基于物联网技术的城市消防远程监控系统研究

李 会

(济南市消防救援支队 山东 济南 250100)

0 引言

物联网技术的不断发展与应用,在消防领域当中如何采用物联网技术实现城市消防远程监控系统的设计,已经成为消防部门重视的热点。同时,将物联网技术、互联网技术以及计算机技术引入到城市消防远程监控管理上,为实现城市消防无线远程监控提供了必要条件。并且,该技术的应用,还能够帮助消防救援人员对危险源实施自动识别以及对消防设备设施进行实时的监控,对消防数据进行快速的收集,以此为后续的城市消防统筹决策作业提供相应的参考[1]。因此,基于物联网技术的消防远程控制系统,不仅能够有效防范城市建筑火灾的发生,还能够降低火灾造成的损失。同时,还可以实现对不同类型的消防设施故障问题进行处理,保障了安全隐患处理的及时性。

1 系统设计需求分析

基于物联网技术的城市消防远程监控系统的设计,需要具备自动实时报警功能、实时监测功能以及维护管理和用户管理、历史记录查询等多种基础性功能。首先,从自动实时监测报警功能方面来看,用户可以通过系统利用该功能实现对城市当中的不同消防设备设施进行实时监测,以及对消防所应用到的水源的压力、流量等相关数据信息进行实时采集分析和监测,从而保证消防水源的充足。其次,从实时报警功能方面来看,实时报警功能和实时监测功能两者密不可分,通过系统对实时监测的结果展开智能化分析后,若是发生火灾或者消防设备存在异常问题时,实时报警功能,就会自动借助计算机设备或者移动智能终端设备向用户报警,同一时间还会向城市的消防救援指挥中心发出相应的报警信息,以此实现紧急救援[2]。

2 基于物联网技术的城市消防远程监控系统总体架构设计研究

2.1 城市消防远程监控系统总体架构设计

具体消防远程监控系统总体架构设计见图1所示。

图1 基于物联网技术的城市消防远程监控系统总体框架设计框图

首先,基于物联网的城市消防远程监控系统主要实现了对灾难现场数据进行实时采集、传输和存储以及消防救援报警等功能。其次,监控系统的整体框架主要分为3个层次:应用层、传输层以及感知层等。其中,从感知层设计上来看,该层主要包含了硬件基础功能,实现了对火灾现场的具体情况数据信息进行采集和监测。传输层主要由NB-IOT技术和华为云服务器构成,并且NB-IOT技术作为一种基于蜂窝数据链接技术的窄带物联网技术,它拥有广泛的覆盖范围和低成本、低能耗、高抗干扰性以及安全性强等特点,为城市消防远程监控系统的通信传输服务提供了有力的支持,并充分地满足了该系统的需求[3]。

2.2 系统主要功能模块设计

针对城市消防远程监控系统的主要功能设计包含了火灾自动报警模块、危险气体预警模块、实时通信模块、应急照明模块、自动喷水灭火模块、消防栓系统以及消防应急模块和防烟排烟模块等模块组成,具体见图2所示。

图2 系统主要功能模块架构设计

2.2.1 火灾自动报警模块设计

当城市建筑发生火情时,消防远程监控系统就会触发火灾自动报警模块,给出报警信息,并将实时的火灾情况信息发送到消防应急救援指挥中心。从而让用户和救援指挥中心、消防机构等第一时间了解火灾现场的具体情况,同时进行紧急疏散和灭火。而物联网技术的应用,使得火灾自动报警模块的连接方式得到进一步升级,脱离了消防控制室,实现了自动化、智能化报警。并且,物联网技术的有效应用,将城市中的每个火灾探测器全部设置成独立的个体,这样一来有效避免了传统总线制系统当中存在的线路损坏导致的火灾探测器出现失效的现象。而本模块的设计,在物联网技术的支持下,通过接入电源和通信模块实现了对火情的情况进行监测和数据采集。一旦城市某个角落发生火情,该模块就会及时给出相应的消防应急广播。

2.2.2 危险气体预警模块设计

该模块的设计主要包含了探测器、控制器和警报器等三部分组成。实现了对可燃气体等危险气体的实时监测。如果发生气体泄漏或者检测到可燃气体浓度超过阈值后,该模块就会自动报警,这样一来有效避免了因可燃气体的泄漏导致火灾事故的发生。并且,在物联网技术支持下,通过将微单元控制模块装载到火灾声光报警设备上,就能够实现远程的自动化报警,保障了用户的安全[4]。

2.2.3 实时通信模块设计

实时通信模块的设计,对城市消防远程控制系统能否正常运行有着直接的影响。并且,它还关系着数据信息传输的正常运行,因此针对通信模块的设计十分重要。在该模块设计时,应当充分结合远程监控系统的需求和远程联网通信协议的标准,选择合理的通信模式,借助采集服务器,实现无线网络通信模块设计,这样一来就能够利用采集服务器,接收系统所传输的信息,并将其存放到服务器当中,以此为火灾自动报警提供支持。

2.2.4 应急照明模块设计

应急照明模块的设计,主要作用于当灾情发生之后,维持建筑内部的照明。并且,在维持建筑内部的照明时,还需要在建筑内部配备对应的疏散指示,以此快速、高效地帮助人员逃离火灾现场。但传统的应急照明系统需要定期更换蓄电池,维持应急照明系统的运行。但结合了物联网技术的应急照明系统,通过和城市消防远程控制系统两者进行有效连接,不仅实现了对应急照明系统的蓄电池应用情况进行监测,还能够利用移动终端设备和计算机设备定期向用户发出对照明系统维护的信息,使得该系统一直处于稳定的运行状态[5]。

2.2.5 自动喷水灭火模块设计

城市消防远程监控系统中自动喷水灭火系统作为核心部分,一旦遇到火灾情况,监控系统就会自动开启喷水灭火功能,进行灭火。并且,物联网技术的有效应用,让自动喷水灭火系统上增添了微控制单元、压力表传感器等设备,以此实现了对末端试水设备的自动态监测,保障了该系统的可靠性。

2.2.6 消防栓系统模块设计

针对城市消防栓系统的设计,利用物联网技术对室外的消防栓盖进行改造,并添加了微控制传感器和压力表传感器,以此实现了对管道的压力进行远程实时监测分析。同时,利用该系统实现了对建筑的每一层消防栓的压力展开了监测,并且通过设置两个不同的阈值,以此保证了消防栓的压力始终保持在合理的范围当中,这样有效避免了消防栓压力过高导致管道和消火栓的水带压力受到影响,还避免了系统压力过低导致消防水源出水压力降低[6]。

2.2.7 消防应急响应模块设计

城市消防应急响应模块的设计主要包含了温度采集功能、烟雾采集功能、火焰采集功能以及气体采集功能,然后将所采集的数据信息,经过分析和处理之后,实现对火灾情况的判断,当确定发生火灾时,就会自动启动消防应急响应功能。同时,该模块的设计主要由声光报警功能和自动水喷淋功能构成。其中,从声光报警功能方面来看,当火灾发生时,本模块的火灾指示灯就会亮起,同时给出蜂鸣器的报警声。

2.2.8 防烟排烟模块设计

防烟排烟模块的设计,主要利用建筑的通风口和排风口,实现了建筑内部的空气循环,保障了建筑内部的空气新鲜。从一定程度上建筑中防烟系统与排烟系统的设计能够有效预防火灾的发生,避免危害气体的聚积。当建筑内部发生火灾时,防烟系统和排烟系统的设计,还能够有效避免有毒烟气对建筑中的人员造成伤害。并且,该模块的设计还可以结合火灾监测模块,实现对通风系统和排烟系统的自动开启和关闭。

2.3 火灾信息处理模块

信息处理模块的设计可以更好地对火灾报警信息进行及时接收、显示和处理。首先,本文系统的设计可以实现对联网用户的报警主机展开实时监控,这样一来城市消防监控中心可以在火灾报警主机给出报警信息的20 s内,完成相关信息的接收。而信息接收终端则会准确地将火灾发生的初始时间、报警单位、报警楼层、报警房间、报警建筑以及对应的平面位置等信息进行显示,同时还能够将发出报警信息的设备相关信息显示出来。当火灾报警信息得到确认之后,系统就会将相关详细信息传送到119火警消防指挥中心。此外,本模块在城市消防远程监控系统中还能够实现对一个单位当中的所有报警情况进行同时处理,也可以将该单位所产生的新报警信息,传输到正在处理作业的终端当中。最后,将得到确认的火灾报警信息及时地发送给特定人员的终端上。

3 系统软件设计及实现

3.1 系统软件设计

从城市消防远程监控系统的软件层面设计上来看,该系统的设计主要由三层结构组成:感知层、传输层以及应用层。其中,从感知层上来看,该层的设计主要起到了传感器检测的作用。应用层的设计主要利用无线通信技术,实现了通信模块设计,并为城市消防远程监控系统的远程控制提供通信服务。并且,该层次的设计还包含了用户管理功能、消防设备管理功能、数据监测功能和城市地图管理功能,能够为不同的用户或者目标提供不同的服务。此外,应用层还具有数据库处理和用户交互等功能。而传输层的设计,通过结合物联网技术,实现了无线传输网络建设和服务器搭建。同时,对于传输层中的服务器搭建需要利用华为服务器进行设计,然后将不同类型的消防设备、用户终端等和服务器进行连接。数据库的设计,主要通过对相关数据进行采集,并以所采集的数据为基础,实现用户、角色、标准体系以及反馈意见等信息表的搭建,并为城市消防远程控制和监测工作提供相应的支持[7]。

3.2 系统实现

本系统的设计,主要围绕着城市消防远程监测系统的界面、用户登录功能、注册功能以及系统数据的存储和消防数据查询等信息的处理。其中,在对系统的界面进行设计时,需要充分满足人性化、个性化的需求,以此使得用户能够迅速上手使用。用户登录模块的设计,主要为用户提供了注册功能和账户登录功能、密码找回等功能。针对数据存储功能的设计,主要以数据实时采集和动态采集为基础,通过定期对城市建筑中的不同类型消防设备的监测数据进行有效采集、处理,然后再将所处理后的结果在远程监测系统的终端界面上即时展示出来。最后,利用数据存储功能实现对该些数据进行存储和录入得到数据库中。针对移动通信终端的设计,应当开发专门的应用APP,并配备用户登录功能、注册功能、实时数据信息查询功能、现场消防设备信息上传功能以及位置信息查询功能等,从而满足城市消防远程救援的需求[8]。

4 系统测试及实现

4.1 系统运行

为了更好地测试本系统在实际应用过程的可行性。当系统完成安装调试作业之后,再向系统中接入一定数量的用户,以此对城市消防远程监控系统的性能进行测试。因此,本文以某个城市的消防网络监控中心为对象,该城市的消防网络监控中心建成时间为2015年,同时实施用户联网,于年底完成调试工作。

首先,该消防网络监控中心,由3台数据库服务器、1台LED控制台以及2台电话线采集软件服务器等硬件设备组成。其次,配备了4台接警客户端,用于对火警故障信息的接收;1台巡检客户端作用于对设备管理以及1台视频浏览设备,用于辅助操作。同时,在消防救援支队当中还安装了远程信息显示终端设备和119火警确认显示终端,以此用来对远程数据信息的接收与转发处理。这样一来,不仅实现了对城市消防火灾报警信息的处理和存储,也为本系统的安全、稳定运行提供了保障。还实现了对城市联网单位的消防设备运行状态以及火警信息等进行实时监测。

4.2 结果分析

自本系统开通运营以来,已经成功进入500余家用户,并以VPN专网实现对大商场等人员密集的场所进行联网,以此能够将自动报警数据信号与视频信号实时上传到城市消防监测中心。其他用户则是选择利用宽带或者GPS无线网络双模方式实现与城市消防监控中心联网。而消防中心可以实现7天24小时不间断地对火警信息监控。在测试过程中,一直到2015年年底,城市消防监控中心,成功发现1起真实火警,还接收到53万余次的故障信息,并实现了对联网单位40万余处的远程查询。由此可以说明,本系统的建设使得火灾报警的及时性和准确性得到进一步的提高。

5 结语

综上所述,随着城市不断发展以及人口密度的增加,导致城市消防管理难度变得更加困难,因此积极建立城市消防远程监控系统就显得十分重要。所以,本文结合物联网技术,提出了一种城市消防远程监控系统设计方案,并对该系统的主要功能进行了详细阐述。在物联网技术的支持下,本系统不仅能够实现智能化、自动化消防设备的远程实时控制,还能够实现对消防救援工作进行应急指挥调度,从而使得城市消防安全水平得到有效提升,并进一步降低了资源与人力成本等方面的支出,最大化程度上保障了居民的生命财产安全。