基于物聯網的消防設備管理系統設計

汪洋 敬曉崗 侯其立

摘 要：針對因消防終端監測設備部署量大、分布廣而導致的維護成本高、管理難度大等問題，利用物聯網技術設計了一種消防終端監測設備管理系統。該系統支持有線和無線通信方式來完成用戶信息傳輸裝置、物聯網網關、消火栓監測裝置等設備的組網，實現信息采集和上傳功能。通過Web程序完成設備的增刪改查、實時狀態與歷史數據的展示以及設備配置等功能。實際應用表明該設備管理系統能較好地對各類消防監測終端設備進行統一的智能化管理。

關鍵詞：物聯網;消防終端監測設備;設備管理系統;Web;信息傳輸;網關

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）11-00-02

0 引 言

物聯網是互聯網的延伸和拓展，是將各類信息傳感設備與互聯網結合而形成的一個巨大網絡[1]，可實現在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯互通。近年來，物聯網技術在智能家居、智慧交通、智能農業、智能安防、平安城市等領域應用廣泛，取得了許多重要成果。

基于物聯網技術的設備監管系統已經廣泛用于對消防設備[2]、通信設施[3]、實驗設備[4]、企業設備[5]等類型的設備進行監管。通常情況下，物聯網設備管理系統具有設備檔案管理、設備使用管理、設備采購和庫存管理、跟蹤和定位、工作狀態監視、查詢歷史記錄以及智能化盤點等功能[6]。

針對消防終端監測設備安裝數量大、部署范圍廣、安裝環境復雜等情況，如果完全依靠人力實現已部署設備的巡查、維護等工作，必然帶來不小的成本負擔且效率低下。為了解決以上問題，本系統采用物聯網技術可實現遠距離的設備數據收集、監控、故障排除、設備參數設置等一系列智能管理，降低運營成本，簡化設備運維。

1 系統描述

系統的體系結構如圖1所示，由感知層、網絡傳輸層、數據存儲層和應用服務層組成。

感知層[7]的作用在于解決設備互聯以及設備運行數據采集問題，涉及的設備包括網關、用戶信息傳輸裝置以及NB-IoT消火栓監測終端等聯網終端和傳感器。

網絡傳輸層的作用是實現雙向數據交互，完成設備管理系統底層采集與上層應用之間的可靠、安全通信。

數據存儲層實現了實時數據、跟蹤數據和統計數據的存儲。

應用服務層提供對設備的管理、展示和監控。

2 系統設計

2.1 底層硬件連接

圖2展示了設備管理系統的底層設備連接，包括感知層、網絡傳輸層以及平臺層。

感知層設備主要包括有線物聯網網關、4G物聯網網關、NB-IoT物聯網網關、用戶信息傳輸裝置、NB-IoT消火栓監測終端等消防終端監測設備以及傳感器，這些消防終端監測設備是本設備管理系統重點監管的對象。

網絡傳輸層涉及以太網，4G，NB-IoT這三種傳輸網絡。有線物聯網網關通過RS 485接口與用戶信息傳輸裝置相連，將所接傳感器的狀態以及自身狀態上傳給用戶信息傳輸裝置，然后用戶信息傳輸裝置將收到的數據以既定格式發往云平臺。4G物聯網網關采用4G網絡將傳感器信息和自身狀態信息發送至云平臺。NB-IoT消火栓監控終端、NB-IoT獨立式煙感、NB-IoT網關均采用NB-IoT無線通信方式傳遞狀態數據至云平臺。NB-IoT主要面向大規模物聯網連接應用，與移動通信相比具有覆蓋范圍廣、海量連接、功耗低、成本低等優點[8]，是物聯網通信采用的主要技術之一。

云平臺接收消防監控終端發來的數據，解析后存入數據庫，為應用程序提供數據支持。

2.2 數據處理

圖3展示了云平臺的數據處理邏輯。云平臺在接收到消防監控終端設備發送來的數據之后，按照規定的通信協議進行數據解析，解析之后進入Rabbit MQ[9]消息隊列。Rabbit MQ是一種開源的消息中間件，提供可靠、有效的消息交互模式，能夠方便地實現系統間的解耦;此外，Rabbit MQ還提供了可視化的監控頁面，有助于對平臺系統的監控和維護。

數據處理服務和事件處理服務從Rabbit MQ隊列中取數據進行處理。數據處理服務主要處理監控終端設備上報的狀態數據，將處理后的數據存入數據庫。事件處理服務主要處理用戶信息傳輸裝置上傳的火警、聯動等事件數據，并實現數據入庫。

針對數據形式以及業務需求，數據庫采用MySQL與Elastic Search組合的方式。MySQL數據庫存儲用戶、單位、設備、設備實時數據等信息，Elastic Search存儲設備歷史數據、歷史事件數據等。考慮到設備數量大，每天產生的數據量十分可觀，MySQL數據庫對于大量數據查詢的響應時間較長，即使采用查詢優化等措施效果亦不盡如人意。而Elastic Search[10]是一種分布式海量數據搜索與分析技術，適合對海量數據進行實時數據分析，因此選用Elastic Search存儲設備歷史數據。

2.3 軟件設計

設備管理系統應用從這兩個數據庫中獲取數據實現對應的業務邏輯，核心功能如圖4所示。主要功能包含用戶權限、設備管理和設備展示。

（1）用戶權限模塊包含用戶管理、用戶登錄。

（2）設備管理功能包含設備的新增、刪除、修改、查詢與設備的參數配置。

（3）設備展示功能為設備實時狀態、最新上報數據、歷史數據或事件等展示以及多維度的統計分析展示。

3 結 語

文中采用多種傳輸協議和有線、無線網絡對多類消防監控終端設備進行組網，并對這些設備進行信息采集。通過Web程序進行相關操作，較好地實現了設備管理，保障設備的安全運行，提高了維護水平，實現了科學管控。

利用物聯網技術管理消防終端設備相比傳統人工管理不僅提高了設備利用率，更增強了儀器設備運行的可靠性、安全性。

參 考 文 獻

[1]劉延吉.物聯網技術研究綜述[J].價值工程，2013（22）：226-227.

[2]李廣遠.物聯網技術的消防裝備智能管理系統[J].中國應急救援，2016（3）：54-57.

[3]馮衛華.物聯網在通信設施管理中的應用分析與研究[J].現代信息科技，2018，2（8）：193-194.

[4]饒緒黎，張美平，馬現虎.基于物聯網技術的實驗設備運行監控管理系統設計[J].山東大學學報（理學版），2012，47（11）：74-77.

[5]劉建文.基于物聯網技術建立的現代企業設備管理系統[J].煤礦機械，2016（7）：167-168.

[6]李志新.設備全生命周期管理系統的設計與開發[D].長春：吉林大學，2015.

[7]陳澤鵬.基于物聯網的設備監控管理系統的研究與開發[D].杭州：浙江大學，2018.

[8]張云勇，賈雪琴.物聯網業務發展挑戰及NB-IoT運營策略[J].物聯網學報，2017，7（1）：76-80.

[9]袁佳，郭燕慧.基于Rabbit MQ的海量日志的分布式處理[J].軟件，2013，34（7）：19-23.

[10]裘紫陽.面向Elasticsearch的監控管理平臺的設計與實現[D].武漢：華中科技大學，2018.