決不同產品通信協議之間的數據融合共享問題，開發兼容主流品牌和型號的模塊化數據采集與網絡傳輸裝置。系統在原有自動消防設施的基礎上，通過加裝的小型模塊化數據采集與網絡傳輸裝置，以最低的成本實現消防設施狀態信息自動采集與無線傳輸，完成消防設施的網絡化。

3.2 消防設施真實信息獲取與共享

本系統在消防自動化控制的基礎上，綜合利用了物聯網和大數據分析技術，實現消防設施狀態數據和人員在崗應答數據自動采集與實時上傳，數據來源真實可靠，從而保證數據分析結果的客觀真實性，避免了人為因素干擾。以真實數據為基礎，通過網絡化的數據傳輸和集中數據管理，可以實現社會單位、消防管理部門、物業管理部門多方共享的消防大數據服務，增強了信息互通，形成信息收集、處理、發布一體化平臺，實現全時空消防設施監控與輔助值守遠程管理。

3.3 消防大數據應用與輔助值守

本系統根據平臺獲取的實時信息和歷史數據，一方面，建立自己的消防大數據平臺和智能監控與輔助值守業務邏輯模型，利用消防設施全生命周期歷史數據和動態信息，預測設備隱患及發展趨勢，通過隨機人員應答機制監控人員在崗情況，利用火災事故處理模型實現火災告警與輔助值守。另一方面，通過大數據與火災風險預測模型的結合，系統可以判斷和預測監控點火災風險，為政府部門和消防機構監測區域火災隱患提供科學依據，增強消防部門和社會單位的主動防范能力。

4 結束語

針對消防系統監督管理和人員值守存在的問題，以信息物理融合技術體系為基礎，研制消防系統信息采集與傳輸硬件裝置，開發信息管理與數據分析軟件，集成構建消防設施監控與輔助值守系統，實現消防設施狀態遠程監控、消防系統輔助值守。系統的開發與建設為社會單位、物業管理機構和政府消防部門提供了一套高效率、智能化的監督管理平臺。

【參考文獻】

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