基于物联网的消防安全监测系统研究

吴成伟

（台州市消防救援支队，浙江 台州 318000）

0 引言

该文针对某地一次严重的火灾事后情况进行分析，该火灾最后导致了非常严重的人员伤亡及财产损失的重要原因是由于相关建筑物配备的消防安全设施发生了故障，导致消防安全监测人员没能及时发现火情并报警，相关人员未能及时组织补救早期的火情。根据近期的数据统计，由于一些社会单位的消防安全监测监控工作不到位、人员工作失误或者建筑内部配备的消防设施出现故障等情况引起的火灾事故逐年递增。尽管有关部门已经颁布了相关规定，要求相关单位切实明确消防监测方面的责任，加强安全监测监控工作，然而某些单位却依然忽视消防安全工作，如何充分借助物联网技术、大数据方案和互联网等高新科技，加强对相关单位消防安全工作的监测与监控，促进其切实明确消防监测相关的安全工作，利用物联网技术开创消防安全监测工作的新方法及模式，是现阶段火情防控工作的核心内容之一。

1 物联网智能消防安全监测系统需求分析

相关单位的消防安全监测工作通常包括关系到安全问题的“人、物、事”3个环节。“人”的内容指的是重要单位的日常巡查工作、值班员工在岗情况监测等；“物”的内容指的是相关单位建筑物内部配备的消防安全设施、装置、安全警示标识的有效性及完好程度、监测工作是否存在障碍等；“事”的内容指的是周期性的消防检查工作、设施性能的维护及保养等工作的监测任务。常规的消防安全工作的监测任务是公安和消防部门派驻工作人员到相关单位的设施配备的现场对其执行安全任务的状况进行实地考察与监测。众所周知，火情通常是1种动态活动，无法通过定期的安全检查工作防止某些事故的发生。所以现实工作中亟需应用物联网科技、大数据技术及移动互联网络等新型技术，组建一系列“基于物联网技术的消防安全智能型监测系统”，用于实现对于相关单位消防安全监测过程之中的“人、事、物”的全时段智能型监控、智能型预警，防止相关单位安全监控工作中的漏洞，最大限度地降低火灾发生的隐患[1]。

2 物联网技术

物联网相关科技指的是利用高性能的信息数据传输装置，依靠预先设定的计算机程序，把相关的设备和物体与互联网相连，随后借助数据信息传送设备实现系统内部数据信息之间的互联互通，达成某种程度的识别，定位及动态捕捉等目的，物联网相关科技具有实用性强、准确程度高、经济性好等优势。物联网相关科技可以分为3个范畴：1）识别。物联网系统的感知识别能力是非常敏锐的，可以快速识别系统中有效的信息。2）网络。借助网络相关技术，物联网系统可以将识别到的信息进行高效的分析处理，应用网络把相关信息传送到组内设备终端，该网络的准确性很高。3）应用。鉴于各行各业发展现状及特点，应用者使用物联网科技是出于自身不同的需求，因此物联网科技可以根据具体情况及实际需求量身定制相应的解决方案，进而使物联网的应用符合民众的各类需求[2]。

3 智能型监测系统设计研究

3.1 物联网消防安全智能监测系统工作原理

“物联网消防安全智能监测系统”自带的下位机装置系统能够对与建筑物内部的消防设施的运行过程、故障及发出警报等情况进行实时监控，并且对于获得的信息实施智能化评估，其中如果不包括警报或者预警提示信息数据，系统就会定期巡航来监控消防设施工作情况；如果出现警报或者预警提示，系统立刻将信息传送到相关单位的消防负责人员处，相关人员会立即在现场对于该警报或者预警提示情况进行确认，并且下位机装置系统会把该监测信息数据以及警报或者预警提示信息床传到物联网消防安全智能监测系统的中心数据库，位于数据中心负责监控工作的负责人员也会对于警报或者预警提示信号进行核查，如果确实出现了火灾，就按照火警的相关流程进行，为消防救援工作提供全方位的信息支援；如果是消防安全设施出现故障的警报或者消防巡查问题的警报，就对相关单位进行现场检查，通知其尽快修复设施的问题并且排除隐患，保证该单位建筑内部的消防设施处于良好的工作状态，提升其消防安全日常工作的重视程度及安全观念[3]。

3.2 物联网消防安全智能监测系统的拓扑结构

如图1所示，基于物联网科技组建的“物联网消防安全智能监测系统”其主要的组成部分有建筑物内部消防装置监控终端设备、视频监控终端设备、巡逻检查终端设备以及其他物联网监控终端设备。该系统配备有嵌入形式的下位机系统装置；该系统包括消防安全智能化监测程序软件系统、Web网络服务器装置以及数据库相关服务器，上述装置构成了物联网消防安全智能监测系统的云服务端；与此同时，智能移动终端以及具有消防安全监测功能的App程序组成了相关系统的移动使用平台。

3.3 物联网消防安全智能监测系统的应用平台

如图1所示，基于物联网科技组建的“物联网消防安全智能监测系统”主要分成6级框架结构：分别是底层（消防物联网监控设备终端）、第2层（UDP 标准化数据通信协议）、第3层（Windows或者Linux系统）、第4层（Oracle11g数据库相关系统）、（Apache Tomcat8.0 Web服务）、第5层（物联网消防安全智能监测软件），这6层结构，组成了该系统的综合应用平台。

3.3.1 物联网消防安全智能监测系统

该系统为1类智慧型消防安全物联网系统的整体框架解决方案，集成了温度感应装置、烟气感应警报装置、声光手动报警装置、视频监控装置以及可燃气体探测装置等硬件设备，相关装置借助移动网络共同连接到智能消防安全监测系统中。

3.3.2 UDP 标准化数据通信协议

基于UDP标准的数据信息传输协议指的是1类用于替代可能于应用 TCP协议过程中状态不佳时的数据传输协议。其中主要目标为克服TCP协议的在带宽较高情况下的网络延迟情况。也可以让网络应用开发企业轻松地推行及部署新型数据信息传输算法与协议。

3.3.3 Windows 或者 Linux 操作系统

Windows是1种使用了图形用户界面（GUI）的操作系统，相比较依靠指令进行操作的 MS-DOS系统更加人性化。随着计算机科技的持续进步，Windows系统也不断升级。Linux系统是1种免费使用并且能够自由传播的类Unix操作系统。

3.3.4 Oracle 11g数据库

Oracle数据库系统是世界领先的数据库管理系统，Oracle DBA（数据库管理人员）的主要工作是对于数据库进行日常的维护及数据库性能优化管理。Oracle数据库的开发人员主要负责应用Oracle提供的SQL语言和PL/SQL程序设计语言来操作数据库对象。

3.3.5 Apache Tomcat 8.0Web服务

Apache Tomcat服务器属于1类免费的开源Web服务器，适用于开发及调试JSP程序。当在某设备上配置Apache 服务器后，即可响应对HTML 页面的访问请求。事实上Tomcat 环节是Apache服务器的延伸，不过其属于独立运行状态，因此在运行tomcat的情况下，它实际上是作为与Apache并行的进程来进行操作的。

图1 系统综合应用平台

3.3.6 物联网消防安全智能监测软件系统

相关系统使用各类感知设备装置为应用平台，运行于物联网及相关云技术等平台，实现了自动化及智能化，全方位提高了物联网消防安全智能监测系统监测以及风险预警的能力。

3.4 物联网安全消防系统核心功能研究

3.4.1 建筑物内部消防安全设施的实时监测

借助物联网科技的相关模块，可以针对火情自动警报装置、消防灭火供水装置、全自动消防装置、防排烟装置以及防火隔离装置等建筑物内部的消防安全设施的运行情况进行实时监控，并且即时传输建筑物内部消防装备的监测数据信息，使相关企业消防安全监测负责人及消防安全监测执法人员可以迅速了解建筑物内部消防装备的工作情况。

3.4.2 火情状况实时警报和确认功能

在火情全自动警报装置系统传出火情警报信号时，物联网智能型监测系统将会把火情相关信息传送给相关企业的消防检查工作者，与此同时，根据不同规模与等级报告给相关企业消防安全负责人及公安消防部门。相关企业消防安全检查工作者必须迅速到达火情现场，根据情况按照火情警报应对流程操作；消防安全监测执法人员能够根据相应的等级对火情进行现场确认，并且指挥现场消防救援工作。

3.4.3 消防安全装备故障问题实时报警功能

当建筑物内部消防安全装备出现故障时，物联网智能型监测系统将会自动将故障问题数据传给消防安全监测人员、消防安全检查人员及消防安全监控人员，消防安全监测人员能够及时联系维修保养部门对消防安全装备进行维护，排除问题。如果该企业配备的消防装备发出的故障代码信息在特定时间内不能消除，消防安全监督人员能够远程提示相关单位尽快排除消防安全装备的故障。

3.4.4 工作人员在岗智能化检查及监测监控功能

借助物联网消防安全智能监测系统平台能够自动检查消防安全监测人员是否在岗工作，当消防安全监测人员收到检查命令的时候，需要立刻在相关终端监控设备上进行在岗状态的确认操作。一旦出现自动查岗操作超过3次没有回应，系统将自动针对消防安全监测值班室进行远距离视频抓拍，并且由系统认定消防安全值班室相关工作人员处于脱岗状态。

3.4.5 日常消防巡查监测功能

物联网消防安全智能监测系统中心服务器每隔1 d能够收到1次相关企业日常消防安全巡查数据信息，日常消防安全巡查数据信息包括消防巡查时间、消防巡查线路、消防巡查人员、消防巡查设施、工作状态参数及图像等信息。如果系统确定相关单位日常消防安全巡查数据信息超出设定时间，不能上传相关数据信息，系统就会自动发出日常消防安全巡查监测预警信号。

3.4.6 每个季度消防安全检查及监测监控功能

物联网消防安全智能监测系统中心服务器每个季度能够收到1次相关企业消防安全检查相关数据信息，消防安全监测检查数据信息包括防烟及排烟系统、消防供水系统、火情自动警报系统、消防气体灭火系统及防火隔离装置等消防安全相关装置工作情况以及消防安全监测监控参数等信息。如果系统确定每个季度消防安全防火监测检查相关数据超出设定时间，不能上传相关数据信息，系统就会自动发出日常消防安全巡查监测预警信号。

4 基于物联网的小区消防安全动态监测系统

由于现代建筑的结构的日趋复杂，造成相关单位的消防隐患大幅度增加。为此，基于物联网技术的消防动态监测系统应运而生，该系统动开发出应用动态数据监测模式。具有自动组成网络的能力，借助各类网络节点，可以获得需要的各类环境参数信息，利用ZigBee 的网络连接到消防安全监控中心，并且借助大数据技术针对温、湿度传感装置及可燃气体的浓度探测装置的数据进行分析和处理，为救援任务提供准确合理的依据。

4.1 消防动态监测系统

系统中配备了可燃气体浓度探测装置（用于监测CO气体的浓度数值），且和温、湿度传感装置组成网络。开发了1种无线通信系统模块，主要控制芯片为TI 公司的CC2530系统（SoC），其信号传输功率为2.6 mW，信号频率为2.5 GHz。并将通信模块嵌入感烟探测装置中，该系统的无线信号的有效传送范围可以达到100 m。CC2530 系统模块具备多种工作模式，特别是符合超低功耗需求的相关系统，其工作模式间的变换间隔时间较短，可以达到能量较小损耗的效果。使用具有数据信息发送能力的路由设备，配合具有调度能力的网关模块，可以在监测范围内借助相关路由通信协议组成无线形式的网格（Mesh）系统网络，并由此来进行数据传输的工作，系统的网络结构图如图2所示。

图2 系统网络结构图

4.2 系统模块的功能研究

4.2.1 无线传感装置的网络节点设置

该系统的中无线传感装置的网络节点是构成该系统网络的基础单元，处于ZigBee 无线网络内部的核心功能即为通过此类传感装置收集到各种物理量信息，并且将上述信息转换成数字类型的信息，通过无线网络进行信息传输工作，传输到相关的协调装置节点位置处，进而达到各个物理量参数信息的收集和数据信息传递的目标。

4.2.2 核心传感装置单元

系统中的气体探测装置使用MQ-2型气体浓度传感装置。如果传感装置所在的环境中出现了可燃性气体，该探测装置的信号的传输速率将随可燃气体的浓度的改变相应改变，可以将参数信号传输速率的变化对应转换成为与该可燃气体的浓度相对应的电压信号，且此电压信号将能由系统以适当的形式输出。能够用于检测许多的可燃性气体，例如液化天然气、氢气以及甲烷等。

4.2.3 系统总体功能

基于物联网技术的无线网络消防安全动态监测系统，借助物联网独有的“感知、传输，智能、应用”优势来达到火情状态的动态监测、准确预警以及灾情评估等目标。

5 结语

综上所述，借助物联网技术针对相关单位建筑物内部消防安全装备、消防负责人员及消防工作进行即时监控、数据信息采集与监控，并且应用大数据技术进行分析研究，完成对于所管辖区域相关单位消防安全的“人、物、事”的远距离、集中与即时监测，最大程度地保护人民群众的财产安全。