基于物联网的动态消防监控方案总体设计

摘要：物联网技术不断发展，其在物流、医疗、数字家庭、智能交通等领域已成熟化应用，而在消防中的应用还处于探索阶段。本文通过对全国代表性城市消防物联网建设现状的阐述，浅析物联网技术在消防领域的应用趋势，对基于物联网的动态消防监控系统进行总体设计，并分析了该系统的体系架构、功能实现。以期通过总结现有优势、弥补缺点不足，运用新技术改革创新，达到完善物联网技术在消防领域中的应用的目的。

关键词：物联网 消防 系统 监控

1 引言

随着城市建设发展及物联网技术在各领域的普及，消防物联网在全国各地受到越来越多的关注。在本文中，通过考察几个省市消防领域物联网技术的应用情况，初步了解了其发展现状及趋势。本文重点对基于物联网的动态消防监控系统总体设计进行阐述。

2 物联网在消防领域应用现状及分析

北京市、江苏省、广东省、山西省等省市都相继开展了消防物联网的推广工作，目前国内有多家消防产品公司、信息技术公司等在消防物联网及远程监控系统上进行深入研究。例如北京城安盛邦网络科技有限公司研发的CFS—119NET城市消防物联网远程监控管理系统、海湾公司研制开发的GST119NET城市远程监控系统、北大青鸟城市消防远程监控系统、苏州思迪信息技术有限公司研发的消防设施巡检维护报警管理系统（含消防远程监控系统）等，都是已经成熟应用的几套系统。下面分别以南京市消防支队和北京海淀消防支队应用的两套系统做简要分析。

就江苏省南京市消防支队而言，初步在全市试点700家重点单位安装海湾公司用户信息传输装置，在支队一楼设立监控管理中心。目前全市范围内的远程监控系统已在逐渐完善中。增添远程监控系统后，加快了出警速度，加大了消防监控力度，全市的消防安全系数显著提高。

该系统功能如下：

1、告警受理

2、消防地理信息

3、消防安全管理

4、远程视频监控

5、对外数据接口

6、大屏幕、电视墙、LED显示系统

7、WEB远程查询

北京消防总队采用城安盛邦公司研发的城市消防物联网远程监控管理系统，利用物联网相关技术，增强了消防和相关部门对联网单位消防安全管理工作的监管能力，提高了消防联网单位自身的消防安全管理水平，对及时消除火灾隐患、发现和处置火情、减少火灾损失起到了重要的作用。

该系统功能如下：

1、火警接收

2、视频传输

3、运行状态采集

4、消防地理信息显示

5、自动在网检测

6、查询统计分析

南京市消防支队采用的消防远程监控管理系统与北京消防总队采用的城市消防物联网远程监控管理系统就整体而言均体现了前端感知、多模式传输、应用平台多功能等物联网系统的基本架构，但细化到各层技术而言与成熟应用物联网技术的物流、医疗、数字家庭、智能交通等领域相比还存在较大差距。

目前应用的各系统感知层大多直接从中控室获取现有信息，且只有中控室接收到的信息，对于一些存在火灾隐患或应当监控的部位并没有进行监控。比如消防水池水位高度、防火门启闭状态等。而将这些仅有的信号通过用户信息传输装置进行转换、传输，对于监控中心而言其功能也就局限于火警处理以及部分消防设施运行状态的监控。对潜在威胁难以深入监测。对于一栋建筑而言，如何全面监测与防火、灭火相关联的状态、数据，或根据某些状态的变化预测火灾发生的可能，都与感知层传感器的类别选择、布置位置、数量息息相关。我国高度重视传感器技术的发展，目前能够形成产品的有2400多个品种[1]。研究合适的传感器类型是提高消防物联网性能的关键。

3 基于物联网的动态消防监控方案设计

通过比较各地区系统的运行现状，分析各系统优势与不足，为实现动态化、智能化、户籍化、网格化的管理要求，提出“基于物联网的动态消防监控”系统方案，该方案将依据物联网系统设计理念，采用物联网三级体系结构及相关技术，着实将物联网技术应用于消防领域。

3.1系统体系架构

物联网作为一个系统网络，与其他网络一样有其内部架构。物联网系统有三个层次：感知层、网络层和应用层。作为基于物联网的动态消防监控系统，可将其进一步细分为四个层次：感知层、网络层、平台层、应用层（见图1）。

其中感知层和网络层主要是硬件平台，而平台层和应用层由软件构成。感知层分为实时智能设备感知与动态人员感知两部分组成；网络层包括无线通信网络、公安消防专网和互联网；平台层包含网络化通信、信息存储、管理和四个部分；应用层包括火灾报警处理、建筑消防设施管理（运行状态监控及维护保养）、隐患检查整改、安全评价、用户服务五个功能[2]。

3.2系统各层架构

1、感知层

系统感知层分为两部分：其中可直接接入物联网络，实时采集相关数据的在线设备包括火灾探测报警系统、各类灭火系统（自动喷水灭火系统、水喷雾（细水雾）灭火系统（泵供水方式）、气体灭火系统、细水雾灭火系统（压力容器供水方式）、泡沫灭火系统、干粉灭火系统）、消防联动控制器、防排烟系统、防火门及卷帘系统、消防电梯、消防水池、消防应急广播、消防应急照明和疏散指示标志系统、消防电源、全景视频监控系统、无线火灾传感器节点、消防管网水压传感器节点等。另外不能直接通过探测器监控的设施如消火栓、灭火器等需要采用人工巡视的方法，并使用连入物联网的手持终端设备及时上传消防设施状态等图文资料。另外手持终端设备也用于巡查员在发现火灾隐患后及时上报，上传现场图像。通过在线探测器和巡查员相互配合的方式形成了因地制宜、全面覆盖的动态火灾监控系统感知层。

将感知层涉及到的方面根据人员、地点、事件展开如图2所示：

2、网络层

网络层的主要功能是实现本系统的数据传输，其功能的实现主要是建立在现有的网络基础设施之上，利用现有的通信手段和通信能力实现各智能终端间的数据传输。物联网系统在网络层采用的通信方式包括无线通信和有线通信两种，用于本系统的通信网络包括无线公用网络（3G、4G、GPRS、CDMA）、共用互联网络（Internet）、宽带或企业内部网络、卫星通信网、监控专网、虚拟专用网络（VPN）、公用电话网（PSTN）、消防公安网等。网络层的传输主要包括两段、分别是感知层终端到中控室信息转换装置的传输，以及中控室信息转换装置到支队监控管理中心的传输。在这两段传输过程中都会采用无线通信方式与有线通信方式（见图3）。

对于无线通信，可根据覆盖范围的大小选择不同的方式。对于小范围应用，主要使用短距离无线通信标准网络：如蓝牙、RFID等以及组合形成的无线网状网；对于应用范围较大的，无线通信方式则采用3G、4G、GPRS/CDMA等蜂窝网以及长距离GPS卫星移动通信网[3]。

对于有线通信，短距离传输可利用各种现场总线、PLC电力线载波等网络；长距离有线通信则需要支持IP协议的网络，包括计算机网络、电信网和有线电视网等。

为了确保相关信息的可靠传输，各单位中控室接收到的信息（包括火警信息、消防设施运行状态信息、隐患上报信息、视频信息等）向消防支队通信中心传输使用的网络主要采用公共宽带网络及GPRS移动数据网络，主要传输报警信息、设备状态信息（故障信息、动作信息）和现场视频信息（视频信息的传输需使用局域网或宽带网络）。

在消防支队内部的各个部门、信息中心、指挥中心通过内部局域网接入到通信中心。以通信中心为枢纽，通过其信息交换、消息传递机制，消防支队各部门间、通信中心同外部探测器、节点之间能够实现实时、可靠地信息流通[4]。

3、平台层

基于物联网的动态消防监控系统平台层在感知层、网络层和服务器计算资源的基础上，提供实现该系统基本功能的各项基础服务。平台层由数据存储平台和平台服务组成，数据存储平台通过数据服务接口同平台服务相连接，为主动信息显示和决策提供了支持。

数据存储平台分为数据库与分析型数据库。分析型数据库是在数据库的基础上通过对数据的分析挖掘得到的。其中数据库中保存的数据可根据管理对象的不同分为以下四方面：资源管理、用户管理、安全管理、任务管理。其中资源管理存储的数据包括网络拓扑、城市地图、多媒体信息等；用户管理包括联网单位基础信息、建筑物基本情况、平面图、消防设施数量种类等；安全管理包括智慧设备信息、警情事件等；任务管理包括指挥信息机信息等数据。在此基础上进而形成包含消防管理数据、消防防控数据、应急联动数据、安全评估数据的分析型数据库。

平台服务提供了动态火灾监控系统报警服务、视频服务、运行状态信息分析服务、智能判断服务、终端控制服务、报表服务、WEB服务、决策支持服务、综合态势分析服务、信息服务以及其他各项服务。

4、应用层

针对本系统的功能要求，分别在支队、总队设立二级监控管理中心和一级监控管理中心，分别对管辖范围内联网的各消防重点单位、消防重点部位进行实时监控。应用层提供的功能主要可以分为：火灾报警处理、建筑消防设施管理（运行状态监控及维护保养）、隐患检查整改、安全评价、用户服务五个方面。

3.3系统功能介绍

基于物联网的动态消防监控系统是利用物联网应用的技术思想，采用专用网络、宽带网络、GPRS移动数据网络等多种联网方式将分散在城市中各个建筑内部的火灾自动报警、消防联动控制、消防水系统、电气火灾、视频监控、防盗报警、消防巡更、重点部位和消防设施的RFID管理等系统联成网络[5]。通过实时对联网建筑物内前端感知设备（如感温探测器、感烟探测器、消防水系统传感器、可燃气体探测器、电气火灾探测器、感温电缆探测器、视频图像等）的报警信息和运行状态信息进行数据采集、数据传输、数据处置、数据查询、数据分析、信息，实现城市消防重点单位的动态化、智能化、户籍化、网格化管理，从而提高消防设施的运行率和完好率，降低火灾隐患，保障人民生命财产安全[6]。

使用该系统的用户包括消防支队二级监控管理中心管理人员、消防总队一级监控管理中心管理人员，维保公司、设备厂家和保险公司，联网用户。使用人员可以根据权限的不同登陆该系统实现各自功能。以下根据用户分别介绍该系统功能。

1、管理中心管理人员：

1）火灾报警处理

* 显示报警点详细文字信息，包括：警情类别、报警单位名称、地址、报警点所在楼层号、房间号、探测器编码（或二次码）、所属辖区及该单位相关人员的联系方式等；

* 显示报警点详细地理信息，包括：报警点在区域图的位置、报警用户外景图、报警点在楼层平面图的位置、救生通道部位图、消防水源分布、消防设施配置及其产品型号、生产厂家、安装调试和维修单位等；

* 对火灾报警信息进行核实和确认，确认后将报警信息向119指挥中心传送。

2）建筑消防设施运行状态监控

* 消防联动控制系统状态监控

* 消防水系统状态监控

* 电气火灾监控

* 气体灭火系统状态监控

* 消防巡更

* 重点部位和消防设施的RFID管理系统

3）视频监控

* 将与报警点对应的视频图像通过宽带网络传送到监控管理中心，实现火警信息确认；

* 用户信息传输装置收到报警信息后，自动启动视频传输设备，将与报警点相关联的视频图像传送到监控管理中心；

* 主动调取现场图像；

4）消防安全管理

以重点单位为监控对象，包括单位的基本情况、消防档案、水源情况、消防器材装备、单位平面图、灭火和应急疏散预案及演练记录，以及单位上传的防火工作月报和监督检查人员对该单位的消防巡查记录、下发的各项通知。消防管理部门可以通过internet对重点单位实现户籍化管理模式。

2、维保公司、设备厂家：

1）监控管辖建筑消防设施运行状态

2）掌握管辖建筑消防安全信息

3）维保信息

3、联网单位：

联网单位可以通过internet直接访问监控中心的WEB服务器，使用授权账户，可以查看本单位消防设施的运行情况、传输装置情况、人员值班情况等。

4 结语

本系统在物联网三层体系结构的基础上划分为四层架构，细致分析了每层的功能与技术实现，完成了基于物联网的动态消防监控方案的总体设计。在此基础上应着力于该方案感知层与网络层的详细设计，包括感知层传感器类型、网络层传输方式等。应通过进一步的研究使该方案更具实用性。

参考文献

[1] 吴曼青. 物联网与公共安全. 北京： 电子工业出版社2012.9 .

[2] 吴东成， 徐久强， 张云州. 物联网技术与应用. 北京：科学出版社2012 .

[3] 张辉， 陈古典. 基于物联网的城市消防远程监控系统[J]. 信息化研究.2010，（10） .

[4] 周霞， 薛晓磊. 基于物联网技术的消防安全系统的设计[J]. 数字技术与应用. 2010，（3） .

[5] 张方风， 申贵成. 我国物联网发展思考[J]. 计算机系统应用. 2011，20（3）： 247 -251.

作者简介：李梦颖，女，山西太原人，1989年11月出生，现为中国人民武装警察部队学院安全工程专业工程硕士。