王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

【摘要】本文提出了一種基于云平臺(tái)的新型智慧消防控制系統(tǒng)，在保障基礎(chǔ)消防控制系統(tǒng)綜合集成的同時(shí)基于云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)人員的定位與數(shù)量統(tǒng)計(jì)，建立建筑物BIM模型基于zigbee技術(shù)為被困人員制定合理的疏散路線(xiàn)；節(jié)點(diǎn)工作情況、火災(zāi)情況皆可以在移動(dòng)端實(shí)時(shí)反饋，可以輔助消防員準(zhǔn)確救援。大大提高了逃生與救援效率，避免火災(zāi)產(chǎn)生更大的損失。 

【關(guān)鍵詞】智慧消防；云平臺(tái)；zigbee

1 概述       

      在“智慧物聯(lián)"“云計(jì)算"技術(shù)高速發(fā)展的今天，消防作為保證人身安全的重要環(huán)節(jié)理應(yīng)引起人們的重視。而目前大多數(shù)消防監(jiān)控方法仍為在消防控制室設(shè)工作人員 24 小時(shí)值班，這樣的模式在一定程度上執(zhí)行困難，并存在安全隱患。同時(shí)現(xiàn)有的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)存在各個(gè)設(shè)施孤立運(yùn)行的情況，不能做到互通信息、及時(shí)反饋、協(xié)調(diào)運(yùn)行的要求，反而給消防系統(tǒng)的管理帶來(lái)了更多問(wèn)題。該系統(tǒng)在將基礎(chǔ)消防控制系統(tǒng)靈活優(yōu)化整合的基礎(chǔ)上，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、監(jiān)控、定位救援、規(guī)劃逃生路線(xiàn)的功能，同時(shí)可在云端監(jiān)控，節(jié)省了人力資源的同時(shí)也大大提高了火災(zāi)監(jiān)控的效率與精準(zhǔn)輔助消防救援的能力。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

      系統(tǒng)總體方案：        該系統(tǒng)由應(yīng)用層、綜合顯示層與感知執(zhí)行層構(gòu)成。感知執(zhí)行層連接溫度傳感器、感煙探測(cè)器等各種探測(cè)器組成各個(gè)子系統(tǒng)，判斷節(jié)點(diǎn)運(yùn)行情況以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的消防監(jiān)控報(bào)警功能。感知執(zhí)行層可將信息發(fā)送給綜合顯示層顯示在綜合顯示器上并上傳至應(yīng)用層。其中應(yīng)用層由云平臺(tái)端與手機(jī)客戶(hù)端組成，云平臺(tái)端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物 BIM 模型的建立與發(fā)生火災(zāi)后計(jì)算、規(guī)劃路徑的功能；同時(shí)移動(dòng)設(shè)備也可以接收云平臺(tái)發(fā)送的信息從而進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖       

       在感知執(zhí)行層各個(gè)傳感器模塊發(fā)送存活數(shù)據(jù)包，然后周期性的上傳傳感器的數(shù)據(jù)至綜合顯示層，綜合顯示層的信息也可以與感知層交互，子控制器收到后，執(zhí)行相應(yīng)的操作。TCP協(xié)議把數(shù)據(jù)上傳給ARM CORTEX A9服務(wù)器，服務(wù)器中的線(xiàn)程1通過(guò)TCP收發(fā)數(shù)據(jù)，線(xiàn)程 2對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，線(xiàn)程3開(kāi)辟共享內(nèi)存，把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)放入共享內(nèi)存中，線(xiàn)程4把數(shù)據(jù)存放在sqlite3數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)運(yùn)行BOA服務(wù)器，通過(guò)CGI程序?qū)eb瀏覽器數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)雙向通信，網(wǎng)頁(yè)Web瀏覽器上實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)與控制功能。在應(yīng)用層：云服務(wù)器進(jìn)行路徑規(guī)劃、BIM 三維建模與zigbee定位，用來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)逃生與救援功能同時(shí)也可與手機(jī)APP實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)同步顯示。 消防監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)：基礎(chǔ)的火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控功能是重中之重，提供完善的基礎(chǔ)性保障是智慧消防的根基。本系統(tǒng)將消防監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)下分幾個(gè)子系統(tǒng)：（1）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；（2）風(fēng)控制系統(tǒng)；（3）防火門(mén)系統(tǒng)；（4）水控制系統(tǒng)。

3 綜合控制器設(shè)計(jì)         

       本系統(tǒng)選擇ARM CORTEX A9處理器，為了接收zigbee端的定位信息，在服務(wù)器ARM CORTEX A9的主進(jìn)程中創(chuàng)建多個(gè)線(xiàn)程，每個(gè)線(xiàn)程單獨(dú)執(zhí)行相應(yīng)功能。線(xiàn)程1創(chuàng)建TCP服務(wù)端，接受信息并可以反饋指令。線(xiàn)程2對(duì)接受的信息進(jìn)行歸納處理并存儲(chǔ)。線(xiàn)程3創(chuàng)建共享內(nèi)存，可以接受從網(wǎng)頁(yè)發(fā)來(lái)的信息。線(xiàn)程4首先對(duì)串口進(jìn)行初始化，然后每隔80毫秒從串口接收 zigbee數(shù)據(jù)。線(xiàn)程5對(duì)zigbee 信息進(jìn)行分析，計(jì)算出計(jì)算點(diǎn)的信息，執(zhí)行定位功能。結(jié)構(gòu)功能如圖2所示。

圖2 綜合控制器設(shè)計(jì)框圖 

4 BOA服務(wù)器與WE頁(yè)面設(shè)計(jì)

4.1 BOA服務(wù)器        

      本系統(tǒng)在ARM CORTEX A9上搭建BOA服務(wù)器，利用綜合顯示屏功能，對(duì)工作情況進(jìn)行顯示。BOA是一種非常小巧的Web服務(wù)器，其可執(zhí)行代碼只有大約60KB左右。作為一種單任務(wù)Web服務(wù)器，BOA只能依次完成用戶(hù)的請(qǐng)求，而不會(huì)fork出新的進(jìn)程來(lái)處理并發(fā)連接請(qǐng)求。但BOA支持CGI，能夠?yàn)镃GI程序fork出一個(gè)進(jìn)程來(lái)執(zhí)行。但經(jīng)過(guò)對(duì)BOA源碼的分析可以看出，BOA 服務(wù)器將根據(jù)瀏覽器地址欄中輸入的文件路徑調(diào)用相應(yīng)的CGI程序或靜態(tài)頁(yè)面顯示在瀏覽器中。這種方式使入侵者很容易找到源文件，隱蔽性和安全性很差所以這里在對(duì)Boa源碼進(jìn)行修改。在源代碼判斷是否CGI程序之前添加判斷：如果文件路徑(req→pathname)的后綴代表本系統(tǒng)的靜態(tài)頁(yè)面，則將其修改為實(shí)際CGI程序所在路徑，并更改is_cgi變量為“CGI"。經(jīng)過(guò)這樣修改后，程序會(huì)調(diào)用CGI程序的處理函數(shù)init_cgi()，使原本的靜態(tài)請(qǐng)求變成動(dòng)態(tài)的CGI請(qǐng)求。

4.2 BOA服務(wù)器頁(yè)面設(shè)計(jì)與功能 

4.2.1 綜合定位功能        

      輸入網(wǎng)站地址可進(jìn)入服務(wù)器首頁(yè)，系統(tǒng)可根據(jù)zigbee定位，實(shí)現(xiàn)上述對(duì)被困人員的定位，在綜合顯示屏頁(yè)面上顯示人員位置如圖3綜合顯示屏定位系統(tǒng)頁(yè)面所示，便于消防員進(jìn)行救援。

圖 3 綜合顯示屏定位頁(yè)面

4.2.2 節(jié)點(diǎn)運(yùn)行顯示功能 

      STM32傳感器與CAN總線(xiàn)設(shè)計(jì)：        本系統(tǒng)中子節(jié)點(diǎn)采用STM32f103，工作頻率可達(dá)72Mhz,在存儲(chǔ)器的0等待周期訪(fǎng)問(wèn)時(shí)可達(dá)1.25DMips/MHZ。系統(tǒng)上電后芯片先進(jìn)行初始化，然后循環(huán)讀取傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確定目標(biāo)ID，封裝數(shù)據(jù)包，通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制子系統(tǒng)獲取報(bào)警信號(hào)，通過(guò)樹(shù)莓派發(fā)送信息，控制各個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作。在本系統(tǒng)中各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，可以保證穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)上電后，CAN總線(xiàn)進(jìn)行初始化，配置過(guò)濾器初始化CAN總線(xiàn)與數(shù)據(jù)包；隨后根據(jù)狀態(tài)判斷是否發(fā)送總線(xiàn)函數(shù)還是中斷（CAN總線(xiàn)可以通過(guò)兩個(gè)計(jì)數(shù)器：發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器TEC和接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器REC判斷處在是在主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)還是被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)。）如圖4所示為綜合顯示屏監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)頁(yè)面。

圖4 運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

4.3 Web 路徑規(guī)劃頁(yè)面

本系統(tǒng)選擇Apache作為Web服務(wù)器，Apache開(kāi)放源代碼，支持跨平臺(tái)并且易與手機(jī) APP 互聯(lián)。安裝Apache用到4個(gè)文件：httpd、apr、apr-util、pcre-8.40。這樣可以提高并發(fā)進(jìn)程的處理速度與數(shù)量。在路徑規(guī)劃系統(tǒng)頁(yè)面的人員位置處輸入著火點(diǎn)位置，該系統(tǒng)即可規(guī)劃逃生路線(xiàn)。逃生路線(xiàn)如圖5所示。

圖5逃生路徑規(guī)劃頁(yè)面

5 安科瑞智慧消防平臺(tái)介紹

5.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)

5.2平臺(tái)主要功能介紹

5.2.1首頁(yè)用戶(hù)登錄成功之后進(jìn)入首頁(yè)，如圖所示。主要展示的內(nèi)容有：項(xiàng)目概況、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備分類(lèi)、設(shè)備報(bào)警信息、報(bào)警分類(lèi)、報(bào)警統(tǒng)計(jì)、設(shè)備臺(tái)賬信息等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報(bào)警時(shí)可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

5.2.2消防子系統(tǒng)

     智慧消防管理云平臺(tái)包含了智慧用電子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、消防設(shè)備電源子系統(tǒng)、防火門(mén)子系統(tǒng)、消防設(shè)備管理子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等。智慧用電子系統(tǒng)可以接入電氣火災(zāi)、孤航電弧、電氣火災(zāi)主機(jī)、滅弧式保護(hù)器探測(cè)器和無(wú)線(xiàn)測(cè)溫探測(cè)器等。點(diǎn)擊智慧用電子系統(tǒng)進(jìn)入智慧用電監(jiān)控頁(yè)面，點(diǎn)擊菜單顯示整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)信息和該項(xiàng)目下的所有探測(cè)器的信息，點(diǎn)擊末級(jí)節(jié)點(diǎn)顯示具體探測(cè)器的監(jiān)控頁(yè)面。

       消防水子系統(tǒng)可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實(shí)時(shí)的監(jiān)控消防水管網(wǎng)的壓力、液位、是否漏水，以及開(kāi)蓋等事件，當(dāng)消防水壓不夠，管網(wǎng)漏水時(shí)，系統(tǒng)也能實(shí)時(shí)地發(fā)出警報(bào)，能讓相關(guān)人員及時(shí)維修維護(hù)，保障消防安全。防排煙子系統(tǒng)通過(guò)高靈敏的無(wú)線(xiàn)煙感報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)秒級(jí)檢測(cè)煙霧，一且發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)劇超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)閾值，APP、短信報(bào)警、統(tǒng)統(tǒng)上陣，通過(guò)設(shè)備的標(biāo)簽、地理位置定位，快速通知業(yè)主、物業(yè)消防單位是哪個(gè)位置的火災(zāi)隱情。

       消防設(shè)備電源子系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控消防系統(tǒng)各個(gè)部件（如消防報(bào)警主機(jī)、樓層顯示器、水泵、噴淋泵、電梯等）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)部件電源產(chǎn)生的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、斷路等故障報(bào)警提示?？砷L(zhǎng)期記錄電壓電流運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)對(duì)消防電源一段時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)可能產(chǎn)出問(wèn)題的隱患進(jìn)行警示。

       防火門(mén)子系統(tǒng)通過(guò)與門(mén)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、安全出口、生命通道防火門(mén)的開(kāi)閉及消防通道堆放物情況，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的開(kāi)閉控制等功能。確保防火門(mén)常閉、不上鎖狀態(tài)及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障安全的生活、工作環(huán)境。應(yīng)急照明與疏散指示子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)應(yīng)急燈具的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可準(zhǔn)確的給出安全的疏散路徑指示，智能打開(kāi)消防應(yīng)急指示燈的指示方向及應(yīng)急照明燈，幫助建筑內(nèi)的人群選擇逃生疏散路線(xiàn)，指引安全逃生方向。

      視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)部門(mén)收到感應(yīng)端各子系統(tǒng)報(bào)警信息后，可調(diào)出報(bào)警位置關(guān)聯(lián)的監(jiān)控?cái)z像頭圖像，查看報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)視頻輔助進(jìn)行火情確認(rèn)。實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警子系統(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(mén)子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)的聯(lián)動(dòng)。消防設(shè)備管理子系統(tǒng)能夠?qū)⒚總€(gè)建筑、項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)的所有消防設(shè)備和資產(chǎn)納入管理，對(duì)一些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊(duì)地址等著重標(biāo)注，日常的巡檢和維護(hù)都需要納入計(jì)劃，在緊急情況下，會(huì)聯(lián)動(dòng)GIS調(diào)度子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。

5.2.3隱患管理

      隱患管理功能包括了隱患查詢(xún)、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個(gè)模塊?？梢圆榭吹卿浻脩?hù)下的所有項(xiàng)目的隱患信息，并進(jìn)行派發(fā)和處理操作，且對(duì)所有隱患進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

5.2.4能耗分析

       能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比、能耗環(huán)比、能耗報(bào)表和能耗預(yù)測(cè)等五個(gè)模塊?？梢圆榭吹卿浻脩?hù)下的所有項(xiàng)目的能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比和報(bào)表，且按日、周、月等維度進(jìn)行能耗分析。

5.2.5手機(jī)APP

      APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶(hù)查看電氣火災(zāi)、防排煙、消防水、消防設(shè)備電源、防火門(mén)、消防設(shè)備管理、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警等子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、報(bào)警信息、能耗統(tǒng)計(jì)等。

5.3推薦配置

5.3.1平臺(tái)服務(wù)器：建議按照我方推薦配置購(gòu)買(mǎi)，或者客戶(hù)自己租用阿里云資源。推薦硬件配置清單：（如申請(qǐng)阿里云可忽略）

5.3.2系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)

推薦硬件配置清單：注：以下配置為針對(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

5.4產(chǎn)品介紹

電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

      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 結(jié)論 

      隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智慧消防也應(yīng)登上消防系統(tǒng)發(fā)展的舞臺(tái)，本系統(tǒng)對(duì)建筑物建立整體 BIM 模型，并將每層劃分為普通區(qū)域與逃生區(qū)域，根據(jù)云平臺(tái)上傳的消防數(shù)據(jù)并基于 Zigbee可實(shí)現(xiàn)對(duì)被困人員的定位并根據(jù)反饋的“著火點(diǎn)"避開(kāi)火情嚴(yán)重區(qū)域，從逃生區(qū)域規(guī)劃不同的逃生路線(xiàn)，并將逃生路線(xiàn)由云平臺(tái)直接發(fā)送至手機(jī)移動(dòng)端。由此可見(jiàn)，本系統(tǒng)不僅可以幫助人員逃生，還可以統(tǒng)計(jì)建筑物內(nèi)的人員數(shù)量信息，使輔助救援更加有效準(zhǔn)確。在移動(dòng)端實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)反饋建筑物運(yùn)行情況可以將火災(zāi)危險(xiǎn)降到很低，提高消防人員的工作效率，保證人們的人身與財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

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