基于北斗定位技術(shù)的消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李進(jìn)平 趙震鵬

當(dāng)前建筑的樓層數(shù)不斷增高，在單位面積內(nèi)的社會(huì)單位越來(lái)越多，人們?nèi)粘Ｉ畹姆绞揭哺佣鄻雍蛷?fù)雜。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是跟隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代到來(lái)的新技術(shù)，將其應(yīng)用在消防系統(tǒng)當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程火災(zāi)感應(yīng)，將北斗定位技術(shù)與消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行融合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的定位。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)的先進(jìn)定位技術(shù)，其定位自帶短信通信服務(wù)，可以做到同時(shí)將定位通知給多人。在安裝物聯(lián)網(wǎng)消防系統(tǒng)的時(shí)候融入北斗定位技術(shù)，可以精確鎖定火災(zāi)發(fā)生的地理位置。

物聯(lián)網(wǎng)消防監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)的自動(dòng)報(bào)警數(shù)據(jù)選擇合適的消防設(shè)備，并向消防人員提供火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)的消防指標(biāo)，火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候自動(dòng)報(bào)警并為消防員提供火災(zāi)的健康數(shù)據(jù)。在火災(zāi)得到控制并撲滅的全過(guò)程當(dāng)中，數(shù)據(jù)被系統(tǒng)全部收錄。相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)可以直接調(diào)取每月的報(bào)告，遠(yuǎn)程指揮人員可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和指揮。

（一）基于消防需求的北斗定位裝置設(shè)計(jì)

北斗定位裝置包括具有RNSS（Radio Navigation Satellite Service）功能的射頻接收芯片和專(zhuān)用的基帶電路。導(dǎo)航定位設(shè)備采用BD45-2的國(guó)產(chǎn)設(shè)備，比普通設(shè)備體型減少一半，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)定位和實(shí)時(shí)定位信號(hào)發(fā)射，并且輕便體型可以降低能耗。定位模塊集成度高，連接無(wú)源天線(xiàn)可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收和發(fā)送，定位裝置與常見(jiàn)的設(shè)備接口兼容，可安裝在系統(tǒng)當(dāng)中。靜態(tài)功耗可達(dá)到175V，定位設(shè)備只需10W功率的供電電池，北斗定位設(shè)備結(jié)合消防對(duì)定位精度的要求，采用BD45-2和GPS組合定位的方式，提升了定位的精度和定位的速度。定位信息可以通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行信息發(fā)送，對(duì)發(fā)送的信息進(jìn)行編幀處理之后，北斗設(shè)備可以將編幀數(shù)據(jù)以短報(bào)文的形式發(fā)送到系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。

（二）消防系統(tǒng)信息整合管理

基于北斗高精度定位技術(shù)，進(jìn)行消防系統(tǒng)信息整合管理，首先，運(yùn)用手持定位及服務(wù)APP采集巡檢人員的位置信息，分析巡檢盲區(qū)，便于發(fā)現(xiàn)警情時(shí)快速定位響應(yīng)，快速定位火災(zāi)位置，并制定最佳消防路線(xiàn)。衛(wèi)星信號(hào)的穩(wěn)定性對(duì)定位影響較大，因此應(yīng)充分考慮信號(hào)穩(wěn)定性問(wèn)題，而北斗定位技術(shù)具備信號(hào)穩(wěn)定、定位精度高的特點(diǎn)。其次，消防系統(tǒng)GIS可以融合文字信息及圖形信息，建立空間地理數(shù)據(jù)和相關(guān)屬性數(shù)據(jù)的共同檢索和相關(guān)查詢(xún)系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)管理、地圖管理、管網(wǎng)設(shè)備與運(yùn)行管理、系統(tǒng)決策管理和系統(tǒng)管理等多重功能，實(shí)現(xiàn)了消防管理的科學(xué)化和自動(dòng)化。最后，利用系統(tǒng)軟件的空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析功能可以在城市火災(zāi)發(fā)生時(shí)，為消防人員或其他救援人員提供最近可用的消防設(shè)施位置信息并計(jì)算最優(yōu)路徑，系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力可定位最近消防設(shè)施和縮短獲取消防設(shè)施的時(shí)間。空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析還可用于新進(jìn)消防設(shè)施的選址和舊消防設(shè)備的維修和更換等方面，有利于及時(shí)維護(hù)，消除隱患。

系統(tǒng)傳感器包括數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估和判斷，建立數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估模型，首先將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和空白數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，設(shè)置成系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)格式，避免因數(shù)據(jù)格式切換影響系統(tǒng)運(yùn)行速度。傳感器收集的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行深度融合。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)支持通過(guò)模糊搜索的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)搜索。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)層包含動(dòng)態(tài)計(jì)算資源管理功能和異構(gòu)存儲(chǔ)管理功能，可以對(duì)不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同時(shí)儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)層的分析包括火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和消防態(tài)勢(shì)評(píng)估。通過(guò)對(duì)參數(shù)變化的辨認(rèn)實(shí)現(xiàn)區(qū)域性的火災(zāi)預(yù)警，并通過(guò)模型對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算。并根據(jù)系統(tǒng)對(duì)火勢(shì)的分析，安排警力分配。消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在預(yù)感到指數(shù)變化時(shí)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟警報(bào)裝置，消防人員打開(kāi)報(bào)警后的系統(tǒng)可以收到火災(zāi)的具體定位，并基于現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行人員的部署和設(shè)備的挑選。

在火災(zāi)預(yù)警的同時(shí)，北斗定位設(shè)備可以對(duì)火災(zāi)的發(fā)生地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，對(duì)發(fā)生火災(zāi)的社會(huì)單位中的人物進(jìn)行定位，定位數(shù)據(jù)從報(bào)警管理模塊傳輸?shù)交馂?zāi)情況監(jiān)測(cè)模塊，并進(jìn)行初步的火勢(shì)分析和人員分配。最后由消防指揮部根據(jù)火災(zāi)的具體情況對(duì)位置進(jìn)行確認(rèn)，最終確定救援方案。

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在日常生活中可以正常使用，進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)的功能和性能是否符合消防系統(tǒng)的要求。并將本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空間定位消防報(bào)警系統(tǒng)、智慧消防系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，比較系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

（一）系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境搭建與功能調(diào)試

進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試使用型號(hào)為酷睿5-4120的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)的CPU速度為4.0GHz，操作系統(tǒng)采用Windows 10。采用傳統(tǒng)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)并搭配體溫傳感器、壓力傳感器等必要設(shè)備。系統(tǒng)適應(yīng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境搭建成功之后，開(kāi)始進(jìn)行功能調(diào)試，首先登錄系統(tǒng)，注冊(cè)賬號(hào)并設(shè)置密碼，并進(jìn)行功能測(cè)試，測(cè)試用例如表1所示：

由表1可知，該系統(tǒng)的功能都可以正常使用，系統(tǒng)進(jìn)入工作界面，在操作系統(tǒng)和并發(fā)值相同的前提下，進(jìn)行平均響應(yīng)時(shí)間對(duì)比。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，將測(cè)試的并發(fā)值定為300。設(shè)定完成之后登錄系統(tǒng)，再檢測(cè)用戶(hù)進(jìn)行系統(tǒng)操作的時(shí)候數(shù)據(jù)是否正確，確認(rèn)無(wú)誤之后進(jìn)行相應(yīng)時(shí)間測(cè)試。

（二）測(cè)試結(jié)果與分析

消防系統(tǒng)與人民的生命財(cái)產(chǎn)安全聯(lián)系十分緊密，因此消防系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)3s，否則會(huì)錯(cuò)過(guò)黃金救助時(shí)間，對(duì)比本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)和傳統(tǒng)的空間定位消防報(bào)警系統(tǒng)、智慧消防系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)7個(gè)模塊的平均響應(yīng)時(shí)間都在3s以?xún)?nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)，其他兩個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間在2s～4s之間，超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間范圍。

本文通過(guò)對(duì)消防管理工作的需求分析，設(shè)計(jì)了結(jié)合北斗定位系統(tǒng)的消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，增強(qiáng)了消防定位的精度，提高了消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、巡檢人員、消防事故位置的準(zhǔn)確精度，將為解決城市消防物聯(lián)系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)維護(hù)開(kāi)創(chuàng)一條信息化創(chuàng)新之路。

作者單位：李進(jìn)平 中科華圣（山西）智能研究院有限公司趙震鵬 山西北安消防技術(shù)有限公司