基于SignalR-IoT技術的校園智慧消防平臺系統設計研究

張月 惠晨晨 鄒圣新 陳豐照

摘要：近年來校園火災時有發生，給家庭、學校帶來重大損失，傳統消防工作模式體現出很大的弊端。論文設計了校園智慧消防系統平臺，旨在做好校園消防工作，建立一個和諧安全的校園環境。利用物聯網的傳感器技術采集消防數據、RFID技術監控維護消防設備、大數據技術對消防數據進行分析挖掘，災情預判。其中通信技術采用SignalR技術實現實時Web功能，方便多平臺間信息共享，保證校園消防工作的實時性、高效性。

關鍵詞：校園智慧消防;物聯網;大數據;SignalR

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）28-0117-03

1 背景

近年來，校園火災頻頻發生：山東煙臺大學兩人燒傷、東北師范大學500學生被困、中國傳媒大學1學生被困、俄羅斯人民友誼大學41名外國留學生死亡200人受傷、中國地質大學（武漢）宿舍起火，幸無人傷亡……這一起起校園火災都給學生家庭、學校以及國家帶來了重大損失。校園是學生學習與生活的環境，人群高度密集，因此消防工作必須擺在校園安全工作的重要位置。傳統的消防工作模式無法很好地排除校園火災隱患，存在不少弊端，因此建設校園智慧消防的任務刻不容緩。

在物聯網、人工智能、大數據、云計算等新一代技術蓬勃發展的時代背景之下，智慧消防能夠使校園消防工作更加智能、高效，通過綜合利用物聯網、大數據、云計算、移動互聯網、地理信息系統等技術，應用無線傳感、火警預判等技術實現消防工作的及時、快速、高效，為師生營造一個安全穩定的校園環境。

2 校園智慧消防系統方案設計

2.1 國內智慧消防應用現狀

2017年10月10日，公安部消防局發布的《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》指出：要綜合運用物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等新興信息技術，加快推進“智慧消防”建設，全面促進信息化與消防業務工作的深度融合，實現“傳統消防”向“現代消防”的轉變。在此背景下，全國各地都在智慧城市建設的基礎上加快建設“智慧消防”的步伐，也取得了一定成效。目前，全國26個省（市）實現消防遠程監控和消防大數據平臺建設，其中浙江省已有近8000家社會單位進入浙江省消防遠程監控系統。

2.2 校園智慧消防系統方案整體設計

根據消防工作的功能需求，并結合校園消防工作的特點，將將校園智慧消防系統整體架構從下到上分為感知層、網絡層和應用層。

感知層，顧名思義就是感知校園環境狀況。通俗地說就是通過傳感器感知校園消防狀態的各種物理參數，具體有溫度傳感器、煙霧傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、視頻傳感器等，這些無線傳感器將采集到的溫度、壓力、流量、視頻等數據輸送給智能網關，智能網關再將其傳送給Web服務器，達到實時監控校園消防狀況的目的。

網絡層處于整個系統的中間位置，是整個系統的核心。各類服務器（包括數據庫服務器、Web Service服務器、應用服務器、訪問服務器等）通過對數據的存儲傳遞、加工處理、統計分析等為各類用戶提供數據支持，及時查看校園環境實時狀況。

應用層的主體是各類用戶（校園消防工作人員、師生及工作人員等），通過手機、平板、電腦等終端媒介調用系統數據，實時查看平臺信息，監控校園消防狀態并做出相應的調度方案或決策。

3 校園智慧消防系統技術分析

3.1 物聯網應用——無線傳感器采集校園消防相關數據

傳感器技術是物聯網的關鍵技術之一，而無線傳感器作為感知層的主體，擔任采集并傳輸數據的任務。無線傳感器本質上是一個無線數據采集終端，同時具有通訊功能，針對不同的需求有不同種類的傳感器。傳感器的工作原理就是將溫度、壓力、濕度等非電學量轉換為電學量：

無線傳感器功耗低，連接穩定，具有深度覆蓋屬性，很好地解決了有線傳感器通訊的弊端。而且，這些無線傳感器可以同時具備報警功能。例如煙霧傳感器檢測到煙霧達到一定濃度后，可以立即通過聲光現象報警通知校園消防工作人員。通過在校園重點消防位置（監控現場、實驗室、圖書館、學生公寓、配電室等）安放視頻、溫度、壓力、流量等傳感器采集校園環境的物理參數并上傳到服務器，校園消防工作管理人員能夠實時、動態掌握的校園消防信息，達到實時監控校園消防環境的目的。

3.2 大數據應用——多種分析算法綜合處理數據

大數據技術是當今社會人們關注的熱點話題，也是智慧消防系統的一個重要組成部分。校園智慧消防系統的數據分析模塊應用多種分析方法，對消防數據進行加工處理、分析挖掘、火警預判、災情分析等形成一個智慧消防數據庫，實現預警救援的智能化。

例如，對消防數據進行清洗轉換并篩選出可能導致火災的相關類型數據，再通過關聯分析、聚類分析等分析方法進行數據挖掘，建立一定的邏輯方程式，并將計算結果按一定標準劃分成相應的火警風險等級，等待管理人員再次確認并作出相應評估與調度措施。

3.3 通信技術——SignalR實現多平臺實時信息交互

采集消防數據要真實及時，實施消防救援要高效快速，因而消防工作非常講求時效性。SignalR是一種多平臺間信息實時交互的Web應用程序開發框架，能夠很好地滿足消防工作時效性的需求。

SignalR是對一組在構建客戶端和服務器之間的real-time功能所需要使用的傳輸技術的抽象框架，是一個簡單、實用的API。開發者只需要使用這個高階的API，就能夠實現瀏覽器與服務器之間的通信。它能夠同時支持HTML5的Websocket，Server SendEvents協議及Comet的Forever Frame，Ajax Long Pooling協議，所以開發人員只需要使用同一個API通過虛擬連接來完成自己需要的服務，而并不需要關注具體使用的是哪一種通訊技術。SignalR連接首先會發起HTTP請求，若WebSocket可用，則選擇Web?Socket進行連接。WebSocket是SignalR最理想的傳輸方式，因為它延遲最低、無需占用多余的服務器內存，而且能夠實現客戶端和服務器之間的全雙工通信。若WebSocket不可用，SignalR將自動嘗試其他傳輸方式（Server Send Events協議及Comet的orever Frame，Ajax Long Pooling）來建立連接。

基于SignalR的校園智慧消防系統平臺，在系統初始化時會初始化一個Hub連接到服務端。當數據庫實時數據有更新時，服務端的Hub自動調用客戶端JavaScript方法，更新原來的數據。

所以，SignalR的實時Web功能可以實現主動推送消息：在有數據更新且所連接的客戶端可用的情況下，服務器可以立即向客戶端更新數據，無需等待客戶端請求新的數據，打破了客戶端只能依靠刷新頁面或者使用Ajax輪詢顯示數據的傳統方式。

這種主動推送消息的方式有兩個好處：一是能在很大程度上降低寬帶的使用率，二是可以保證數據傳輸的實時性。例如，當相關消防數據超出正常范圍時，消防工作人員在系統平臺可以立即接收到服務器從傳感器接收到的報警提示并采取相應措施而不是多次發出HTTP請求。

在SignalR框架中有一個消息總線，其主要功能是管理服務器與客戶端之間數據的發送與接收。通過消息總線，服務端能夠檢測到客戶端的連接狀態。與此同時，當服務端向處于連接狀態的客戶端發送消息時，能夠自動處理通信的相關問題，以此保證消息的無阻礙傳送。通過這種根據環境兼容情況選擇最佳傳輸方式的自動管理連接模式，真正實現了多個客戶端和服務器的實時雙向通信，實現了多平臺間的信息實時交互共享，同時也實現了校園智慧消防的智能化，便捷化。這將有助于提高消防管理工作效率，量化消防巡檢工作內容，為校園消防安全提供保障。

4 消防設備與系統平臺維護

4.1 消防設備的維護——RFID射頻識別技術

傳感器不僅可以放置在監控現場，也可以部署于消防水龍頭、消防水管、消防栓等消防設備。如此一來，傳感器既能采集校園環境數據，又能感應到消防設備運行狀況，實時監控消防設備運行情況。一旦傳感器輸送到服務器的運行數據出現異常，消防人員可以立即檢查消防設備，淘汰、更換壞舊的消防設備。如果傳感器沒有部署于消防設備周圍，也可以通過RFID電子標簽的形式對消防設備以及傳感器本身進行運行狀態巡檢。RFID是物聯網的又一關鍵技術。在消防設備及傳感器上貼上加密的RFID射頻標簽，巡檢人員就可以通過RFID射頻識別終端設備掃描感應標簽，同時將檢查信息上傳到校園智慧消防系統平臺。這種巡檢方式相對于紙質巡檢更加便捷高效，能夠及時獲取消防設備的運行情況，及時排除火災隱患。

除了日常的巡檢維護，還要注意消防設備產品更新換代的問題。因此，在選擇消防產品時要著重選擇能夠提供優質售后服務的生產廠商。

4.2 消防系統平臺的維護

一個系統的軟硬件先進程度以及可擴展性強弱在很大程度上影響了消防系統運行的生命力和消防工作的穩定進行。在系統設計的初始階段，要充分考慮所選技術與設備是否可以穩定運行，盡量降低軟件升級的難度，同時也要考慮到消防行業未來的發展需求，保證智慧消防平臺系統的可擴充性與靈活性。

系統平臺的維護人員需要有相關專業技術知識，同時還需要具備一定的消防專業知識。前端消防產品的更新換代相應地也會要求系統平臺做出相應的功能調整與修改。所以，做好校園智慧消防系統平臺上每一個軟件的運行與保障工作至關重要。

5 結束語

時代發展催生技術變革，新的技術又促進時代發展。以物聯網、大數據、移動互聯網、地理信息系統等為主要技術的智慧消防系統平臺因其智能化、信息化、高效化的特點將在消防領域發揮出很大的作用。當然，其應用場景不只局限于校園，還可以擴展到社區、商場、寫字樓等其他人群密集區域。

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【通聯編輯：謝媛媛】