基于物联网技术的城市消防远程监控系统设计与实现

郭海筱

（宁波消防救援支队余姚大队 浙江省宁波市 315000）

随着物联网技术的逐渐成熟和广泛应用，无线城市消防远程监控的实践具备了必要的基础条件。近年来，如何利用物联网技术构建城市消防远程监控系统，已然成为广受消防部门、互联网企业、高校等共同关注的问题，并且在科研、实践方面均取得了一定突破。就目前来看，借助成熟的商用云端服务器，积极布设物联网监测节点，并开发与之匹配的系统，是支持城市消防进一步发展的关键。

1 城市消防远程监控系统的需求分析

对城市消防远程监控系统而言，其应当具备以下几点基础功能。

（1）实时监测。通过系统对城市内各消防设施设备进行实时监测，如建筑内消火栓系统管网、高位水箱、防烟排烟系统等。同时系统还需要对消防水源的压力、流量等信息进行实时采集与监测。在全面、实时的监测下，能够及时发现火情，并保障消防水源充足。

（2）实时报警。实时报警功能实际上是与实时监测功能相绑定的。系统对实时监测结果进行自动化、智能化分析，一旦发现消防设施异常或者火情，需要自动通过计算机或者智能手机终端向用户报警，并自动向城市消防指挥中心发送火灾警报与相关信息，完成实时报警。

（3）实时查询。用户能够通过智能收集、计算机终端直接登录系统，实时查询本单位各类消防设施工作状态；而消防机构防火监督人员则可以登录系统，实时查询本辖区单位消防设施工作状态；

（4）历史查询。在云端服务器的支持下，相关数据会被长期保存，用户和消防机构可以通过系统查询历史数据。

（5）维护管理。通过系统能够支持消防设施巡检、维修与养护相关工作的开展与落实，进而为消防工作的良好开展保障基础。

（6）路线指引。在发生火情后，系统通过云端与城市地图相连，结合交通情况，智能规划出最合适的道路，保障火灾扑救工作的有效开展。

（7）用户管理。不同管理人员、消防机构、用户有不同的系统权限，能够通过登录账号的方式完成不同的系统操作。

2 基于物联网技术的城市消防远程监控系统硬件基础的设计与实现

在物联网技术的支持下，城市消防远程监控系统的的框架设计如图1 所示。整个系统框架主要由感知层、网络传输层以及用户应用层所组成，而硬件基础则主要集中在感知层，是监测、采集火灾相关数据信息的基本设施设备。而NB-IoT 技术指基于蜂窝的窄带物联网，属于蜂窝数据连接技术，有着可覆盖范围广、功耗小、成本低廉、支持连接设备数量多、安全性强、抗干扰能力好，是在城市消防远程监控系统中具有巨大应用价值的物联网基础。而阿里云服务器ECS 则是一种弹性可伸缩的云计算服务，具有稳定、弹性、高安全、高性能、易用性、可拓展性等特性，能够提供丰富的实例类型和多种存储选择、VPC 专有网络、快照与多种镜像类型，可以满足基于物联网技术的城市消防远程监控系统需求。在具体的系统硬件基础设计层面，主要应当关注以下几点：

2.1 火灾自动报警系统

图1：基于物联网的城市消防远程监控系统框架设计

在火情发生后，火灾自动报警系统能够发出警报声，并且将火灾信息发送至系统中心以及客户端进行报警，让用户和城市消防监控中心、各级消防机构均能在第一时间了解火情，进而尽快进行疏散、逃离和扑救。在物联网技术的支持下，火灾自动报警系统的连接方式更加先进，同时不需要设置消防控制室，自动化、智能化程度更高，大幅增强了自动报警的可靠性。以物联网技术为基础，将每个火灾探测器设置为独立的部分，以免发生传统总线制系统中常见的线路损坏而导致大量火灾探测器失效的情况。物联网技术支持下的火灾自动报警系统主要由待物联网功能支持的微控制单元、指示灯、蜂鸣器、电源、SIM 卡槽以及火灾探测器。以微控制单元为核心，接入电源，基于SIM 卡槽进行无线连接，确保指示灯处于正常工作状态，由火灾探测器对火情进行监测，采集数据。一旦发现火情或异常，微控制单元能够将数据上传至系统服务器，同时蜂鸣器能够发出声光警报和消防应急广播。

2.2 电气监控系统

电气监控系统是城市消防远程监控系统中对电气线路进行监测和保护的系统，能够在电气线路故障或者涉电意外发生后及时进行自动化、智能化报警。基于物联网技术的电气监控系统硬件主要包括火情探测设备以及火情探测探测器。火情探测探测器会对剩余电流互感器或者温度传感器的传感数据进行监测，一旦发现传感数据超过阈值，那么火情探测设备就会进行分析和确认，并及时进行自动化报警，而且会对故障部位信息、报警时间信息等加以记录、上传与保存。当前应用较为广泛的火情探测探测器基本上都属于独立式，自身具备发出声光警报信号的功能，能够有效保障运行稳定性与质量。

2.3 危险气体监控预警系统

危险气体监控预警系统主要是对可燃气体等危险气体进行监测，一旦发现可燃气体浓度超过阈值便会自动报警，能够有效预防因可燃气体泄露而导致的火灾。该系统的传统硬件设备主要包括控制器、探测器以及警报器。而在物联网技术支持下，微控制单元可以加装于火灾声光警报器上，从而实现远程自动化报警与信息上传、存储，能够有效代替控制器，从而减小该系统的占用空间，让危险气体监控预警系统能够得到更为广泛的应用。尤其可以在普通用户家中得到有效应用，加强对煤气、天然气泄漏的监控以及自动化报警，保障广大普通用户的防火安全。

2.4 应急照明和疏散指示系统

在火灾发生后，电源系统无法正常工作，建筑内部自然需要应急照明来维持照明。与此同时，建筑内部还需要具有合理、稳定的疏散指示，帮助建筑内部人员在火灾发生后及时疏散逃离。传统应急照明和疏散指示系统需要定期更换蓄电池，否则在火灾发生后可能出现无法正常运行工作的情况。而部分使用单位、管理单位却对此不够重视，没有技术做好相应的维护保养工作，可能出现火灾发生后应急照明和疏散指示系统不能有效工作的情况。而在该系统中加装带有物联网功能支持的微控制单元，能够将该系统与整个城市消防远程监控系统进行连接，不仅可以对蓄电池使用情况进行监测，还可以通过智能手机终端和计算机终端定期发送提示维护保养的信息，促使使用单位做好日常保养工作，确保该系统持续处于良好运行状态。

2.5 自动喷水灭火系统

自动喷水系统是现代城市消防系统中极其重要的组成部分。在火灾发生后，该系统的喷头会自动破裂并喷水，从而进行灭火。在物联网技术支持下，向该系统中加装压力表传感器、微控制单元，实现对末端试水装置的自动化、动态化监测，从而更好地支持相应检修工作开展，同时保障自动喷水灭火的可靠性。

2.6 消火栓系统

在城市消防远程监控系统中，将消火栓系统的室外消火栓盖改造为压力传感器并加装微控制单元，能过实现对管道压力信息的远程实时监测。通过系统对建筑各层消火栓和建筑各层消防栓口的压力信息进行监测，并设置一高一低两个阈值，确保消火栓系统压力始终维持在合理范围内，以免系统压力过高影响管道以及消火栓水带压力，同时防止系统压力过低而导致消火栓出水能力减弱。另外该系统中还加装有微控制单位来对消火栓水泵后主管道的水流速度进行监测，加装有微控制单元来对消火栓按钮进行监测，加装有微控制单元来对消防水池进行监测，加装有微控制单元来对消防水泵控制柜进行监测，从而确保整个系统始终处于稳定运行状态，确保消火栓系统启泵功能正常、消防水池水位在最高和最低报警水位之间、消防水泵能够正常启停。

2.7 防烟系统和排烟系统

防烟系统和排烟系统能够通过排风、送风的方式，确保建筑内部空气新鲜，避免有害气体积聚，既能在一定程度上预防火灾，也能在火灾发生后防止有毒烟气对建筑内部人员造成伤害。在防烟机、排烟机、新风机等硬件设备中加装微控制单元，实时监测防烟口、排烟风口、补风口、防烟机、排烟机、新风机等的运行状态，结合火情监测信息，自动对相关硬件设备进行启闭、启停处理，也支持人员手动操作处理。

2.8 防火门监控系统

防火门与防火卷帘是现代大型建筑中常用的消防设施。其中常开式防火门在医院、商场、宾馆、饭店等公共密集场所应用较为广泛，能够避免防火门对人员进出造成不便。不过常开式防火门如果发生了故障，那么一旦发生火灾，防火门的作用无法得到有效发挥。因此在物联网技术支持下，需要通过加装微控制单元的方式，对常开式防火门的关闭、开启状态进行实时监测，同时对相应的电路信息等进行监测，确保常开式防火门持续处于稳定运行状态，并且能够在火灾发生后通过微控制单元进行自动闭合。而防火卷帘与防火门的作用较为类似，同样可以通过加装微控制单元的方式，实现远程监测和控制，也可以支持现场手动控制。

2.9 气体灭火系统

气体灭火系统主要应用于一些不能应用常规喷水灭火的场景，如计算机机房、图书馆档案室、电池室等。一般来说，借助二氧化碳、七氟丙烷以及二者的混合气体，能够起到良好的灭火效果。在物联网技术支持下，气体灭火系统的控制器能够通过远程监系统直接控制，并且可以配合远程监控系统的火警监测等信息实现自动化控制，在发生火灾后第一时间自动喷出气体灭火，也可通过现场控制的方式进行灭火处理。

3 基于物联网技术的城市消防远程监控系统软件系统的设计与实现

从软件层面看，城市消防远程监控系统同样是由系统感知层、网络传输层以及用户应用层所组成。其中系统感知层承担着传感器检测的基本功能。网络传输层则是以物联网技术为基础，构建无线传输网络，控制网关节点和搭建服务器。用户应用层则主要包含数据库处理以及用户交互两部分内容。网络传输层的搭建可以借助成熟的阿里云服务器，将各类消防设施监测节点以及用户终端和阿里云服务器相连，并通过云端服务器完成数据的存储、修改、调用、处理等，兼顾服务可用性、数据可靠性、系统安全习性、数据库备份、系统托管、部署扩容等基础功能。而用户应用层的设计与实现则要以无线城市消防远程监控系统为核心，分别覆盖用户管理、数据监测、设备管理以及地图管理等领域，为不同的目标用户提供不同的应用服务。数据库的建设则要以数据采集为基础，构建和使用用户信息表、角色信息表、标准体系信息表、意见反馈信息表等，支持城市消防工作的良好开展。

而从系统功能的设计与实现层面看，则需要围绕系统界面、用户登录、用户注册、系统数据保存以及消防数据查询等方面进行处理。在构建系统界面时，应当以人性化作为基本要求，统一界面风格，尽量做到简约大方，让用户能够快速上手、高效应用。用户登录模块与用户注册模块的设计，应当提供基础的账户注册、账户登录、密码找回等基本功能。系统数据保存功能的设计应当以数据的实时、动态采集为基础。定期对各消防设施监测节点的监测数据进行采集，在采集到信息后即时在系统终端显示界面上显示，并通过数据存储模块对数据进行储存与上传，保存至云端服务器，录入数据库。至于消防数据查询模块的设计，则需要提供相应的数据查询、数据处理、表格生成等基本功能，满足用户实际需求。另外针对移动终端，需要开发专门的APP 应用程序，提供包括用户登录、用户注册、实时数据查询、地图信息查询、现场设备详情上传等功能。

4 结束语

综上可知，物联网时代的到来，为城市消防远程监控系统的设计与实现提供了基础支持。以物联网体系的构建为基础，积极探索物联网技术在城市消防远程监控系统中的应用方式，从各个方面运用物联网技术、云计算技术、大数据技术、人工智能技术等的优势，构建更加安全、稳定、可靠、自动化、智能化的消防远程监控系统，有效预防火灾并支持消防工作的高质量开展。