基于物聯網技術的城市消防遠程監控系統研究

李 會

(濟南市消防救援支隊 山東 濟南 250100)

0 引言

物聯網技術的不斷發展與應用,在消防領域當中如何采用物聯網技術實現城市消防遠程監控系統的設計,已經成為消防部門重視的熱點。同時,將物聯網技術、互聯網技術以及計算機技術引入到城市消防遠程監控管理上,為實現城市消防無線遠程監控提供了必要條件。并且,該技術的應用,還能夠幫助消防救援人員對危險源實施自動識別以及對消防設備設施進行實時的監控,對消防數據進行快速的收集,以此為后續的城市消防統籌決策作業提供相應的參考[1]。因此,基于物聯網技術的消防遠程控制系統,不僅能夠有效防范城市建筑火災的發生,還能夠降低火災造成的損失。同時,還可以實現對不同類型的消防設施故障問題進行處理,保障了安全隱患處理的及時性。

1 系統設計需求分析

基于物聯網技術的城市消防遠程監控系統的設計,需要具備自動實時報警功能、實時監測功能以及維護管理和用戶管理、歷史記錄查詢等多種基礎性功能。首先,從自動實時監測報警功能方面來看,用戶可以通過系統利用該功能實現對城市當中的不同消防設備設施進行實時監測,以及對消防所應用到的水源的壓力、流量等相關數據信息進行實時采集分析和監測,從而保證消防水源的充足。其次,從實時報警功能方面來看,實時報警功能和實時監測功能兩者密不可分,通過系統對實時監測的結果展開智能化分析后,若是發生火災或者消防設備存在異常問題時,實時報警功能,就會自動借助計算機設備或者移動智能終端設備向用戶報警,同一時間還會向城市的消防救援指揮中心發出相應的報警信息,以此實現緊急救援[2]。

2 基于物聯網技術的城市消防遠程監控系統總體架構設計研究

2.1 城市消防遠程監控系統總體架構設計

具體消防遠程監控系統總體架構設計見圖1所示。

圖1 基于物聯網技術的城市消防遠程監控系統總體框架設計框圖

首先,基于物聯網的城市消防遠程監控系統主要實現了對災難現場數據進行實時采集、傳輸和存儲以及消防救援報警等功能。其次,監控系統的整體框架主要分為3個層次:應用層、傳輸層以及感知層等。其中,從感知層設計上來看,該層主要包含了硬件基礎功能,實現了對火災現場的具體情況數據信息進行采集和監測。傳輸層主要由NB-IOT技術和華為云服務器構成,并且NB-IOT技術作為一種基于蜂窩數據鏈接技術的窄帶物聯網技術,它擁有廣泛的覆蓋范圍和低成本、低能耗、高抗干擾性以及安全性強等特點,為城市消防遠程監控系統的通信傳輸服務提供了有力的支持,并充分地滿足了該系統的需求[3]。

2.2 系統主要功能模塊設計

針對城市消防遠程監控系統的主要功能設計包含了火災自動報警模塊、危險氣體預警模塊、實時通信模塊、應急照明模塊、自動噴水滅火模塊、消防栓系統以及消防應急模塊和防煙排煙模塊等模塊組成,具體見圖2所示。

圖2 系統主要功能模塊架構設計

2.2.1 火災自動報警模塊設計

當城市建筑發生火情時,消防遠程監控系統就會觸發火災自動報警模塊,給出報警信息,并將實時的火災情況信息發送到消防應急救援指揮中心。從而讓用戶和救援指揮中心、消防機構等第一時間了解火災現場的具體情況,同時進行緊急疏散和滅火。而物聯網技術的應用,使得火災自動報警模塊的連接方式得到進一步升級,脫離了消防控制室,實現了自動化、智能化報警。并且,物聯網技術的有效應用,將城市中的每個火災探測器全部設置成獨立的個體,這樣一來有效避免了傳統總線制系統當中存在的線路損壞導致的火災探測器出現失效的現象。而本模塊的設計,在物聯網技術的支持下,通過接入電源和通信模塊實現了對火情的情況進行監測和數據采集。一旦城市某個角落發生火情,該模塊就會及時給出相應的消防應急廣播。

2.2.2 危險氣體預警模塊設計

該模塊的設計主要包含了探測器、控制器和警報器等三部分組成。實現了對可燃氣體等危險氣體的實時監測。如果發生氣體泄漏或者檢測到可燃氣體濃度超過閾值后,該模塊就會自動報警,這樣一來有效避免了因可燃氣體的泄漏導致火災事故的發生。并且,在物聯網技術支持下,通過將微單元控制模塊裝載到火災聲光報警設備上,就能夠實現遠程的自動化報警,保障了用戶的安全[4]。

2.2.3 實時通信模塊設計

實時通信模塊的設計,對城市消防遠程控制系統能否正常運行有著直接的影響。并且,它還關系著數據信息傳輸的正常運行,因此針對通信模塊的設計十分重要。在該模塊設計時,應當充分結合遠程監控系統的需求和遠程聯網通信協議的標準,選擇合理的通信模式,借助采集服務器,實現無線網絡通信模塊設計,這樣一來就能夠利用采集服務器,接收系統所傳輸的信息,并將其存放到服務器當中,以此為火災自動報警提供支持。

2.2.4 應急照明模塊設計

應急照明模塊的設計,主要作用于當災情發生之后,維持建筑內部的照明。并且,在維持建筑內部的照明時,還需要在建筑內部配備對應的疏散指示,以此快速、高效地幫助人員逃離火災現場。但傳統的應急照明系統需要定期更換蓄電池,維持應急照明系統的運行。但結合了物聯網技術的應急照明系統,通過和城市消防遠程控制系統兩者進行有效連接,不僅實現了對應急照明系統的蓄電池應用情況進行監測,還能夠利用移動終端設備和計算機設備定期向用戶發出對照明系統維護的信息,使得該系統一直處于穩定的運行狀態[5]。

2.2.5 自動噴水滅火模塊設計

城市消防遠程監控系統中自動噴水滅火系統作為核心部分,一旦遇到火災情況,監控系統就會自動開啟噴水滅火功能,進行滅火。并且,物聯網技術的有效應用,讓自動噴水滅火系統上增添了微控制單元、壓力表傳感器等設備,以此實現了對末端試水設備的自動態監測,保障了該系統的可靠性。

2.2.6 消防栓系統模塊設計

針對城市消防栓系統的設計,利用物聯網技術對室外的消防栓蓋進行改造,并添加了微控制傳感器和壓力表傳感器,以此實現了對管道的壓力進行遠程實時監測分析。同時,利用該系統實現了對建筑的每一層消防栓的壓力展開了監測,并且通過設置兩個不同的閾值,以此保證了消防栓的壓力始終保持在合理的范圍當中,這樣有效避免了消防栓壓力過高導致管道和消火栓的水帶壓力受到影響,還避免了系統壓力過低導致消防水源出水壓力降低[6]。

2.2.7 消防應急響應模塊設計

城市消防應急響應模塊的設計主要包含了溫度采集功能、煙霧采集功能、火焰采集功能以及氣體采集功能,然后將所采集的數據信息,經過分析和處理之后,實現對火災情況的判斷,當確定發生火災時,就會自動啟動消防應急響應功能。同時,該模塊的設計主要由聲光報警功能和自動水噴淋功能構成。其中,從聲光報警功能方面來看,當火災發生時,本模塊的火災指示燈就會亮起,同時給出蜂鳴器的報警聲。

2.2.8 防煙排煙模塊設計

防煙排煙模塊的設計,主要利用建筑的通風口和排風口,實現了建筑內部的空氣循環,保障了建筑內部的空氣新鮮。從一定程度上建筑中防煙系統與排煙系統的設計能夠有效預防火災的發生,避免危害氣體的聚積。當建筑內部發生火災時,防煙系統和排煙系統的設計,還能夠有效避免有毒煙氣對建筑中的人員造成傷害。并且,該模塊的設計還可以結合火災監測模塊,實現對通風系統和排煙系統的自動開啟和關閉。

2.3 火災信息處理模塊

信息處理模塊的設計可以更好地對火災報警信息進行及時接收、顯示和處理。首先,本文系統的設計可以實現對聯網用戶的報警主機展開實時監控,這樣一來城市消防監控中心可以在火災報警主機給出報警信息的20 s內,完成相關信息的接收。而信息接收終端則會準確地將火災發生的初始時間、報警單位、報警樓層、報警房間、報警建筑以及對應的平面位置等信息進行顯示,同時還能夠將發出報警信息的設備相關信息顯示出來。當火災報警信息得到確認之后,系統就會將相關詳細信息傳送到119火警消防指揮中心。此外,本模塊在城市消防遠程監控系統中還能夠實現對一個單位當中的所有報警情況進行同時處理,也可以將該單位所產生的新報警信息,傳輸到正在處理作業的終端當中。最后,將得到確認的火災報警信息及時地發送給特定人員的終端上。

3 系統軟件設計及實現

3.1 系統軟件設計

從城市消防遠程監控系統的軟件層面設計上來看,該系統的設計主要由三層結構組成:感知層、傳輸層以及應用層。其中,從感知層上來看,該層的設計主要起到了傳感器檢測的作用。應用層的設計主要利用無線通信技術,實現了通信模塊設計,并為城市消防遠程監控系統的遠程控制提供通信服務。并且,該層次的設計還包含了用戶管理功能、消防設備管理功能、數據監測功能和城市地圖管理功能,能夠為不同的用戶或者目標提供不同的服務。此外,應用層還具有數據庫處理和用戶交互等功能。而傳輸層的設計,通過結合物聯網技術,實現了無線傳輸網絡建設和服務器搭建。同時,對于傳輸層中的服務器搭建需要利用華為服務器進行設計,然后將不同類型的消防設備、用戶終端等和服務器進行連接。數據庫的設計,主要通過對相關數據進行采集,并以所采集的數據為基礎,實現用戶、角色、標準體系以及反饋意見等信息表的搭建,并為城市消防遠程控制和監測工作提供相應的支持[7]。

3.2 系統實現

本系統的設計,主要圍繞著城市消防遠程監測系統的界面、用戶登錄功能、注冊功能以及系統數據的存儲和消防數據查詢等信息的處理。其中,在對系統的界面進行設計時,需要充分滿足人性化、個性化的需求,以此使得用戶能夠迅速上手使用。用戶登錄模塊的設計,主要為用戶提供了注冊功能和賬戶登錄功能、密碼找回等功能。針對數據存儲功能的設計,主要以數據實時采集和動態采集為基礎,通過定期對城市建筑中的不同類型消防設備的監測數據進行有效采集、處理,然后再將所處理后的結果在遠程監測系統的終端界面上即時展示出來。最后,利用數據存儲功能實現對該些數據進行存儲和錄入得到數據庫中。針對移動通信終端的設計,應當開發專門的應用APP,并配備用戶登錄功能、注冊功能、實時數據信息查詢功能、現場消防設備信息上傳功能以及位置信息查詢功能等,從而滿足城市消防遠程救援的需求[8]。

4 系統測試及實現

4.1 系統運行

為了更好地測試本系統在實際應用過程的可行性。當系統完成安裝調試作業之后,再向系統中接入一定數量的用戶,以此對城市消防遠程監控系統的性能進行測試。因此,本文以某個城市的消防網絡監控中心為對象,該城市的消防網絡監控中心建成時間為2015年,同時實施用戶聯網,于年底完成調試工作。

首先,該消防網絡監控中心,由3臺數據庫服務器、1臺LED控制臺以及2臺電話線采集軟件服務器等硬件設備組成。其次,配備了4臺接警客戶端,用于對火警故障信息的接收;1臺巡檢客戶端作用于對設備管理以及1臺視頻瀏覽設備,用于輔助操作。同時,在消防救援支隊當中還安裝了遠程信息顯示終端設備和119火警確認顯示終端,以此用來對遠程數據信息的接收與轉發處理。這樣一來,不僅實現了對城市消防火災報警信息的處理和存儲,也為本系統的安全、穩定運行提供了保障。還實現了對城市聯網單位的消防設備運行狀態以及火警信息等進行實時監測。

4.2 結果分析

自本系統開通運營以來,已經成功進入500余家用戶,并以VPN專網實現對大商場等人員密集的場所進行聯網,以此能夠將自動報警數據信號與視頻信號實時上傳到城市消防監測中心。其他用戶則是選擇利用寬帶或者GPS無線網絡雙模方式實現與城市消防監控中心聯網。而消防中心可以實現7天24小時不間斷地對火警信息監控。在測試過程中,一直到2015年年底,城市消防監控中心,成功發現1起真實火警,還接收到53萬余次的故障信息,并實現了對聯網單位40萬余處的遠程查詢。由此可以說明,本系統的建設使得火災報警的及時性和準確性得到進一步的提高。

5 結語

綜上所述,隨著城市不斷發展以及人口密度的增加,導致城市消防管理難度變得更加困難,因此積極建立城市消防遠程監控系統就顯得十分重要。所以,本文結合物聯網技術,提出了一種城市消防遠程監控系統設計方案,并對該系統的主要功能進行了詳細闡述。在物聯網技術的支持下,本系統不僅能夠實現智能化、自動化消防設備的遠程實時控制,還能夠實現對消防救援工作進行應急指揮調度,從而使得城市消防安全水平得到有效提升,并進一步降低了資源與人力成本等方面的支出,最大化程度上保障了居民的生命財產安全。