淮亞利
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)綜合集成的同時基于云平臺實(shí)現(xiàn)對建筑物內(nèi)人員的定位與數(shù)量統(tǒng)計，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；節(jié)點(diǎn)工作情況、火災(zāi)情況皆可以在移動端實(shí)時反饋，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；zigbee
1 概述
在“智慧物聯(lián)”“云計算”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。同時現(xiàn)有的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)存在各個設(shè)施孤立運(yùn)行的情況，不能做到互通信息、及時反饋、協(xié)調(diào)運(yùn)行的要求，反而給消防系統(tǒng)的管理帶來了更多問題。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)自動報警、監(jiān)控、定位救援、規(guī)劃逃生路線的功能，同時可在云端監(jiān)控，節(jié)省了人力資源的同時也大大提高了火災(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
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、感煙探測器等各種探測器組成各個子系統(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)用層由云平臺端與手機(jī)客戶端組成，云平臺端可以實(shí)現(xiàn)對建筑物 BIM 模型的建立與發(fā)生火災(zāi)后計算、規(guī)劃路徑的功能；同時移動設(shè)備也可以接收云平臺發(fā)送的信息從而進(jìn)行實(shí)時監(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，zhi定子控制器收到后，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)器中的線程1通過TCP收發(fā)數(shù)據(jù)，線程 2對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，線程3開辟共享內(nèi)存，把數(shù)據(jù)實(shí)時放入共享內(nèi)存中，線程4把數(shù)據(jù)存放在sqlite3數(shù)據(jù)庫中，同時運(yùn)行BOA服務(wù)器，通過CGI程序?qū)eb瀏覽器數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)雙向通信，網(wǎng)頁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，用來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)逃生與救援功能同時也可與手機(jī)APP實(shí)時傳輸，同時，實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)同步顯示。
消防監(jiān)控報警系統(tǒng)：基礎(chǔ)的火災(zāi)報警監(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)控報警系統(tǒng)下分幾個子系統(tǒng)：(1)火災(zāi)報警系統(tǒng)；(2)風(fēng)控制系統(tǒng)；(3)防火門系統(tǒng)；(4)水控制系統(tǒng)。
3 綜合控制器設(shè)計
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)建多個線程，每個線程單獨(dú)執(zhí)行相應(yīng)功能。線程1創(chuàng)建TCP服務(wù)端，接受信息并可以反饋指令。線程2對接受的信息進(jìn)行歸納處理并存儲。線程3創(chuàng)建共享內(nèi)存，可以接受從網(wǎng)頁發(fā)來的信息。線程4首先對串口進(jìn)行初始化，然后每隔80毫秒從串口接收 zigbee數(shù)據(jù)。線程5對zigbee 信息進(jìn)行分析，計算出計算點(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)計框圖
4 BOA服務(wù)器與WE頁面設(shè)計
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只能依次完成用戶的請求，而不會fork出新的進(jìn)程來處理并發(fā)連接請求。但BOA支持CGI，能夠為CGI程序fork出一個進(jìn)程來執(zhí)行。但經(jīng)過對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)zhi定的靜態(tài)頁面，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)過這樣修改后，程序會調(diào)用CGI程序的處理函數(shù)init_cgi()，使原本的靜態(tài)請求變成動態(tài)的CGI請求。
4.2 BOA服務(wù)器頁面設(shè)計與功能
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，系統(tǒng)可根據(jù)zigbee定位，實(shí)現(xiàn)上述對被困人員的定位，在綜合顯示屏頁面上顯示人員位置如圖3綜合顯示屏定位系統(tǒng)頁面所示，便于消防員進(jìn)行救援。
圖 3 綜合顯示屏定位頁面
4.2.2 節(jié)點(diǎn)運(yùn)行顯示功能
STM32傳感器與CAN總線設(shè)計：
本系統(tǒng)中子節(jié)點(diǎn)采用STM32f103，工作頻率可達(dá)72Mhz,在存儲器的0等待周期訪問時可達(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CAN總線發(fā)送。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，火災(zāi)報警控制子系統(tǒng)獲取報警信號，通過樹莓派發(fā)送信息，控制各個系統(tǒng)動作。在本系統(tǒng)中各個系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，可以保證穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)上電后，CAN總線進(jìn)行初始化，配置過濾器初始化CAN總線與數(shù)據(jù)包；隨后根據(jù)狀態(tài)判斷是否發(fā)送總線函數(shù)還是中斷(CAN總線可以通過兩個計數(shù)器：發(fā)送錯誤計數(shù)器TEC和接收錯誤計數(shù)器REC判斷處在是在主動錯誤狀態(tài)還是被動錯誤狀態(tài)。)如圖4所示為綜合顯示屏監(jiān)控數(shù)據(jù)頁面。
圖4 運(yùn)行監(jiān)控數(shù)據(jù)
4.3 Web 路徑規(guī)劃頁面
本系統(tǒng)選擇Apache作為Web服務(wù)器，Apache開放源代碼，支持跨平臺并且易與手機(jī) APP 互聯(lián)。安裝Apache用到4個文件：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。逃生路線如圖5所示。
圖5逃生路徑規(guī)劃頁面
5 安科瑞智慧消防平臺介紹
5.1平臺結(jié)構(gòu)
5.2平臺主要功能介紹
5.2.1首頁
用戶登錄成功之后進(jìn)入首頁，如圖所示。主要展示的內(nèi)容有：項目概況、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備分類、設(shè)備報警信息、報警分類、報警統(tǒng)計、設(shè)備臺賬信息等。其中百du地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在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)器探測器和無線測溫探測器等。點(diǎn)擊智慧用電子系統(tǒng)進(jìn)入智慧用電監(jiān)控頁面，點(diǎn)擊菜單顯示整個項目的基礎(chǔ)信息和該項目下的所有探測器的信息，點(diǎn)擊末級節(jié)點(diǎn)顯示具體探測器的監(jiān)控頁面。
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)時的監(jiān)控消防水管網(wǎng)的壓力、液位、是否漏水，以及開蓋等事件，當(dāng)消防水壓不夠，管網(wǎng)漏水時，系統(tǒng)也能實(shí)時地發(fā)出警報，能讓相關(guān)人員及時維修維護(hù)，保障消防安全。
防排煙子系統(tǒng)通過高靈敏的無線煙感報警裝置，實(shí)現(xiàn)對煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數(shù)據(jù)采集，實(shí)時秒級檢測煙霧，一且發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)劇超過風(fēng)險閾值，APP、電話報警、短信報警統(tǒng)統(tǒng)上陣，通過設(shè)備的標(biāo)簽、地理位置定位，快速通知業(yè)主、物業(yè)消防單位是哪個位置的火災(zāi)隱情。
消防設(shè)備電源子系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控消防系統(tǒng)各個部件(如消防報警主機(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，并對各個部件電源產(chǎn)生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障報警提示。可長期記錄電壓電流運(yùn)行參數(shù)，自動對消防電源一段時間的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，對可能產(chǎn)出問題的隱患進(jìn)行警示。
防火門子系統(tǒng)通過與門禁報警、視頻識別的關(guān)聯(lián)，實(shí)時監(jiān)控消防通道、安全出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、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)對各個應(yīng)急燈具的實(shí)時監(jiān)控和控制，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，可準(zhǔn)確的給出安全的疏散路徑指示，智能打開消防應(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，指引安全逃生方向。
視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)部門收到感應(yīng)端各子系統(tǒng)報警信息后，可調(diào)出報警位置關(guān)聯(lián)的監(jiān)控攝像頭圖像，查看報警現(xiàn)場視頻輔助進(jìn)行火情確認(rèn)。實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報警子系統(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)了報警點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)的聯(lián)動。
消防設(shè)備管理子系統(tǒng)能夠?qū)⒚總€建筑、項目節(jié)點(diǎn)的所有消防設(shè)備和資產(chǎn)納入管理，對一些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標(biāo)注，日常的巡檢和維護(hù)都需要納入計劃，在緊急情況下，會聯(lián)動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、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的隱患信息，并進(jìn)行派發(fā)和處理操作，且對所有隱患進(jìn)行統(tǒng)計分析。
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、能耗報表和能耗預(yù)測等五個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的能耗統(tǒng)計、同環(huán)比和報表，且按日、周、月等維度進(jìn)行能耗預(yù)測與分析。
5.2.5手機(jī)APP
APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶查看電氣火災(zāi)、防排煙、消防水、消防設(shè)備電源、防火門、消防設(shè)備管理、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報警等子系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警信息、能耗統(tǒng)計等。
5.3配置
5.3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。
硬件配置清單：(如申請阿里云可忽略)
5.3.2系統(tǒng)現(xiàn)場硬件配置清單：
注：以下配置為針對1個回路選型，其中剩余電流互感器應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場回路電流大
5.4產(chǎn)品介紹
電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器
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，本系統(tǒng)對建筑物建立整體 BIM 模型，并將每層劃分為普通區(qū)域與逃生區(qū)域，根據(jù)云平臺上傳的消防數(shù)據(jù)并基于 Zigbee可實(shí)現(xiàn)對被困人員的定位并根據(jù)反饋的“著火點(diǎn)”避開火情嚴(yán)重區(qū)域，從逃生區(qū)域規(guī)劃不同的逃生路線，并將逃生路線由云平臺直接發(fā)送至手機(jī)移動端。由此可見，本系統(tǒng)不僅可以幫助人員逃生，還可以統(tǒng)計建筑物內(nèi)的人員數(shù)量信息，使輔助救援更加有效準(zhǔn)確。在移動端實(shí)時監(jiān)控、及時反饋建筑物運(yùn)行情況可以將火災(zāi)危險降到很低，提高消防人員的工作效率，保證人們的人身與財產(chǎn)安全。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：淮亞利，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧消防平臺的設(shè)計與應(yīng)用。
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