基于物聯網技術的城市消防遠程監控系統設計與實現

郭海筱

（寧波消防救援支隊余姚大隊 浙江省寧波市 315000）

隨著物聯網技術的逐漸成熟和廣泛應用，無線城市消防遠程監控的實踐具備了必要的基礎條件。近年來，如何利用物聯網技術構建城市消防遠程監控系統，已然成為廣受消防部門、互聯網企業、高校等共同關注的問題，并且在科研、實踐方面均取得了一定突破。就目前來看，借助成熟的商用云端服務器，積極布設物聯網監測節點，并開發與之匹配的系統，是支持城市消防進一步發展的關鍵。

1 城市消防遠程監控系統的需求分析

對城市消防遠程監控系統而言，其應當具備以下幾點基礎功能。

（1）實時監測。通過系統對城市內各消防設施設備進行實時監測，如建筑內消火栓系統管網、高位水箱、防煙排煙系統等。同時系統還需要對消防水源的壓力、流量等信息進行實時采集與監測。在全面、實時的監測下，能夠及時發現火情，并保障消防水源充足。

（2）實時報警。實時報警功能實際上是與實時監測功能相綁定的。系統對實時監測結果進行自動化、智能化分析，一旦發現消防設施異?；蛘呋鹎?，需要自動通過計算機或者智能手機終端向用戶報警，并自動向城市消防指揮中心發送火災警報與相關信息，完成實時報警。

（3）實時查詢。用戶能夠通過智能收集、計算機終端直接登錄系統，實時查詢本單位各類消防設施工作狀態；而消防機構防火監督人員則可以登錄系統，實時查詢本轄區單位消防設施工作狀態；

（4）歷史查詢。在云端服務器的支持下，相關數據會被長期保存，用戶和消防機構可以通過系統查詢歷史數據。

（5）維護管理。通過系統能夠支持消防設施巡檢、維修與養護相關工作的開展與落實，進而為消防工作的良好開展保障基礎。

（6）路線指引。在發生火情后，系統通過云端與城市地圖相連，結合交通情況，智能規劃出最合適的道路，保障火災撲救工作的有效開展。

（7）用戶管理。不同管理人員、消防機構、用戶有不同的系統權限，能夠通過登錄賬號的方式完成不同的系統操作。

2 基于物聯網技術的城市消防遠程監控系統硬件基礎的設計與實現

在物聯網技術的支持下，城市消防遠程監控系統的的框架設計如圖1 所示。整個系統框架主要由感知層、網絡傳輸層以及用戶應用層所組成，而硬件基礎則主要集中在感知層，是監測、采集火災相關數據信息的基本設施設備。而NB-IoT 技術指基于蜂窩的窄帶物聯網，屬于蜂窩數據連接技術，有著可覆蓋范圍廣、功耗小、成本低廉、支持連接設備數量多、安全性強、抗干擾能力好，是在城市消防遠程監控系統中具有巨大應用價值的物聯網基礎。而阿里云服務器ECS 則是一種彈性可伸縮的云計算服務，具有穩定、彈性、高安全、高性能、易用性、可拓展性等特性，能夠提供豐富的實例類型和多種存儲選擇、VPC 專有網絡、快照與多種鏡像類型，可以滿足基于物聯網技術的城市消防遠程監控系統需求。在具體的系統硬件基礎設計層面，主要應當關注以下幾點：

2.1 火災自動報警系統

圖1：基于物聯網的城市消防遠程監控系統框架設計

在火情發生后，火災自動報警系統能夠發出警報聲，并且將火災信息發送至系統中心以及客戶端進行報警，讓用戶和城市消防監控中心、各級消防機構均能在第一時間了解火情，進而盡快進行疏散、逃離和撲救。在物聯網技術的支持下，火災自動報警系統的連接方式更加先進，同時不需要設置消防控制室，自動化、智能化程度更高，大幅增強了自動報警的可靠性。以物聯網技術為基礎，將每個火災探測器設置為獨立的部分，以免發生傳統總線制系統中常見的線路損壞而導致大量火災探測器失效的情況。物聯網技術支持下的火災自動報警系統主要由待物聯網功能支持的微控制單元、指示燈、蜂鳴器、電源、SIM 卡槽以及火災探測器。以微控制單元為核心，接入電源，基于SIM 卡槽進行無線連接，確保指示燈處于正常工作狀態，由火災探測器對火情進行監測，采集數據。一旦發現火情或異常，微控制單元能夠將數據上傳至系統服務器，同時蜂鳴器能夠發出聲光警報和消防應急廣播。

2.2 電氣監控系統

電氣監控系統是城市消防遠程監控系統中對電氣線路進行監測和保護的系統，能夠在電氣線路故障或者涉電意外發生后及時進行自動化、智能化報警?；谖锫摼W技術的電氣監控系統硬件主要包括火情探測設備以及火情探測探測器?；鹎樘綔y探測器會對剩余電流互感器或者溫度傳感器的傳感數據進行監測，一旦發現傳感數據超過閾值，那么火情探測設備就會進行分析和確認，并及時進行自動化報警，而且會對故障部位信息、報警時間信息等加以記錄、上傳與保存。當前應用較為廣泛的火情探測探測器基本上都屬于獨立式，自身具備發出聲光警報信號的功能，能夠有效保障運行穩定性與質量。

2.3 危險氣體監控預警系統

危險氣體監控預警系統主要是對可燃氣體等危險氣體進行監測，一旦發現可燃氣體濃度超過閾值便會自動報警，能夠有效預防因可燃氣體泄露而導致的火災。該系統的傳統硬件設備主要包括控制器、探測器以及警報器。而在物聯網技術支持下，微控制單元可以加裝于火災聲光警報器上，從而實現遠程自動化報警與信息上傳、存儲，能夠有效代替控制器，從而減小該系統的占用空間，讓危險氣體監控預警系統能夠得到更為廣泛的應用。尤其可以在普通用戶家中得到有效應用，加強對煤氣、天然氣泄漏的監控以及自動化報警，保障廣大普通用戶的防火安全。

2.4 應急照明和疏散指示系統

在火災發生后，電源系統無法正常工作，建筑內部自然需要應急照明來維持照明。與此同時，建筑內部還需要具有合理、穩定的疏散指示，幫助建筑內部人員在火災發生后及時疏散逃離。傳統應急照明和疏散指示系統需要定期更換蓄電池，否則在火災發生后可能出現無法正常運行工作的情況。而部分使用單位、管理單位卻對此不夠重視，沒有技術做好相應的維護保養工作，可能出現火災發生后應急照明和疏散指示系統不能有效工作的情況。而在該系統中加裝帶有物聯網功能支持的微控制單元，能夠將該系統與整個城市消防遠程監控系統進行連接，不僅可以對蓄電池使用情況進行監測，還可以通過智能手機終端和計算機終端定期發送提示維護保養的信息，促使使用單位做好日常保養工作，確保該系統持續處于良好運行狀態。

2.5 自動噴水滅火系統

自動噴水系統是現代城市消防系統中極其重要的組成部分。在火災發生后，該系統的噴頭會自動破裂并噴水，從而進行滅火。在物聯網技術支持下，向該系統中加裝壓力表傳感器、微控制單元，實現對末端試水裝置的自動化、動態化監測，從而更好地支持相應檢修工作開展，同時保障自動噴水滅火的可靠性。

2.6 消火栓系統

在城市消防遠程監控系統中，將消火栓系統的室外消火栓蓋改造為壓力傳感器并加裝微控制單元，能過實現對管道壓力信息的遠程實時監測。通過系統對建筑各層消火栓和建筑各層消防栓口的壓力信息進行監測，并設置一高一低兩個閾值，確保消火栓系統壓力始終維持在合理范圍內，以免系統壓力過高影響管道以及消火栓水帶壓力，同時防止系統壓力過低而導致消火栓出水能力減弱。另外該系統中還加裝有微控制單位來對消火栓水泵后主管道的水流速度進行監測，加裝有微控制單元來對消火栓按鈕進行監測，加裝有微控制單元來對消防水池進行監測，加裝有微控制單元來對消防水泵控制柜進行監測，從而確保整個系統始終處于穩定運行狀態，確保消火栓系統啟泵功能正常、消防水池水位在最高和最低報警水位之間、消防水泵能夠正常啟停。

2.7 防煙系統和排煙系統

防煙系統和排煙系統能夠通過排風、送風的方式，確保建筑內部空氣新鮮，避免有害氣體積聚，既能在一定程度上預防火災，也能在火災發生后防止有毒煙氣對建筑內部人員造成傷害。在防煙機、排煙機、新風機等硬件設備中加裝微控制單元，實時監測防煙口、排煙風口、補風口、防煙機、排煙機、新風機等的運行狀態，結合火情監測信息，自動對相關硬件設備進行啟閉、啟停處理，也支持人員手動操作處理。

2.8 防火門監控系統

防火門與防火卷簾是現代大型建筑中常用的消防設施。其中常開式防火門在醫院、商場、賓館、飯店等公共密集場所應用較為廣泛，能夠避免防火門對人員進出造成不便。不過常開式防火門如果發生了故障，那么一旦發生火災，防火門的作用無法得到有效發揮。因此在物聯網技術支持下，需要通過加裝微控制單元的方式，對常開式防火門的關閉、開啟狀態進行實時監測，同時對相應的電路信息等進行監測，確保常開式防火門持續處于穩定運行狀態，并且能夠在火災發生后通過微控制單元進行自動閉合。而防火卷簾與防火門的作用較為類似，同樣可以通過加裝微控制單元的方式，實現遠程監測和控制，也可以支持現場手動控制。

2.9 氣體滅火系統

氣體滅火系統主要應用于一些不能應用常規噴水滅火的場景，如計算機機房、圖書館檔案室、電池室等。一般來說，借助二氧化碳、七氟丙烷以及二者的混合氣體，能夠起到良好的滅火效果。在物聯網技術支持下，氣體滅火系統的控制器能夠通過遠程監系統直接控制，并且可以配合遠程監控系統的火警監測等信息實現自動化控制，在發生火災后第一時間自動噴出氣體滅火，也可通過現場控制的方式進行滅火處理。

3 基于物聯網技術的城市消防遠程監控系統軟件系統的設計與實現

從軟件層面看，城市消防遠程監控系統同樣是由系統感知層、網絡傳輸層以及用戶應用層所組成。其中系統感知層承擔著傳感器檢測的基本功能。網絡傳輸層則是以物聯網技術為基礎，構建無線傳輸網絡，控制網關節點和搭建服務器。用戶應用層則主要包含數據庫處理以及用戶交互兩部分內容。網絡傳輸層的搭建可以借助成熟的阿里云服務器，將各類消防設施監測節點以及用戶終端和阿里云服務器相連，并通過云端服務器完成數據的存儲、修改、調用、處理等，兼顧服務可用性、數據可靠性、系統安全習性、數據庫備份、系統托管、部署擴容等基礎功能。而用戶應用層的設計與實現則要以無線城市消防遠程監控系統為核心，分別覆蓋用戶管理、數據監測、設備管理以及地圖管理等領域，為不同的目標用戶提供不同的應用服務。數據庫的建設則要以數據采集為基礎，構建和使用用戶信息表、角色信息表、標準體系信息表、意見反饋信息表等，支持城市消防工作的良好開展。

而從系統功能的設計與實現層面看，則需要圍繞系統界面、用戶登錄、用戶注冊、系統數據保存以及消防數據查詢等方面進行處理。在構建系統界面時，應當以人性化作為基本要求，統一界面風格，盡量做到簡約大方，讓用戶能夠快速上手、高效應用。用戶登錄模塊與用戶注冊模塊的設計，應當提供基礎的賬戶注冊、賬戶登錄、密碼找回等基本功能。系統數據保存功能的設計應當以數據的實時、動態采集為基礎。定期對各消防設施監測節點的監測數據進行采集，在采集到信息后即時在系統終端顯示界面上顯示，并通過數據存儲模塊對數據進行儲存與上傳，保存至云端服務器，錄入數據庫。至于消防數據查詢模塊的設計，則需要提供相應的數據查詢、數據處理、表格生成等基本功能，滿足用戶實際需求。另外針對移動終端，需要開發專門的APP 應用程序，提供包括用戶登錄、用戶注冊、實時數據查詢、地圖信息查詢、現場設備詳情上傳等功能。

4 結束語

綜上可知，物聯網時代的到來，為城市消防遠程監控系統的設計與實現提供了基礎支持。以物聯網體系的構建為基礎，積極探索物聯網技術在城市消防遠程監控系統中的應用方式，從各個方面運用物聯網技術、云計算技術、大數據技術、人工智能技術等的優勢，構建更加安全、穩定、可靠、自動化、智能化的消防遠程監控系統，有效預防火災并支持消防工作的高質量開展。