城市互联消防安全数字化监控系统设计分析

摘要：针对当前严峻的城市消防环境，构建基于城市互联的消防安全数字化监控系统成为地区研究的重点内容。在本次研究中，本文详细分析了城市互联消防安全数字化监控系统的优势，同时阐述了该系统的组成方案，并对该系统的软件设计方案展开深入讨论。之后，基于大数据与物联网、GIS视角，对城市互联消防安全监控系统的关键技术展开研究。

关键词：城市互联网；消防安全数字化；大数据；物联网

消防是现代城市安全系统的重要组成部分，在当前城镇化进度加快的情况下，传统消防安全管理系统的功能缺陷越来越明显。功能简单的报警装置不利于接警、处警，导致火灾救援烟雾。为了能够弥补常规消防安全管理系统的弊端，构建基于城市互联的消防安全数字化监控系统势在必行。该系统应解决传统消防安全系统存在的信息反馈不及时、系统不易集中管理等问题，并能在火灾隐患发生后的第一时间做出反应，将火灾风险控制在萌芽状态，以保障人们的生命财产安全。

一、城市互联消防安全数字化监控系统的优势

通过城市互联的消防安全数字化监控系统，可以为消防管理智能化提供支持，针对城市化建设中产生的海量数据，通过对原始数据进行对比、分析、整理等处理，适用于不同场景以及不同传感单元的数据处理。在智能化处理各类数据资料后，可以减少消防系统误差发生率。与传统技术相比，该系统具有深层次的数据共享与全流程覆盖的能力，可以支持各种条件下的动态监测调整，为保护城市安全提供必要的支持[1]。

同时，该系统改变了传统系统存在的数据孤岛问题。该系统通过引入大数据技术，将城市消防现场的数据同步至数据平台上。此外，该系统还可以整合城市的交通、通信以及医疗等资源，方便进行一体化管理。通过将城市消防现场数据集中管理和共享，该系统有效解决了传统系统中数据孤岛的难题。综合管理城市的各项资源，该系统能够实现综合调度和决策，提高城市消防安全的效率和响应速度。因此，该系统的一体化管理能够提升城市整体消防安全防控水平。

二、系统组成

城市互联消防安全数字化监控系统通过整合城市内部的各个单元以及消防管理系统，实现了各个消防管理单位之间的信息交互。在该系统中，分布在各个单位的消防监控室是子系统，不仅提供消防信息，还受益于城市消防互联。该系统通过快速采集本单位的消防信息，并进行各类消防设备和监控设备的日常维护管理，最终依靠多个子系统的支持，构建了基于城市的消防安全监控体系。

各个单位的消防监控室是该系统的中枢。该系统主要包括智能型火灾探测装置、控制模块以及消防监控室的火灾报警装置。在该系统运行过程中，利用智能型火灾探测装置可以采集现场的火灾信息。将火场资料记录的温度与烟雾浓度转变为电信号，并发送给火灾报警控制器。火灾报警控制器接收信号后判断信号内容，并根据视频探头记录的资料判断现场是否发生火灾。一旦确定存在火灾，即可启动控制模块，启动系统的消防泵与风机等设备。

在上述基层模块的基础上，本文介绍了城市互联消防安全数字化监控系统采。它采用无极性总线传输方式，并利用当前成熟的4G/5G无线传输方。同时，该系统还采用了柔性地址编解码寻址的方法，以及先进的通信协议与系统组网方式。在网络路由器的支持下，确保信息可以抵达任意节点。该系统的一个显著优点是可以实现外界环境参数的补偿。此外，在系统设计中，特别设置了环境参数变化特征曲线，以提升火场探索与反应能力。

在控制器网络接口模块设计方面，考虑到火灾报警以及网络信息交互的相关需求，本文选择了技术成熟的CAN接口。该接口具有高稳定性，并且能够与目前市面上的大部分接口进行对接[2]。在该系统的集中控制设定中，采用了分布式智能系统模式。通过添加适用于火灾报警的设备，该控制器可以通过网络渠道以及通信协议将火灾监控数据上传。消防部门可以通过远程数据调用、管理体积网络通信等方式，将最近的消防单位调配到火场。在上述技术方案的基础上，再结合智能数据处理方式，能基本满足城市互联消防管理的要求。

为了满足TCP/IP国际互联网协议和软件接口方式的需求，在系统设定中需要确保火灾报警系统的相互操作性。为此，本文采用了智能接口转换器。该转换器的主要特点是支持RS232与RS485等总线接口，该结构可以提供终端数据与网络接口的转换功能。整个网络接口的模式如图1所示。

三、软件与硬件设计方案

（一）硬件设计方案

本系统使用CC2530为主芯片，该芯片的优势显著。首先，它具有不同的运行模式，可以根据需要选择不同的模式。其次，它具有较强的适应能力，可以在不同的环境中正常运行。

烟雾传感器采用的是MQ-2型号，该装置可以实时检测烟雾浓度变化。一旦检测到烟雾浓度升高，传感器内部的电位器阻值增加，导致输出的电信号发生改变。因此，该系统对建筑物中烟气浓度变化非常敏感。

温湿度传感器采用的是DHT11型号。该传感器具有许多优势，首先，它能夠输出准确的数字信号，并且可以在信号输出前进行校准，因此信号的稳定性较好。其次，该装置采用单线制串行接口，更适用于短距离无线传输，能够降低系统信号处理的难度。

（二）软件设计方案

系统采用客户机向服务机发送控制指令操作信息，旨在防止误报操作。当系统接收到火灾预警预报时，会减少不必要的动作，开始对疑似火场地区进行远程调查。只有在确定火情发生后，多个探测器同时发送火情警报，系统才会认定存在火灾，并指派工作人员前往现场。

巡检模块通过与报警器的连接来定位异常位置，并将疑似火情或确定存在火情的情况记录在资料库中。巡检模块通过RS 232接口与报警控制器连接，实现对探测器的远程控制功能。

联动模块设置支持远程操控与现场操作两种模式。在远程操作中，系统根据预设的火情信息，自动开启警铃或者喷淋泵等消防系统。现场操作则允许现场工作人员操控设备进行灭火相关的控制指令。

资料查询模块允许工作人员远程查询所有火警信息。

通信模块负责子系统与消防部门的通信。例如，当上级火警部门发出控制指令时，系统会向上级部门反映火情信息。若通信系统未在规定时间内接收回复信息，系统将按照火警严重等级向上级部门反馈，以避免火情信息被遗漏[3]。

客户端通信模块允许系统向不同单位发送火情巡查的工作指令，并且及时响应服务器发送的火情信息。

城市显示模块支持定位和漫游功能。一旦系统接收火情信息后，即可在系统中标定火灾发生的位置，并从数据库中调取与之相关的文件，以方便工作人员采取救援行动。

数据库操作模块用于存储城市互联消防安全数字化监控系统所产生的各类信息资料。考虑到城市产生的火警信息总量不断增加，在数据库建设中可采用大型的SQL Server数据库。

智能火灾报警控制器软件设计中采用串行中断服务程序模式，该功能是完成探测数据的显示与更新。

上述城市互联消防安全数字化监控系统的程序架构为客户/服务机，两者均由Visual C＋＋7.0实现。在通信中使用TCP/IP协议模式，通过socket套件实现数据接收与发送。客户机端使用SQL 8.0，数据服务器端使用Access，并使用Windows操作系统。

四、基于GIS技术的城市互联消防安全数字化监控系统设计

根据前文对系统设计的研究可知，子系统在城市互联消防安全数字化监控系统中发挥着重要作用。为强化其监控能力，确保能够在最短的时间内记录火灾信息，应通过GIS技术对子系统布设方案进行改进。

为实现上述目标，可按照最小化设施点数模型计算子系统分布。通过城市区域划分以及网络模拟最小化设施点数模型划分监控系统的位置信息。其间可以参照城镇范围内部的消防站点、火灾发生的位置以及阻断频率等关键数据。从而得到消防区域范围内最大设施的最大服务时间。该数值也可以作为监控点位划分的重要依据。

因此，在本次系统设计中，引入最小抗阻的可达性理念，预测每个子系统与消防站的距离以及可达性指标。同时还要考虑子系统与消防站之间的行车时间，理想状态下，两者的时间间隔应控制在5分钟以内。

五、大数据与物联网技术的应用

在城市互联消防安全数字化监控系统设计阶段，大数据与物联网技术的出现可以显著强化系统的监控能力。通过全方位的消防数据干预与获取，可以将火灾隐患控制在萌芽状态，并且该系统也借助云平台做出快速响应，具有优势。

（一）数字化监控交互方案

在本文所设计的数字化监控与交互系统中，结合了大数据与物联网技术，实现了多源数据的采集和统一管理。通过将采集的各类数据上传到大数据中心，并经过大数据统一接口管理模式，使系统可以在第一时间对潜在消防隐患问题做出反馈[4]。相比传统技术，该技术采用统一的管理数据接口与交互式数据模式，消除了各类数据传输的障碍，兼顾数据的时效性，可以确保所有监控的火情数据得到上级部门的反馈。同时，对于存在扩散风险的火情信息，系统可以通过短信的形式发送至工作人员的手机，确保在任何时间段都能监控到火情信息。

（二）监控系统的数据传输过程

该系统方案基于大数据融合技术，采用了物联网四层架构，确保各类消防安全数据得到及时响应。系统结构包括感知层、网络层、应用层与平台层四个模块。感知层是系统的起点，它能够实时感知监控单元内的所有设备数据。一旦探测模块识别火情信息后，将信息汇总至平台，并统一发送给大数据融合中心。在大数据融合中心借助智能算法可以下发指令，如将火情信息发送给消防或者安防部门、启动消防喷淋装置、启动排风系统等。

整个系统通过物联网技术实现了设备和数据的互联互通，将各类消防安全数据集中管理，并通过大数据融合中心进行数据的分析和处理。系统能够实现实时监测和响应火情信息，提高消防安全的效率和精准性。

该系统中的四个功能层包括：

1.感知层

感知层是实现数字化监控的基础，是消防系统栅格化的体现，按照不同场景的消防需求针对性铺设传感器。在监控系统设计中，通过加装在消防设备上的感知单元采集建筑物内的温度、烟气等数据，判断有无火灾发生。该功能层主要包括消防水检测装置、温度传感器、烟雾传感器以及逃生路线检测系统等。

2.网络层

经感知层获取到火情资料后，网络层起到了纽带作用，在该单元层的搭载下，可以将火情信息精准地发送至指定功能模块中。

3.平台层

是城市互联消防安全数字化监控系统的关键，包括数据存储单元、系统管理以及决策分析单元等，整个城市范围内的消防监控信息都会上传至本层进行处理。同时考虑到消防的特殊性，系统运算能力对每个层级承担的数据流压力提出了更高要求，因此按照“一次采集，处处使用”的原则，有助于增强系统功能并为快速反应提供依据。

4.应用层

通过技术融合，应用层被设置在数字化监控系统的顶端，具有发送、判断和指挥的功能。应用层拥有不同的系统载体，包括公众号、手机（或平板电脑）终端或者APP等。它不仅可以综合监控资源，还可以针对监控资源内容做出反馈。

（三）系统组成设计方案

该数字化监控系统利用物联网定位以及大数据处理的方法，通过平台对整个城市的消防安全数据进行互联，因此可以显著提升火情风险监控能力。本文所介绍的新数字化监控系统中整合了地理信息系统、城市数据采集格栅以及传输网络系统等内容。采集消防点位监控数据后，将烟雾探测器、温度探测器、消防水泵等数据进行编码后再传输。此时一旦信息生成，上级系统就可以编码数据进行物联网寻址，通过智能控制算法计算后实现灾害感知，最终快速且正确地识别火情[5]。该系统还可以提升数据的精准度，在运行过程中可以汇总消防报警发生地点、起火原因、火灾中心分布、被困人员情况等，为实现火灾远程监控与预防奠定基础。最终有效降低火灾造成的损失与伤害，并且可以支持不同火灾环境下的数据交互。

六、结束语

在城市互联消防安全数字化监控系统设计过程中，采用物联网与大数据等技术手段，可以随时记录城市火灾监控系統的运行数据。结合城市地理环境分析等方法，有助于消除潜在的火灾隐患，并满足火灾隐患远程监控与远程管理的要求，具有先进性。为了不断强化系统功能，在系统设计中可通过物联网与大数据等方法不断强化监控系统的功能，进而优化系统结构，减少火灾造成的伤害，最终适应“智慧城市”的发展要求。

作者单位：焦志高 绍兴市消防救援支队防火监督科

参  考  文  献

[1]张峻凡.智慧城市感知消防系统设计与实现[J].中国高新科技，2022（12）：29-31.

[2]凌亮.回龙埔新工业区城市更新项目给排水及消防系统介绍[J].智能城市，2021，7（16）：3-4.

[3]周琴.城市道路下沉隧道给排水及消防系统优化研究[J].工程技术研究，2021，6（13）：219-220.

[4]崔鲁，王慧，卢小钟，等.城市中心地区全地下变电站消防系统设计研究[J].电气应用， 2021，40（06）：95-98.

[5]康俊荣.城市智慧消防管理云平台设计与实现[J].产业创新研究，2020（08）：128+130.