獨立煙感報警監控與輔助值守系統設計＊

張云明，劉毅

獨立煙感報警監控與輔助值守系統設計＊

張云明，劉毅

（中國人民警察大學，河北 廊坊 065000）

針對住宅和分散的小微場所火災防治和監督管理問題，探討了基于窄帶物聯網的獨立煙感報警器聯網管理技術方案。開發了獨立煙感報警監控與輔助值守系統，闡明了系統設計思路，開展了系統軟硬件架構設計和功能設計，完成住宅小區和城鄉結合部兩類典型建筑場所功能設計和應用研究。

獨立煙感報警器；窄帶物聯網；智能監控；通信技術

1 引言

隨著國民經濟的快速發展，人們的安全需求也日益強烈，生產生活各個領域的安全設施也逐漸普及。按照國家法律法規和技術標準要求，中國大型公共建筑、人員密集場所和高危險性工廠倉庫等場所均裝設有火災報警和固定滅火系統，而大多數住宅和分散的小微建構筑物無相關依據和管理措施[1]。

近年來，由于“小火亡人”的現象時有發生，“三合一”和住宅場所的火災危險性越來越大，為了應對這些問題，獨立式煙感報警器在小微場所得到大力推廣和應用[1]。由于獨立式報警裝置缺少集中監管，設備無人值守，因此又存在誤報頻繁、故障不易發現、維護費用高等諸多新問題[2]。

為了解決獨立煙感報警器的管理和使用問題，同時避免基于Wi-Fi、藍牙、ZigBee等高速短距通信技術在大范圍分散系統使用中的弊端[3]，按照低成本、低功耗大范圍網絡化遠程集中管理基本思路[4]，以窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）低功耗廣域網蜂窩數據連接技術為支撐，提出基于NB-IoT的獨立煙感報警集中監控與輔助值守系統。

2 系統設計思路

系統以分散布置的獨立煙感報警器為硬件基礎，通過加設NB-IoT模塊，實現獨立煙感探測器網絡化，利用“智慧消防”運營監控中心系統平臺，構建一套基于NB-IoT技術的煙感探測集中管理與輔助值守系統，從而最大限度地解決三級消防單位和“九小場所”火災防控存在的問題[5]。對火災隱患較大的小微場所采用新的窄帶物聯網技術進行實時監控，隨時了解監控場所火災隱患狀況。在棚戶區、宿舍、出租屋、養老院、木質建筑等監管弱、小火多、易亡人場所安裝NB-IoT智能煙感報警器，火災發生初期，系統自動通過語音、短信或軟件消息推送向附近業主、物業、社區、微型消防站發出警報，預警火災或者指導在場人員逃離火災現場[6]，安全管理人員也可以第一時間到場查看、處置撲救和疏散人群，充分調動基層社區群眾力量。該系統上行連接物業、微型消防站的消防管理層，下行連接NB-IoT的獨立報警終端，所接收的報警信息被確認為火警后，還會直接發送至智慧消防監控中心，從而幫助專業消防人員處理火情。該系統還可以為一二類重點消防單位消控室人員提供監控，通過該系統管理人員可隨時查看消控室人員的工作狀態、監管消控室的人員動向，防止值班人員出現溜班現象，切實保障系統的有效運營。建設基于NB-IoT的獨立式煙感報警系統，能夠為社會單位、物業管理單位和消防部門的實時監督和管理提供高效的管理手段。

3 系統架構設計

本系統按照用戶、物業、消防部門三個層次應用需求設計系統硬件和軟件架構。

3.1 系統硬件架構

系統硬件架構主要包括前端煙感報警器等傳感器、NB-IoT模塊、云服務器、應用終端，如圖1所示。系統數據的采集主要依靠傳統的獨立式光電煙感報警器，當報警器檢測范圍內的煙霧密度達到一定值時，煙霧進入到光電迷宮中，通過光的散射原理，將光束散射到接收光元件上，從而使電路正常工作發出報警。NB-IoT模塊主要用于獨立傳感器的聯網，在傳統獨立煙感報警器網絡接口處通過加裝NB-IoT物聯網芯片，能夠將檢測到的煙霧信號通過eNodeB基站進行聯網，把IoT相關的業務數據發送到IoT平臺進行處理。系統利用智慧消防云平臺，經由數據庫服務器收集、存儲從IoT平臺上接入的數據，再通過分發系統將相應信息轉發至對應業務服務器上進行再處理，最終IoT數據全部匯集在應用服務器上，然后再根據不同對象的要求進行數據處理操作。在用戶終端，通過主動查詢或被動接收，可以獲得服務器發送的告警和指導操作信息。用戶終端顯示裝置主要包括住戶手機終端APP、物業等中間消防管理部門的消防報警系統顯示以及智慧消防監控中心的終端顯示系統。

圖1 系統硬件架構

3.2 系統軟件架構

系統軟件架構分為智慧感知層、傳輸通訊層、核心網、運營商IoT平臺、物聯云、應用服務層，如圖2所示。其中智慧感知層為邏輯架構的底層，用于部署基礎硬件設施包括傳感器、低功耗器件、電源、信號處理等。傳輸通訊層主要負責數據流的傳輸控制，當傳感器被觸發后會按照需求產生一定量的數據流。數據流通過基于NB-IoT網絡傳輸到基站之后再連接至因特網或其他外部網絡都需要傳輸層。系統傳輸核心網NB-IoT是一個可與移動運營商蜂窩網融合的具備高可靠性和安全性的低成本廣域網物聯網，通過移動公網現有基站升級改造實現NB-IoT數據接入。IoT平臺是對物聯數據進行存儲、加工并提供數據推送功能的對外接口。物聯云平臺可以為系統管理用戶提供設備的管理和監控、設備的檢測，以及接警處理等界面功能。系統最高層為系統功能展示和操作的應用服務層，主要提供例如設備監控、報警監控、輔助值守等應用功能。

圖2 系統軟件架構

4 系統功能設計

4.1 系統服務對象

本系統是一套面向各社會開放的共享服務平臺，為了保證系統的實用性和有效性，基于窄帶物聯網的煙感系統服務對象主要包括社會群眾、物業部門和轄區的消防部門。基于NB-IoT技術的獨立式煙感報警系統主要為服務對象提供直接的火警信息以及逃生、滅火提示信息。三種主要服務對象火災時的信息需求如表1所示。

表1 系統服務對象

對象信息需求 用戶及時獲得火警信息，幫助逃生和減少火災損失。需要了解的火災信息包括：火災是否發生了，如何減少火災損失，如何盡快逃生 物業獲取火災信息，幫助住戶進行逃生和初期滅火。需要了解的火災信息包括：火災是否發生，火災發生的確切方位，周圍可用水源及固定滅火設施 消防部門在接收到報警信息后到達火災現場，了解火場信息。需要了解的火場信息包括：火災發生部位，火災持續時間，火災現場附近可利用的水源

4.2 系統功能模塊

4.2.1 巡檢及故障跟進功能模塊

系統能夠實時對管理區域內的煙感報警器和其他消防設備的運行情況進行監測，對檢查處的故障隱患，通過信息推送功能實現用戶自行設備故障維護和檢測，在線跟蹤故障排除情況，第一時間對監控范圍內的故障設備進行狀態監測和更新，有效保證各設備的完整有效[6]。

4.2.2 聯動功能模塊

系統能夠通過接收報警信號對現場的其他監控點的報警器的報警信息進行監控，并且可以通過人工與系統雙方同時對火警信息進行確認，以方便其他住戶也能夠第一時間了解。另外，對已經確認為火警的報警信息能夠在系統中及時顯示，保證火警的及時、準確[6]，并且可以對火災現場周圍的水源情況進行監控，實時了解動態信息。

4.2.3 管理功能模塊

系統根據日常的報警統計，轄區內消防部門再對聯網單位進行季度的檢查，確認所有的報警信息都得到及時地處理，還能夠隨時掌握單位建筑消防設備的運行情況和消防控制室人員在崗情況，能夠協助消防部門進行不定時防火監督檢查，從而提高單位的消防安全管理水平。

4.2.4 監督功能模塊

消防部門進行日常的消防監督檢查時，需要按照規定到單位現場進行相關的檢查，而通過建立智慧消防監控系統，系統能夠配合消防部門進行設備監控和人員管理，提供監督部門的監控接口，方便消防監督部門隨時登錄系統對單位的設備狀態和值守情況進行監控和檢查。

5 典型場所應用

“三合一場所”“九小場所”一直以來都是小火亡人事故的主要發生地點，系統圍繞城鄉結合部和住宅小區這兩類主要應用場所，通過系統功能應用，設計主要業務流程和應用邏輯。

5.1 住宅小區的功能需求

住宅小區也是目前日常救火中遇到的比較多的火災類型，由于住宅建筑內沒有足夠的防滅火設施，對于初期火災的防控需求非常大，要求住宅小區內能夠在最短時間內對火警信息進行識別、警報和處置。因此安裝獨立式煙感報警系統實施早期探測和防控火災意義重大。

由于住宅小區的火災情況的特殊性，需要考慮建筑的密集性及人員的集中性、樓層高度、安全出口的數量和位置等，要使獨立式煙感報警系統在小區中發揮更大的作用，必須針對住宅小區的特點設計特殊使用功能，還要結合住宅小區中的住戶、物業、消防隊三方的協同功能。需要考慮住宅小區里面的建筑模式是建筑群體式的，可以將整個住宅小區里的每棟建筑里的煙感設備都關聯起來，形成網絡化的管理，再通過小區內的物業和轄區消防隊建立起報警管理系統；住宅小區內有滅火設施，考慮滅火設施的位置和使用方法的提示，用戶在開啟消息推送之后可以獲取小區內的固定滅火設施的位置和啟用方法，這個功能主要供物業部門和消防隊使用，當物業部門到達災害發生現場之后，可以通過這個提示迅速找到小區內的固定滅火設施和一些基礎的消防設施，可以有效地減少火災的損失。當消防部隊到達現場之后，可以與物業部門聯合處理火災，運用固移結合的原則，將固定滅火設施和移動式的滅火設施結合使用，可以使火災的處理效果更好，同時還需要考慮與物業部門聯合處理初期火災。

5.2 城鄉結合部的功能需求

城鄉結合部是一種分布在城市邊緣地區的一片建筑群類型，這類建筑的分布方式與城市建筑高度集中不同，大多是零散分布的耐火等級建筑。在城鄉結合部中由于存在著大量的農村居民和流動人口，人口密集度高、人員組成復雜、可燃物品堆積隨意性大，甚至存在“三合一”廠房的重大火災隱患，而且絕大部分的人員缺乏消防意識。在日常的消防監督檢查過程中，由于地形、人口分布的復雜化，導致消防部門對這樣的建筑群體缺少相應檢查；另一方面，在發生火災時，由于城鄉結合部地理位置具有的特殊性，往往消防隊到達現場的時間較長，很多時候消防部隊很難對具體的著火位置進行準確的定位和及時撲救。

考慮到城鄉結合部的特殊性，通過加裝帶有NB-IoT技術的獨立煙感報警器，實現零散獨立式煙感報警器無線網絡化，可以為城鄉結合部假設虛擬消防中控室，即實現用戶對自身的管理，也實現了區域集中管理。

如果要將獨立式煙感報警系統應用其中，必須有城鄉結合部使用者的特殊使用功能。需要減少誤報的功能，因為在城鄉結合部中很多時候會由于人們日常燒飯做菜產生煙霧，報警裝置在固定的時間段檢測到相應的煙霧信號，會嚴重影響消防隊的接出警任務；需要對這些零星的建筑物進行地圖監控，可以與電子地圖和交通管理部門進行結合，當有其中的一個地方發生火災后，可以第一時間提供電子地圖的優化路線，消防隊可以借助這一功能快速到達災害現場，避免在途中浪費時間；附近的消防水源的管理和利用，當火災發生時，移動端的軟件會同時推送對前期火災進行控制處理的消息，并且具備對周圍的消防水源的提示功能，幫助使用者能夠第一時間找到附近的水源；需要與臨近的微型消防站聯系，形成有效的聯動功能，從而能夠快速到達火災發生現場實施初期的滅火救援工作。

［1］李巖，陳碩.“三合一”場所的火災防控對策［J］.科技創新與應用，2012（22）：327.

［2］丁鴻凱.以“互聯網+”實現獨立式感煙報警器的智能化［J］.建筑工程技術與設計，2016（22）：2914.

［3］WEN H D，LI W，GUANG Z Y，et al.Design of wireless automatic fire alarm system［J］.Procedia Engineering，2016（135）：412-416.

［4］傅永財.探索大數據思維下的智慧消防［J］.消防科學與技術，2016（12）：1758-1762.

［5］孟琮.將獨立式火災探測報警裝置推廣到小場所及住宅的技術思考［J］.消防技術與產品信息，2016（5）：64-65.

［6］桓宗圣.智慧消防應用中多設備聯動火災報警系統［J］.電腦知識與技術，2017（3）：77-78.

F273.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.001

2095－6835（2019）24－0001－03

張云明（1979—），男，湖北武漢人，博士，主要從事火災監控與滅火救援方面的研究工作。

廊坊市科學技術研究與發展計劃項目“基于CPS的消防監控與輔助值守裝置研發”（編號：2019013069）；武警學院智慧消防專項課題“基于CPS的智能消防監督管理系統研制”（編號：ZHXF2017001）

〔編輯：張思楠〕