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淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2021-06-10 [1610]

鮑靜君

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214400

  【摘要】隨著時(shí)代的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,智慧時(shí)代這一理念被正式提出,消防系統(tǒng)作為國(guó)家公共安全行業(yè)的基礎(chǔ),基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用是現(xiàn)階段的工作內(nèi)容。本文首先簡(jiǎn)單了解了智慧消防系統(tǒng)總體架構(gòu)搭建方法及系統(tǒng)組成,然后從操作功能、通信功能、數(shù)據(jù)處理、其他功能、軟件平臺(tái)等方面對(duì)智慧消防系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)設(shè)計(jì)完成的智慧消防系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)分析具體性能。

  關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)  智慧消防系統(tǒng)  操作功能  通信功能

  隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會(huì)不斷進(jìn)步,但是其他方面的社會(huì)問(wèn)題卻逐漸凸顯出來(lái),其中消防救援行業(yè)問(wèn)題凸顯。在信息技術(shù)革命不斷發(fā)展的今天,利用信息技術(shù)、通訊技術(shù)等現(xiàn)代化手段實(shí)現(xiàn)消防救援信息化建設(shè),對(duì)消防工作實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理,是消防救援現(xiàn)階段的工作。國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐證明,智慧消防系統(tǒng)在消防工作中可以發(fā)揮出巨大的作用,是未來(lái)現(xiàn)代化消防發(fā)展的主要趨勢(shì),應(yīng)該得到優(yōu)先的發(fā)展。

  一、智慧消防系統(tǒng)總體架構(gòu)搭建方法

  智慧消防系統(tǒng)是當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的主要趨勢(shì),對(duì)消防行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展具有這十分重要的促進(jìn)作用,智慧消防系統(tǒng)是基于柵格化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建而成,借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)自感知、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò),本文設(shè)計(jì)的智慧消防系統(tǒng)總體架構(gòu)搭建方法以及系統(tǒng)組成包括:

  1、智慧消防系統(tǒng)采用的體系架構(gòu)是面向服務(wù)對(duì)象的,結(jié)合了云計(jì)算技術(shù),實(shí)現(xiàn)了音視頻數(shù)據(jù)交互等核心功能。

  2、在智慧消防系統(tǒng)中采用了統(tǒng)一的接入標(biāo)準(zhǔn),其中還兼容了 SIP、H.323、Oonvif、PSIA等協(xié)議,也正是通過(guò)這些協(xié)議改變了音視頻數(shù)據(jù)原有的接入方式, 成為了 IP 網(wǎng)絡(luò)接入方式。

  3、智慧消防系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源被無(wú)級(jí)別放置在云服務(wù)平臺(tái)上,不同的單位可以受地域、級(jí)別的限制,調(diào)度資源,實(shí)現(xiàn)了資源共享。

  4、在智慧消防系統(tǒng)中,根據(jù)不同任務(wù)用戶的實(shí)際需要,建立了預(yù)設(shè)組網(wǎng)功能,基于這種功能,可以在網(wǎng)絡(luò)上臨時(shí)召開不同的會(huì)議。

  5、智慧消防系統(tǒng)中采用的是計(jì)劃指揮平臺(tái),這種基于流程化思想研發(fā)的出來(lái)的平臺(tái),可以有效解決傳統(tǒng)消防工作指揮過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。

  6、智慧消防系統(tǒng)中可以根據(jù)用戶權(quán)限調(diào)整平臺(tái)權(quán)限,以此形成網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng),保證消防工作開展過(guò)程中調(diào)度、指揮的順利進(jìn)行。

  除此之外,還形成了多屏畫面的遠(yuǎn)程同步技術(shù)、執(zhí)勤管理系統(tǒng)、音視頻數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及語(yǔ)音保底通信功能。

  二、智慧消防系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

  智慧消防系統(tǒng)中硬件是軟件的載體,在監(jiān)控平臺(tái)中包括了 ARM 處理器和CAN 通信模塊、存儲(chǔ)模塊、語(yǔ)音模塊、顯示模塊、矩陣鍵盤、調(diào)試串口、SD 卡模塊、網(wǎng)口模塊等部分,其中 ARM 處理器是核心控制模塊。

 ?。ㄒ唬┎僮鞴δ茉O(shè)計(jì)

  本文以智慧消防系統(tǒng)中監(jiān)控平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)為例,進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)分析,智慧消防系統(tǒng)的首要原則就是要保證操作簡(jiǎn)便,要盡可能地簡(jiǎn)化人員的操作步驟,因此監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)該提供可視化的操作界面以此幫助操作人員更快的完成操作,圖 1 為智慧消防系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)軟件中的操作界面功能。

圖 1 智慧消防系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)軟件中的操作界面功能

 ?。ǘ┩ㄐ殴δ茉O(shè)計(jì)

  在智慧消防系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)中通信功能的實(shí)現(xiàn)也非常重要,對(duì)于智慧消防系統(tǒng)而言,重要的就是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)有效性。在智慧消防系統(tǒng)中監(jiān)控平臺(tái)和終端設(shè)備一般會(huì)采用 CAN 總線的方式進(jìn)行通信,但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中,非常容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況??紤]到這個(gè)問(wèn)題,本文在設(shè)計(jì)時(shí),采用了 FIFO+Hash 算法,這種解決方案可以對(duì) CAN 總線傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理,然后采用多線程的方式對(duì) A 線程進(jìn)行循環(huán)讀取,并且將讀取到的CAN 數(shù)據(jù)插入到設(shè)定好的 FIFO 隊(duì)列中。B 線程則對(duì) FIFO 隊(duì)列進(jìn)行出隊(duì)操作,從而有效解決 CAN 數(shù)據(jù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟包問(wèn)題。

 ?。ㄈ?shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)

  在智慧消防系統(tǒng)中監(jiān)控平臺(tái)和管理平臺(tái)之間涉及到大量的業(yè)務(wù),因此不同的業(yè)務(wù)的通信方式不同,數(shù)據(jù)處理也不同,在終端設(shè)備上,需要對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行分析處理。尤其是在分析火災(zāi)情況時(shí),需要智慧消防系統(tǒng)中的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)在一時(shí)間動(dòng)起來(lái),因此數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析設(shè)置都需要形成明確的設(shè)置。不僅如此,在平臺(tái)上的信息都會(huì)進(jìn)行統(tǒng)一管理,以此解決了傳統(tǒng)消防工作中出現(xiàn)的記錄不完整問(wèn)題,避免消防過(guò)程中因?yàn)樾畔⑷笔?,而錯(cuò)過(guò)搶險(xiǎn)時(shí)機(jī)。除了上述三點(diǎn)內(nèi)容之外,其他功能設(shè)計(jì)也十分重要,在監(jiān)控平臺(tái)中,還要實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送以及聯(lián)網(wǎng)報(bào)警功能,以此才能夠保證數(shù)據(jù)的正確性。

 ?。ㄋ模┸浖脚_(tái)設(shè)計(jì)

  綜上所述,在設(shè)計(jì)智慧消防系統(tǒng)時(shí),要選擇功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性較高、開發(fā)周期較短的操作系統(tǒng),還要盡可能的降低開發(fā)成本,因此,智慧消防系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)搭建一般選擇 Linux內(nèi)核進(jìn)行,編程語(yǔ)言程序采用 QT 語(yǔ)言,開發(fā)環(huán)境為 QtCreator2.4.1,交叉編譯器采 用 arm-linux-gcc-4.4.1。 首先在虛擬機(jī)上進(jìn)行開發(fā),在開發(fā)成功后,在進(jìn)行交叉編譯,將開發(fā)成功的程序移植到 ARM 板上。

  三、智慧消防系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)測(cè)試應(yīng)用

 ?。ㄒ唬┰囼?yàn)測(cè)試環(huán)境構(gòu)建

  在完成智慧消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后,還要進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的使用情況,系統(tǒng)功能測(cè)試主要是根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試,主要采用的是黑白盒測(cè)試方法。軟件環(huán)境中包括 IAR 開發(fā)軟件、串口調(diào)試助手等,硬件環(huán)境包括電源適配器、溫度、濕度、煙霧濃度傳感設(shè)備等。在完成具體的構(gòu)建工作后,就可以在虛擬機(jī)上運(yùn)行 Linux 操作系統(tǒng)。

  (二)軟件功能的測(cè)試

  根據(jù):操作界面功能測(cè)試、通信測(cè)試和數(shù)據(jù)分析處理功能測(cè)試的結(jié)果顯示,本文設(shè)計(jì)出來(lái)的智慧消防系統(tǒng)可以通過(guò)模擬火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況,引入干擾源,在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的,數(shù)據(jù)前后一致,通信正常,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高,也沒有出現(xiàn)丟包的情況,同時(shí),數(shù)據(jù)處理也可以正常運(yùn)行。比如,將智慧消防系統(tǒng)應(yīng)用在消防監(jiān)督工作中,可以改變傳統(tǒng)的消防監(jiān)督模式,相關(guān)人員可以登錄這個(gè)系統(tǒng),查詢有關(guān)單位的消防設(shè)施情況,明確不同場(chǎng)所中的消防信息,包括: 疏散通道、消防水源的具體位置,還可以對(duì)消防產(chǎn)品的維護(hù)情況、使用情況等信息進(jìn)行的了解。對(duì)于智慧消防系統(tǒng)來(lái)講,只有建立起來(lái)消防物聯(lián)網(wǎng),才能夠建立起相應(yīng)的智慧功能。那么首先就要收集掌握智慧消防所需要的信息數(shù)據(jù),并且建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和協(xié)議, 基于此,才能夠進(jìn)一步組建相應(yīng)的智慧消防系統(tǒng),更好的為社會(huì)服務(wù)。

  四、安科瑞智慧消防服務(wù)云平臺(tái)介紹

  4.1 安科瑞消防云平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)

  消防設(shè)備管理子系統(tǒng)

  消防水子系統(tǒng)

  電氣火災(zāi)子系統(tǒng)

    防排煙子系統(tǒng)

  消防設(shè)備電源子系統(tǒng)

  防火門子系統(tǒng)

  視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

  應(yīng)急照明和疏散子系統(tǒng)

  電能管理子系統(tǒng)

  APP子系統(tǒng)

  4.2安科瑞智慧云平臺(tái)系統(tǒng)功能介紹

  消防設(shè)備模塊

  1、系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)簽感知消防設(shè)施位置狀態(tài)消息

  2、把消防設(shè)施的購(gòu)買時(shí)間、到期時(shí)間、安裝時(shí)間、負(fù)責(zé)人、巡檢次數(shù)等信息都錄入到數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中

  3、可以分門別類地對(duì)消防設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理;生成消防設(shè)備臺(tái)賬。

  消防水模塊

  1、消防水源的水位和水壓監(jiān)測(cè)儀表,通過(guò)GSM400上傳

  2、消防水位水壓探測(cè),判斷是否漏水、開蓋等事件,當(dāng)消防水壓不夠,管網(wǎng)漏水時(shí),用手機(jī)app推送、短信等方式及時(shí)通知相關(guān)人員及時(shí)維修維護(hù),保證消防安全

  3、實(shí)時(shí)采集水泵控制柜電源、故障、啟停和手/自動(dòng)狀態(tài)信息;實(shí)時(shí)采集主管網(wǎng)實(shí)時(shí)壓力信息;在各閥門處安裝傳感器,實(shí)時(shí)采集各閥門狀態(tài)

  防排煙模塊

  1、目前可接入鑫豪斯/眾山(UDP)和嘉德/??低暎∟B平臺(tái))的NB煙感,也可以接入485輸出的煙感,通過(guò)GSM400上傳

  2、系統(tǒng)通過(guò)高靈敏的無(wú)線煙感報(bào)警裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧、可燃?xì)怏w進(jìn)行監(jiān)測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)報(bào)警值,通過(guò)設(shè)備的標(biāo)簽、地理位置定位,用手機(jī)app推送、短信等方式及時(shí)通知相關(guān)人員,讓相關(guān)人員獲知相關(guān)位置的火災(zāi)隱情。

  消防電源模塊

  1、實(shí)時(shí)監(jiān)控消防系統(tǒng)各個(gè)部分的電源工作狀態(tài),確保消防設(shè)備供電正常,并對(duì)各個(gè)回路的過(guò)流、短路、斷路等故障報(bào)警提示

  2、可長(zhǎng)期記錄電壓電流的歷史曲線,通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析,對(duì)可能產(chǎn)生問(wèn)題的隱患進(jìn)行預(yù)測(cè)。

  防火門模塊

  1、通過(guò)與門禁報(bào)警、視頻識(shí)別的關(guān)聯(lián),實(shí)時(shí)監(jiān)控消防通道們的關(guān)閉及消防通道堆放物的情況

  2、根據(jù)消防通道們的關(guān)閉及消防通道堆放物的情況,可實(shí)現(xiàn)緊急情況下的開閉。

  視頻監(jiān)控模塊

  1、用??滴炇破脚_(tái)進(jìn)行接入

  2、數(shù)據(jù)中心收到感應(yīng)端各個(gè)子系統(tǒng)報(bào)警信息后,可調(diào)出報(bào)警詳細(xì)信息查看報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)視頻輔助進(jìn)行火情確認(rèn)。

  3、實(shí)現(xiàn)各個(gè)火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)之間的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了報(bào)警點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)之間的聯(lián)動(dòng)。

  五、安科瑞智慧消防服務(wù)云平臺(tái)推薦配置

  5.1 平臺(tái)服務(wù)器:建議按照我方推薦配置購(gòu)買,或者客戶自己租用阿里云資源。

序號(hào)

名稱

型號(hào)、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1

數(shù)據(jù)服務(wù)器

Dell R730 CPU:E5-2620 內(nèi)存:32G  硬盤容量:4*1.2T(SAS 1萬(wàn)轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5

臺(tái)

1

甲供,供參考

2

WEB服務(wù)器

Dell R730 CPU:E5-2603 內(nèi)存:16G 硬盤容量:3*300G(SAS 1萬(wàn)轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5

臺(tái)

1

甲供,供參考

3

操作系統(tǒng)

Windows Server 2016 R2

2

甲供,供參考

4

數(shù)據(jù)庫(kù)

MYSQL,REDIS,MONGODB

3

開源方案

5

數(shù)據(jù)流量卡

需加SIM卡,SIM卡甲供

個(gè)

1


6

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

華為(HUAWEI)S1728GWR-4P-AC,24口千兆交換機(jī)

臺(tái)

1

甲供,供參考

  推薦硬件配置清單:(如申請(qǐng)阿里云可忽略)

  5.2 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)推薦硬件配置清單:

序號(hào)

名稱

型號(hào)、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1

剩余電流監(jiān)控探測(cè)器

ARCM系列,一路剩余電流,4路溫度,三相電流、電壓、功率、電能

1

安科瑞

剩余電流互感器

AKH-0.66/L L-45(0-100A)

1

安科瑞

剩余電流互感器

AKH-0.66/L L-80(100-250A)

1

安科瑞

剩余電流互感器

AKH-0.66/L L-100(250-400A)

1

安科瑞

線纜溫度傳感器

ARCM-NTC

4

安科瑞

2

無(wú)線傳輸模塊

AF-GSM400-4G,需加SIM卡,SIM卡甲供

1

安科瑞

3

滅弧式保護(hù)器

ASCP200-1

1

安科瑞

4

故障電弧探測(cè)器

AAFD-40

1

安科瑞

5

電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)

Acrel-6000/B

1

安科瑞

6

消防設(shè)備電源監(jiān)控主機(jī)

AFPM100/B1

1

安科瑞

7

防火門監(jiān)控主機(jī)

AFRD100/B

1

安科瑞

8

應(yīng)急照明與疏散指示主機(jī)

A-C-A100

1

安科瑞

9

火災(zāi)報(bào)警主機(jī)

甲供

1

其他品牌

10

用戶信息傳輸裝置

JK-GH2013G,用于火災(zāi)報(bào)警主機(jī)上傳

1

藍(lán)天電子

11

視頻

螢石云CS-C5C-3B1WFR,CS-C6TC-32WFR,樂(lè)橙云品牌攝像機(jī)TP2E

1

??低?大華

12

NB煙感

海康煙感 NP-FDY100-N ,嘉德煙感 jd-sd51,NB卡甲供

1

???嘉德

13

NB可燃?xì)怏w探測(cè)器

可燃?xì)怏w探測(cè)器  JD-GD10

1

嘉德

14

智能空開(帶計(jì)量,遠(yuǎn)程通斷)

NL200-IB1L

1

索創(chuàng)

15

水壓水位監(jiān)測(cè)器

TK-82系列,SIM卡甲供

1

泰科

  注:以上配置為針對(duì)1個(gè)回路選型,其中剩余電流互感器應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回路電流大小選擇,根據(jù)實(shí)際三選一。

  六、產(chǎn)品介紹

  6.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

圖示

型號(hào)

U/I/P

電度

剩余電流

溫度

DO

2G/4G

Modbus-RTU

ARCM300T-Z-2G/4G/NB

1路

4路

1路

1路

1路

ARCM300T-UI-2G/4G/NB

——

1路

2路

1路

1路

1路

ARCM300D-Z-2G/4G/NB

1路

3路

1路

1路

1路

ARCM300-J1

——

——

1路

3路

1路

外接

1路

ARCM300-J4

——

——

4路

——

1路

外接

1路

ARCM200L-UI

 

1路

4路

1路

外接

1路

ARCM200L-Z

1路

4路

1路

外接

1路

ARCM200L-Z2

1路

4路

1路

外接

1路

ARCM200L-J4T4

——

——

4路

4路

1路

外接

2路

ARCM200L-J8

——

——

8路

——

1路

外接

1路

ARCM200L-J16

——

——

16路

——

1路

外接

1路

ARCM200L-J8T8

——

——

8路

8路

1路

外接

1路

ARCM200L-T16

——

——

——

16路

1路

外接

1路

ARCM200BL-J1

——

——

1路

3路

1路

外接

1路

ARCM200BL-J4

——

——

4路

——

1路

外接

1路

  ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網(wǎng)絡(luò)上傳,單表流量說(shuō)明:

  上傳間隔一分鐘, 小于30M/月;

  上傳間隔二分鐘,小于15M/月;

  上傳間隔五分鐘,小于10M/月

  6.2 ARCM300D產(chǎn)品介紹

  ARCM300D 智慧用電在線監(jiān)控裝置是針對(duì) 0.4kV 以下的 TT、TN 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能電力裝置,具有的單相交流電測(cè)量、遙信輸入、遙信輸出功能,以及 RS485 通訊或 GPRS 無(wú)線通訊功能,通過(guò)對(duì)配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)實(shí)施監(jiān)控和管理。

  產(chǎn)品采用的微控制器技術(shù),集成度高,體積小巧,安裝方便,集智能化,數(shù)字化,網(wǎng)絡(luò)化于身,是建筑監(jiān)控裝置預(yù)防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預(yù)估等的理想選擇。同時(shí)將原有 RS485 通訊升級(jí)為 GPRS 無(wú)線通訊方式,解決了現(xiàn)場(chǎng)布線難的情況,提高工作效率。作為種的智能化、數(shù)字化的采集元件,該智能裝置已廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。

  七、結(jié)語(yǔ)

  綜上所述,當(dāng)代消防行業(yè)應(yīng)該利用信息技術(shù)以及通訊技術(shù),建立健全智慧消防系統(tǒng)。智慧消防系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以為消防工作贏得更多的時(shí)間,降低火災(zāi)帶來(lái)的危害,同時(shí)智慧消防系統(tǒng)也可以降低消防行業(yè)的成本, 讓消防行業(yè)得到發(fā)展。經(jīng)過(guò)具體的試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),本文從操作功能、通信功能、數(shù)據(jù)處理、軟件平臺(tái)這些方面設(shè)計(jì)出來(lái)的智慧消防系統(tǒng)符合消防行業(yè)的需求,可以實(shí)現(xiàn)消防行業(yè)中的基礎(chǔ)功能。