浅谈基于物联网与云计算技术的综合智慧消防系统

时间：2022-06-15

摘要：近年来，随着社会经济的快速发展，城市面临的各类风险也快速增多，消防任务更趋繁重艰巨，城市经济社会发展面临的矛盾深刻考验着各地消防工作管理、消防救援和应急指挥能力。实施战略，打造智慧型消防，强化消防部门职能，加快消防工作管理信息化建设，实现消防工作创新已是我们当前刻不容缓的工作。

关键词：物联网；智慧消防；Ｃ／Ｓ；Ｂ／Ｓ；消防监测控制；消防单位

1前言

智慧消防是以信息为先导，整合、引导和分配消防工作管理的各类资源，使消防工作从定性变为定量、柔性变为刚性、封闭变为开放、静态变为动态、单一变为综合，从而改变以往消防工作存在处置滞后的现象，形成一个及时发现问题、及时解决问题的良性管理机制。

智慧消防提高消防监督工作的管理水平，提升了现代城市的消防救援的能力，对消防工作的信息化及发展具有重要意义。因此，**对智慧消防开展了一系列的深入研究工作。

目前我国城市中的火灾自动报警系统大部分还处于各建筑物独立报警阶段，没有统一的消防管理，无法完成城市消防设备管理、消防报警管理、防范管理及消防值班人员管理等集成化功能，消防报警设施和灭火救援设施的当前状态无法及时知晓，火灾发生时无法启动灭火救援的功能。

因此，要实现综合智慧消防需要构建一个有效的消防物联网系统。系统可采用消防自动报警系统已有的各种感知设备、视频采集设备等，将感知和采集到的大量现场信息借助消防物联网传输到消防指挥，将过去封闭的、功能单一的火灾报警系统改造为网络化、智能化的跨区域火灾报警综合管理平台，提高消防管理工作效率，量化消防检测工作内容，提高消防设施巡检达到率覆盖，充分利用视频检测功能实现值班人员离岗检测和消防车道占用检测。

物联网、云计算技术结合移动通信技术和大数据技术，拓展了消防管理工作，可形成＂防消一体’’与＂物联服务”相结合的消防服务，可在灭火救援、消防设施维保、防火监督、火灾预警等方面发挥重要作用。

云计算的理念和思想应用于智慧消防，可以实现海量信息和消防应急数据资源的充分整合，对于实现消防风险防控、救援、辅助决策等应急指挥具有重大实际意义。在云计算应用于消防信息化方面，国内学者做了许多研究应用工作。傅永财提出了基于云计算设计全国消防信息系统框架，参见文献[2]。丁祥郭提出了一种基于云计算的消防通信指挥信息系统，参见文献［4］。

2系统设计

2.1 设计思想

基于上述思想，我们设计的系统以消防物联网综合管理平台为核心，将火灾报警、消防联动、电气火灾、消防设备电源、气体灭火、可燃气体探测、防火门监控、消防应急照明和疏散指示、视频监控、电子巡更等消防和安防子系统以及智能分析技术深度融合，实现对各子系统的集成与综合管理。

综合管理系统不但可以提供设备管理、存储管理等基础设备管控功能，还可以通过架构优化提高系统的整体效能，使平台对各个智能化子系统的管理更加灵活。各个智能化子系统的统一管理与管理部门之间权责界定也实现了**的统一。系统也可共享已建成的图像综合管理平台、１１９接处警系统、灭火救援指挥系统、灭火救援业务管理系统等资源。

采用国家相关部门强制认证的消防报警检测设备和技术，对建筑物内各重要部位进行早期火灾报警，并对消防水系统进行实时监控，确保水系统正常工作，在灭火阶段控制建筑物内的公共设备和**灭火设备，有效地实施救人、灭火，达到减少损失的目的。

2.2 设计原则

（１）可靠性原则：系统设计、设备选型、调试、安装等环节都严格执行国家、行业的有关标准及公安部门有关技术防范的要求，贯彻质量条例，保证系统的可靠性。

（２）友好性原则：系统需要具有更多的人性化功能的体现，使管理者和使用者能够及时掌握设备的动态、方便地完成操作。

（３）集成可扩展性原则：系统能**各部分的**集成，完成动作。充分考虑整体智能系统所涉及的各个子系统的信息共享，确保智能系统总体结构的先进性、合理性、可扩展性和兼容性。

（４）标准模块化原则：严格按照国家和地区有关标准进行系统设计和设备配置，将各子系统结构化和标准化。

（５）合理性原则：设备选型和系统设计要具有技术上的先进性、可行性和实用性，达到功能与经济相统一的优化设计。

2.3 系统总体方案

本系统按照物联网四层结构进行建设，分为感知层、传输层、服务层、应用层，如图１所示。以消防单位中的各类传感器系统为感知对象，传输采集数据至企业数据，利用数据采集、通信、Ｗｅｂ等一系列服务系统对外提供服务。采用分级模式进行管理，适合总部、地市、消防控制室各级管理应用，采用Ｃ／Ｓ与Ｂ／Ｓ相融合的系统架构，实时采集监控单位内各类感知设备的运行状态。

（１）感知层：通过感知识别技术自动采集消防系统中各类数据信息，主要为消防报警各类传感器网络、视频监控系统、无线探测器。

（２）传输层：将感知层获取到的信息传递到服务层，这些数据可以通过移动通信网、ＴＣＰ／ＩＰ**网络或公共宽带网络、公用电话网（ＰＳＴＮ）、虚拟专网（*），以及多种方式单独或混合组网。

（３）服务层：处理传输层传递的数据信息，并对外部用户提供应用服务，服务层在结合云计算的技术后为用户提供更加便捷的云端服务。

（４）应用层：作为物联网技术与消防行业专业技术的深度融合，结合行业需求实现了消防行业的智能化，消防物联网应用层利用分析处理后的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。

3系统组成

3.1 消防监测控制系统

消防监测控制系统将建筑的消防功能进行物联，可以获取消防设施状态信息和相关信息，实现信息共享。系统为提高整个社会火灾防控能力、应急处置能力提供基础性支持与**，是实现智慧消防的一步。消防监测控制系统主要由以下各子系统组成：火灾自动报警及消防联动控制系统、电气火灾监控系统、消防设备电源状态监控系统、气体灭火控制系统、可燃气体探测报警系统、防火门监控系统、消防应急照明和疏散指示系统和视频监控系统。

3.2 社区消防智能联动系统

面对日趋严峻的高层住宅防火防灾问题，基于Ｗｉ－Ｆｉ的全无线解决方案，包括了独立式可燃气体探测器、独立式光电感烟火灾报警器、门磁开关等在内的多门类产品。通过权限设置可以完成在特定区域内的统一管理和监测，为家庭用户提供**的同时，也为小区物业、消防支队等上层用户提供了实时监管和数据统计功能。系统结构如图２所示。

3.3 应急指挥系统

应急指挥系统是基于公有云或私有云平台的全ＩＰ构架系统，与４Ｇ、有线网以及各类专网技术融合后可轻松完成大范围内不同人员统一通信指挥，实现全员协同通信、实时视频指挥、资源ＧＩＳ管控和图形化任务交互。系统具有良好的兼容性、实用性、安全性和可靠性，在异地异网情况下实现全部功能的统一部署和管理。系统实现了平战结合，为应急指挥提供了广泛的通信能力、丰富的基础决策信息和执行手段。

系统可以兼容和利用各类通信手段和设备，在有线和无线上将语音调度、视频监控、数字广播、多媒体信息、ＧＩＳ调度功能融为＿体，使得指挥调度变得简单。系统支持各类业务的无缝对接，实现了业务的移动化、实时化和交互化，实现以应急业务为核心的智能调度。可完成应急预案、值班管理、任务派发、执行状态交互、进度管控、业务查询、数据录入、统计分析等功能

3.4 地理信息服务平台

地理信息服务平台主要是围绕指挥的日常业务工作，结合移动终端应用，实时监测警力和警情状态信息，从实战角度出发，以提升指挥常规警情处置效率和应急处突响应能力为目标，构建可视化、扁平化、点对点的指挥调度平台。平台由桌面端、Ｗｅｂ端、移动端三端平台构建，实现数据的无缝联动，主要包含：可视化管理、视频应用管理、常态警情快速处置、重大警情指挥调度、应急预案系统、研判系统、移动接处警应用、巡更检查等应用。

平台从实战出发，结合指挥的常态指挥流程和应急处置流程，与移动端结合提供扁平化的指挥调度。分常态、战时两种状态分别建立配套指挥模式与工具，打造上下贯通、协调联动、反应灵敏的实战指挥架构。

3.5 室外消火栓信息管理平台

目前，**消防栓存在着诸多问题。消防栓的安装位置点多面广，日常管理成本高，效率低，且对消防栓的内部情况无法实时掌握。

室外消火栓信息管理平台由信号采集模块、传输台、水务指挥平台和消防移动客户端四部分构成。运用了ＧＰＳ、ＧＳＭ和ＧＩＳ（即地理信息系统是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关数据的计算机系统）三种现代**融合起来，形成一个实用化的专门的水务、消防物联网，从而实现科学水务、消防实时的智能化管理。平台结构如图３所示。

系统内嵌微动监测模块，可实时感应消防栓及水压变化；内置防盗、防撞监测模块，及时报警通知维护人员；集成ＧＩＳ技术，锁定消防栓位置；采用ＲＦＩＤ识别技术，有效识别操作人员身份；支持数据访问，数据传输稳定、快速。

4云计算服务架构

云计算技术是消防基础信息化建设体系的重要组成部分，实现了计算机应用技术与网络管理技术的有效融合，有利于进行消防信息化计算任务的合理性分配，有利于增强消防信息化建设的综合效益。

本系统在物联网的基础上，引入云计算技术构建云计算服务，实现了对系统资源的调度与管理，消防数据的海量数据存储、高可扩展性和高可靠性，向各层次用户提供消防相关的云服务。系统充分利用了云计算的良好特性，采用分层思想实现了消防大数据存储、决策服务和智能分析计算等服务，形成了一个完整的智慧消防云计算服务体系。服务架构如图４所示。

云计算采用分布式计算、并行计算、网络存储、计算机虚拟化的技术，搭建物联网大数据服务，通过建立探测器老化污染程度、系统健康程度等模型，提高系统的智能判断和智能分析能力，为用户提供报警服务、Ｗｅｂ服务、视频服务、短信服务、ＧＩＳ服务、检测值分析、移动终端服务等。

终端采用Ｗｅｂ瘦客户端通过浏览器进行各类维护监督活动，移动端采用主流的ＡＰＰ客户端方式，功能涵盖报警及状态显示、资料备份查询、电子地图、联动控制、泵房状态、远程编程、故障预测、趋势分析、短信报警、视频联动、监督检查、户籍化管理，Ｗｅｂ端系统。

5安科瑞智慧消防监控云平台介绍与选型

5.1平台简介

安科瑞智慧消防综合管理云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。同时，通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制设备，有效解决用电单位电气线缆老旧，小微企业无专业电工、肉眼无法直观系统即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题，及时排除安全隐患，安科瑞智慧消防监控云平台结构如下图所示：

5.2 平台功能

平台登陆

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。

实时监控

智慧用电子系统可接入电气火灾、故障电弧、电气火灾主机、灭弧式保护器探测和母排无线测温探测等等各类子系统，实现对相关消防系统设备的信息实时监控，一且发现监测数剧**过风险阈值，APP、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，快速处置

隐患管理

隐患管理包括隐患巡查、隐患处理、和隐患记录，隐患巡查的目的是为了系统在产生报警或隐患后，系统可以针对工程人员派发工单，处理完以后工程人员能够在系统中填写相关工单任务记录，以供历史查询。隐患统计支持对项目进行日、月、季、年的维度查询，并能够自定义时间查询，将项目下隐患以曲线，图表的形式展现

统计分析

统计分析包括数据汇总和分析报告，数据汇总以曲线和表格形式显示各个月份的报警和故障记录，同时显示控制日志，支持按照控制类和参数设置类分别显示，也可以按照操作是否成功分别显示，包括此次控制的操作情况，项目名称，设备信息以及对应的操作时间等；分析报告包括总体概况和设备回路特征分析。

运维管理

根据运维调度管理的需要，智能调度技术人员可以分为不同角色，系统支持*巡检计划和巡检日历，可支持巡检人员使用手机NFC芯片巡检打卡的功能。

手机APP功能

手机APP软件具有IOS版本和安卓版本，并与电脑终端系统的数据同步，能展示剩余电流、温度、电压、电流等电气安全参数的实时监测数据及变化曲线、历史数据与变化曲线；短路、断线、漏电、**温、过压、欠压、过流等电气故障实时报警数据等；能实时显示项目地理位置、未排除隐患数、未处理巡检数等；通过APP消息推送的方式提醒用户实时报警信息；可以实现远程复位、远程分闸功能；可以对所有现场探测器进行远程参数设定及修改；可以对所有现场探测器的远程控制记录进行查询；

5.3产品选型

电气火灾监控探测器

6结论

智慧消防是我国社会发展对消防工作的实际需求。本文从物联网和云计算的技术层面对传统消防监管系统进行了设计，提出了基于物联网和云计算的综合智慧消防系统，系统分为感知层、传输层、服务层、应用层四层。物联网和云计算中心构成了这一系统的核心部分。该系统以消防单位中的各类传感器系统为感知对象，利用一系列服务系统对外提供云计算服务，适合总部、地市、消防控制室各级管理应用，系统实现了各项信息的快速采集、处理以及共享发布，为用户提供了可靠的云计算消防管理服务，提高了社会各部门消防管理工作的效率和质量。

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］傅永财．基于云架构的全国消防信息系统框架研究［Ｊ]．消防科学与技术，2015（9）：1250－1253

［3］丁航．基于云计算的消防监控系统的设计与实现［D].厦门大学，2012

［4］丁祥郭．基于云计算的消防通信指挥系统架构研究［Ｊ］．计算机光盘软件与应用，2014（1）：26－27

［5］安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版.

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