智慧消防物联网系统的设计与应用＊

费芹，梅鹏，吴蒙



智慧消防物联网系统的设计与应用＊

费芹，梅鹏，吴蒙

（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088；安徽省公共安全应急信息技术重点实验室，安徽 合肥 230088）

智慧消防物联网建设是消防发展的必然趋势，解决了消防管理面临的困境。将智慧消防物联网系统分为感知层、网络层、数据层以及应用层四级架构，根据用户角色开放不同的数据权限，为不同用户搭建不同的应用平台。通过智慧消防物联网系统的建设，提升了防火的可靠性、灭火的及时性、管理的高效性等。

智慧消防物联网；消防管理；消防设施；水压传感器

随着物联网、大数据、云计算、新一代宽带网络等信息技术的迅速发展和深入应用，城市信息化将朝着智慧化方向发展，这为智慧消防系统建设提供了契机，加速了智慧消防物联网建设的步伐。

智慧消防物联网的应用提高了现代建筑的安全性、消防系统的有效性，解决了消防单位监管难、消防系统疏于管理的问题，让消防设备能够真正起到探测、扑救的作用，改进消防设施管理和监管服务的方式，提高单位自身消防管理水平。目前，我国北京、上海、深圳、天津、南京等城市已经开始了智慧消防物联网的建设，并取得了良好的应用效果，同时，随着消防管理部门对消防信息化建设的重视，我国其他城市也大力推广智慧消防物联网系统的建设，消防工作面临着从现场监督管理到远程监测服务的转型。

1 系统设计

智慧消防系统的架构采用物联网系统典型的4层架构，即感知层、网络层、数据层、应用层4层架构。将4层架构与人体结构相类比，感知层的主要作用是信息采集与识别，相当于五官与皮肤等对外界的感知。网络层将信息进行传递，相当于神经传导系统对信息的传递。数据层的主要作用是将信息进行存储并处理，相当于大脑的记忆存储于处理。应用层是将处理后的信息转化为实际的应用，需要与具体的需求相结合，相当于四肢对信息的具体执行。基于不同的行业需求，不同物联网系统需要采集的信息及实现的应用功能也不同，智慧消防物联网系统主要采集消防相关数据，比如联网单位消防设施状态信息、视频信息、市政消防栓状态信息等，实现联网单位消防状态监测等消防安全相关应用。在建立了智慧消防物联网4层架构后还需建立相关的保障系统，比如建设管理体系、安全保障体系以及标准规范体系，各体系的建立是为了确保智慧消防物联网系统正常安全的运行。智慧消防物联网系统的架构如图1所示。

1.1 感知层

感知层为数据的主要来源，通过移动终端、摄像头、二维码及NFC标签、各类传感器等设备采集实体空间的信息，以及利用图片识别、抓取关键字、快速检索等技术获取虚拟空间信息，构建虚实结合的城市泛在感知网。

用于信息采集的传感器设备与传感器网关都属于感知层范畴。智慧消防物联网系统的传感设备主要有摄像头、水位传感器、水压传感器、电流互感器、门开关传感器等，可以采集单位视频、消防水箱水位、管网水压、消防用电、消防门开关等信息。对于不同的单位，其危险隐患有所差别，需要监测的内容也不同，比如有存储有易燃易爆气体的单位需要在可燃气体储罐及管道处增加罐体压力传感器及气体泄漏探测器。需要接入的主要传感设备如表1所示。

对于单位已有的火灾自动报警系统信息，DCS控制系统等可直接将数据接入智慧消防物联网系统，以获取单位消防设备运行数据及生产相关数据。

1.2 传输层

从整体上看，可认为网络层是层次拓扑结构，由最下层的接入网将传感信号接入，中间的传输网对信号进行传输，最后进入上层的核心网。

接入网由于各类传感器及信息采集设备通信方式不同，主要有ZigBee、WiFi、RFID、蓝牙、有线、3G、4G等，接入网的传输协议比较丰富。传输网实现信息的传输与路由，主要有3G/4G等移动网络、GPRS、专网、宽带网络等通信形式。核心网的功能主要是提供用户连接、对用户的管理以及对业务完成承载，作为承载网络提供到外部网络的接口。

图1 智慧消防物联网系统架构

表1 主要传感设备

设备名称功能安装位置 物联网接入单元连接各类传感器，采集传感器信号，对设备开关状态进行监控并将信息进行传输需监测消防水位、水压、电压、电流、门开关等状态的位置 摄像头消防值班室工作状况监控以及消费重点部位监控安装在吊顶处或墙面较高位置，能够巡视整个监控部位 水位传感器监测消防水池水箱水位信息投入式，放入消防水池、水箱 水压传感器监测消防管网压力信息消防水房内消防栓及自动喷淋系统分区管路上 电流及电压互感器监测消防配电柜及用电电器消耗电流值消防设备控制配电柜内，环孔卡装在设备配电电缆上 门开关传感器监测建筑内消防门的开关状态固定段在消防门门框下缘；活动端在消防门门板对应位置 可燃气体探测器监测可燃气体是否发生泄漏根据气体密度进行布置，可燃气体的浓度大于空气的浓度时，布置在管道及储罐下方；小于空气的浓度时，布置在上方 气压传感器储罐及管道气体压力信息安装在管道及储罐内部 火灾自动报警系统火灾报警信息消防控制室中

1.3 数据服务层

数据服务层进行数据的存储、管理、分析等业务，通过对感知层采集到的数据进行汇聚、清洗、存储、深度挖掘及分析，形成价值凝聚的深度数据和主题数据，服务层提供分析模型等通用服务，一方面在数据的支撑下不断自我学习优化；另一方面，为上层应用调用提供服务支撑。

数据服务层主要提供的服务如下。

数据预处理，包括数据清洗、数据修补、数据融合等服务。数据清洗是针对不同类型数据建立数据质量评估模型，实现评估数据质量，筛除空白数据、冗余数据、错误数据；数据修补是根据制定的标准数据格式，关联数据质量评估结果，调用对应数据修补策略，对空缺数据进行自动修补；数据融合是关联各类数据库，进行深度融合，去除冗余信息，形成统一标准基础数据，并提供模糊检索支持。

存储计算管理包括分布式异构存储管理与动态计算资源管理。分布式异构存储管理构建分布式SQL、non-SQL、内存数据库，实现对异构类信息的存储和管理。动态计算资源管理通过虚拟化构建统一计算资源池并针对计算请求进行动态分配管理。

数据分析包括火灾风险评估、监督工作指引与消防态势预测3项服务，火灾风险评估根据多维特征参数确定火灾发生及灾损的指数值及其区域性、行业性分布。监督工作指引是针对建筑、单位利用风险得分计算模型计算风险分值并排序，根据排序结果优化安排检查督导工作的人力、物力。消防态势预测是结合历史火灾参数、建筑特征参数、地理位置、气象条件等关系因子，总结历史规律并预测发展态势。

1.4 应用层

应用层是系统与用户之间的交互层，应用层基于下层的数据和服务支撑，提供多样化功能应用，协同形成平台化能力。应用层根据用户角色的不同需求开发不同的应用平台，各平台之间可进行信息交互，实现各层级用户之间的协调与互动。应用层可通过手机APP端、Web端等多种形式展现。根据用户层级划分，智慧消防物联网应用平台包括三大类，即消防主管部门应用平台、消防用户单位应用平台以及消防维保单位应用平台。

1.5 保障体系

智慧消防系统的保障体系包括标准规范体系、安全保障体系及管理体系。标准规范体系指导和规范系统的整体建设，确保智慧消防系统的开放性、柔性和可扩展性；安全保障体系保证基础信息网络、核心要害信息及系统的运行安全可靠，安全保障体系的建设主要包括物理安全、数据安全、网络安全以及应用安全4点；管理体系是智慧消防系统顺利推进及运行的重要保障，管理内容主要包括运维管理、运营管理及用户管理3个方面。

2 系统功能应用

智慧消防物联网系统打破了各单位消防系统之间孤立封闭的局面，在将本单位消防监测数据上传至单位消防监测系统外，还将消防监督管理部门与维保单位需要的数据进行上传，实现单位消防安全的全面保障，针对不同用户开发相应的应用平台，设置不同的用户角色与权限，实现具有针对性的功能应用。利用智慧消防系统联网用户单位可实现对本单位消防安全状态的全面掌握，及时上传本单位消防隐患信息，在火灾时做到快速上报消防。消防主管单位可实现对联网单位的进行远程监测，对消防隐患的监督整改，并实现对单位火警的快速响应，在灭火救援时提供决策指导。维保单位可实现对消防设施故障的高效处置。

3 结束语

智慧消防平台的开发与实施将是对消防设施管理和监管服务的重要改进，实现了用户单位、消防主管部门以及维保单位之间的有效联动，是提高单位自身消防管理水平的有力措施，与传统消防工作模式相比具有突出优势。

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2095－6835（2018）18－0156－03

TN929.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.156

国家重点研发计划“重大事故灾难次生衍生与多灾种耦合致灾机理与规律”（编号：2016YFC0800100）

费芹（1990—），女，安徽合肥人，助理工程师，主要研究方向为公共安全技术。

〔编辑：张思楠〕