浅析智慧消防云平台的设计与应用

时间：2021-11-15作者：安科瑞电子商务(上海)有限公司浏览：175

【摘要】本文提出了一种基于云平台的新型智慧消防控制系统，在**基础消防控制系统综合集成的同时基于云平台实现对建筑物内人员的定位与数量统计，建立建筑物BIM模型基于zigbee技术为被困人员制定合理的疏散路线；节点工作情况、火灾情况皆可以在移动端实时反馈，可以辅助消防员准确救援。大大提高了逃生与救援效率，避免火灾产生更大的损失。
 
【关键词】智慧消防；云平台；zigbee
 
1 概述 
在“智慧物联”“云计算”技术高速发展的今天，消防作为保证人身安全的重要环节理应引起人们的重视。而目前大多数消防监控方法仍为在消防控制室设工作人员 24 小时值班，这样的模式在一定程度上执行困难，并存在安全隐患。同时现有的火灾自动报警系统存在各个设施孤立运行的情况，不能做到互通信息、及时反馈、协调运行的要求，反而给消防系统的管理带来了更多问题。该系统在将基础消防控制系统灵活优化整合的基础上，还可以实现自动报警、监控、定位救援、规划逃生路线的功能，同时可在云端监控，节省了人力资源的同时也大大提高了火灾监控的效率与精准辅助消防救援的能力。
 
2 系统设计 
系统总体方案： 
该系统由应用层、综合显示层与感知执行层构成。感知执行层连接温度传感器、感烟探测器等各种探测器组成各个子系统，判断节点运行情况以实现基础的消防监控报警功能。感知执行层可将信息发送给综合显示层显示在综合显示器上并上传至应用层。其中应用层由云平台端与手机客户端组成，云平台端可以实现对建筑物 BIM 模型的建立与发生火灾后计算、规划路径的功能；同时移动设备也可以接收云平台发送的信息从而进行实时监控，图1。
图1 系统结构框图
在感知执行层各个传感器模块发送存活数据包，然后周期性的上传传感器的数据至综合显示层，综合显示层的信息也可以与感知层交互，*子控制器收到后，执行相应的操作。TCP协议把数据上传给ARM CORTEX A9服务器，服务器中的线程1通过TCP收发数据，线程 2对数据进行解析，线程3开辟共享内存，把数据实时放入共享内存中，线程4把数据存放在sqlite3数据库中，同时运行BOA服务器，通过CGI程序对Web浏览器数据实现双向通信，网页Web浏览器上实现显示数据与控制功能。在应用层：云服务器进行路径规划、BIM 三维建模与zigbee定位，用来实现火灾逃生与救援功能同时也可与手机APP实时传输，同时，实现所有数据同步显示。 
消防监控报警系统：基础的火灾报警监控功能是重中之重，提供完善的基础性**是智慧消防的根基。本系统将消防监控报警系统下分几个子系统：（1）火灾报警系统；（2）风控制系统；（3）防火门系统；（4）水控制系统。
 
3 综合控制器设计 
本系统选择ARM CORTEX A9处理器，为了接收zigbee端的定位信息，在服务器ARM CORTEX A9的主进程中创建多个线程，每个线程单独执行相应功能。线程1创建TCP服务端，接受信息并可以反馈指令。线程2对接受的信息进行归纳处理并存储。线程3创建共享内存，可以接受从网页发来的信息。线程4首先对串口进行初始化，然后每隔80毫秒从串口接收 zigbee数据。线程5对zigbee 信息进行分析，计算出计算点的信息，执行定位功能。结构功能如图2所示。
图2 综合控制器设计框图
 
4 BOA服务器与WE页面设计 
4.1 BOA服务器 
本系统在ARM CORTEX A9上搭建BOA服务器，利用综合显示屏功能，对工作情况进行显示。BOA是一种非常小巧的Web服务器，其可执行代码只有大约60KB左右。作为一种单任务Web服务器，BOA只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接请求。但BOA支持CGI，能够为CGI程序fork出一个进程来执行。但经过对BOA源码的分析可以看出，BOA 服务器将根据浏览器地址栏中输入的文件路径调用相应的CGI程序或静态页面显示在浏览器中。这种方式使入侵者很容易找到源文件，隐蔽性和安全性很差所以这里在对Boa源码进行修改。在源代码判断是否CGI程序之前添加判断：如果文件路径(req→pathname)的后缀代表本系统*的静态页面，则将其修改为实际CGI程序所在路径，并更改is_cgi变量为“CGI”。经过这样修改后，程序会调用CGI程序的处理函数init_cgi()，使原本的静态请求变成动态的CGI请求。 
4.2 BOA服务器页面设计与功能 
4.2.1 综合定位功能 
输入网站地址可进入服务器首页，系统可根据zigbee定位，实现上述对被困人员的定位，在综合显示屏页面上显示人员位置如图3综合显示屏定位系统页面所示，便于消防员进行救援。
图 3 综合显示屏定位页面
4.2.2 节点运行显示功能 
STM32传感器与CAN总线设计： 
本系统中子节点采用STM32f103，工作频率可达72Mhz,在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHZ。系统上电后芯片先进行初始化，然后循环读取传感器数据进行数据处理，确定目标ID，封装数据包，通过CAN总线发送。当火灾发生时，火灾报警控制子系统获取报警信号，通过树莓派发送信息，控制各个系统动作。在本系统中各个系统独立运行，可以保证稳定运行。系统上电后，CAN总线进行初始化，配置过滤器初始化CAN总线与数据包；随后根据状态判断是否发送总线函数还是中断（CAN总线可以通过两个计数器：发送错误计数器TEC和接收错误计数器REC判断处在是在主动错误状态还是被动错误状态。）如图4所示为综合显示屏监控数据页面。 
图4 运行监控数据
 
4.3 Web 路径规划页面
本系统选择Apache作为Web服务器，Apache开放源代码，支持跨平台并且易与手机 APP 互联。安装Apache用到4个文件：httpd、apr、apr-util、pcre-8.40。这样可以提高并发进程的处理速度与数量。在路径规划系统页面的人员位置处输入着火点位置，该系统即可规划逃生路线。逃生路线如图5所示。
 
图5逃生路径规划页面
 
5 安科瑞智慧消防平台介绍
5.1平台结构
5.2平台主要功能介绍
5.2.1首页
用户登录成功之后进入首页，如图所示。主要展示的内容有：项目概况、设备状态、设备分类、设备报警信息、报警分类、报警统计、设备台账信息等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。
5.2.2消防子系统
智慧消防管理云平台包含了智慧用电子系统、防排烟子系统、消防水子系统、消防设备电源子系统、防火门子系统、消防设备管理子系统和视频监控子系统等。智慧用电子系统可以接入电气火灾、孤航电弧、电气火灾主机、灭弧式保护器探测器和无线测温探测器等。点击智慧用电子系统进入智慧用电监控页面，点击菜单显示整个项目的基础信息和该项目下的所有探测器的信息，点击末级节点显示具体探测器的监控页面。
消防水子系统可以接入消防栓、消防水压、水位传感器等，用于实时的监控消防水管网的压力、液位、是否漏水，以及开盖等事件，当消防水压不够，管网漏水时，系统也能实时地发出警报，能让相关人员及时维修维护，**消防安全。
防排烟子系统通过高灵敏的无线烟感报警装置，实现对烟雾、有害气体、及气体灭火信息等数据采集，实时秒级检测烟雾，一且发现监测数剧**过风险阈值，APP、短信报警、电话报警统统上阵，通过设备的标签、地理位置定位，快速通知业主、物业消防单位是哪个位置的火灾隐情。
消防设备电源子系统实时监控消防系统各个部件（如消防报警主机、楼层显示器、水泵、喷淋泵、电梯等）的电源工作状态，确保消防设备供电正常，并对各个部件电源产生的过压、欠压、过流、短路、断路等故障报警提示。可长期记录电压电流运行参数，自动对消防电源一段时间的运行状态进行分析，对可能产出问题的隐患进行警示。
防火门子系统通过与门禁报警、视频识别的关联，实时监控消防通道、安全出口、生命通道防火门的开闭及消防通道堆放物情况，实现紧急情况下的开闭控制等功能。确保防火门常闭、不上锁状态及**火警救援是消防生命通道的畅通等，**安全的生活、工作环境。
应急照明与疏散指示子系统可实现对各个应急灯具的实时监控和控制，当发生火灾时，可准确的给出安全的疏散路径指示，智能打开消防应急指示灯的指示方向及应急照明灯，帮助建筑内的人群选择逃生疏散路线，指引安全逃生方向。
视频监控子系统数据部门收到感应端各子系统报警信息后，可调出报警位置关联的监控摄像头图像，查看报警现场视频辅助进行火情确认。实现火灾报警子系统、消防水子系统、电气火灾子系统、防排烟子系统、消防设备电源子系统、防火门子系统和视频监控子系统的**结合，实现了报警点和监控点的联动。
消防设备管理子系统能够将每个建筑、项目节点的所有消防设备和资产纳入管理，对一些消防栓、灭火器、喷淋和消防大队地址等着重标注，日常的巡检和维护都需要纳入计划，在紧急情况下，会联动GIS调度子系统进行调度。
5.2.3隐患管理
隐患管理功能包括了隐患查询、隐患派发、隐患处理和隐患分析四个模块。可以查看登录用户下的所有项目的隐患信息，并进行派发和处理操作，且对所有隐患进行统计分析。
5.2.4能耗分析
能耗分析功能包括了能耗概况、能耗同比、能耗环比、能耗报表和能耗预测等五个模块。可以查看登录用户下的所有项目的能耗统计、同环比和报表，且按日、周、月等维度进行能耗预测分析。
5.2.5手机APP
APP支持Android、iOS操作系统，方便用户查看电气火灾、防排烟、消防水、消防设备电源、防火门、消防设备管理、视频监控、火灾报警等子系统的实时监控数据、报警信息、能耗统计等。
5.3推荐配置
5.3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。
推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）
5.3.2系统现场推荐硬件配置清单：
注：以下配置为针对1个回路选型，其中剩余电流互感器应根据现场回路电流大
5.4产品介绍
电气火灾监控探测器
ARCM300T-Z-2G/4G/NB可选配2G上传、4G上传、NB-IOT网络上传，单表流量说明：
上传间隔一分钟，小于30M/月；
上传间隔二分钟，小于15M/月；
上传间隔五分钟，小于10M/月.
6 结论 
随着互联网的发展，智慧消防也应登上消防系统发展的舞台，本系统对建筑物建立整体 BIM 模型，并将每层划分为普通区域与逃生区域，根据云平台上传的消防数据并基于 Zigbee可实现对被困人员的定位并根据反馈的“着火点”避开火情严重区域，从逃生区域规划不同的逃生路线，并将逃生路线由云平台直接发送至手机移动端。由此可见，本系统不仅可以帮助人员逃生，还可以统计建筑物内的人员数量信息，使辅助救援更加有效准确。在移动端实
时监控、及时反馈建筑物运行情况可以将火灾危险降到很低，提高消防人员的工作效率，保证人们的人身与财产安全。
 
参考文献
[1].张吉跃,王鹏飞.基于物联网与云计算技术的综合智慧消防系统[J].智能建筑,2018(05):36-40.
[2].牛嘉傲，陈伟利.基于云平台的智慧消防控制系统设计
[3].安科瑞AcrelCloud-6800智慧消防管理云平台2020版.
[4].安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.

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