物聯網在建筑消防報警管理上的應用

■ 王俊

物聯網技術被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮。在消防領域，利用物聯網技術將微型傳感器件植入到消防設施內，再經過網絡傳輸將數據傳輸到用戶終端，可以實現對建筑消防設施的實時的、遠程報警管理。

早在上個世紀90年代，中國就已經提出了“物聯網”的概念，近幾年來，在國家的支持下，我國的物聯網有了較快的發展。并已開始應用在各個領域，比如安防、市政管理、節能環保、醫療健康、家居建筑、物流能源、交通等。目前，在消防建筑設施監管領域上的應用還處于起步階段，而且基本上都是各單位獨立選購安裝與獨立工作的，很容易導致火災信息漏報、遲報，報警設備出現故障后不能及時恢復開通的情況。

物聯網的概念

物聯網也稱傳感網，字面理解就是“物物相連”的一種網絡，它是物理世界與信息世界的無縫連接，利用射頻識別（FRID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，獲取物品的標識、溫度、位置等物理量，并通過簡單的處理和運算，提取有用信息并加工成固定的格式，然后按約定的協議，與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。它可以說是在“互聯網概念”的基礎上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種網絡概念。

物聯網由三部分組成，包括傳感網絡、傳輸網絡和應用網絡。傳感網絡用來實現對“物”的識別，以二維碼、RFID、傳感器為主。這部分是物聯網與互聯網最大的區別之處，也是限制我國物聯網技術發展的瓶頸。傳輸網絡主要是利用現有的各種網絡來實現數據的傳輸與計算。應用網絡主要是對客戶端的數據信息進行加工處理。

利用物聯網技術可以實現在任何時候、任何地方物品點對點的互聯互通。物聯網與互聯網不同，它是物理世界和虛擬世界的結合，而互聯網是一個真實的虛擬世界。互聯網傳輸的是數字信號，而物理世界中的事物本身無法產生數字信號，必須借助各種射頻設備，為其安裝上一個“身份”識別，并把它變得智能化，從而形成“物聯網”。RFID是解決這個“身份”的關鍵，也是“物聯網”最前端的關鍵技術，在“物聯網”發展中，RFID起著非常重要的作用。RFID電子標簽識別系統至少應包含電子標簽、閱讀器數據處理和存儲的設備以及系統軟件。電子標簽用來對物體進行標識，每一個處于物聯網里的物體都嵌入或附著唯一的電子標簽，這些標簽都含有本身特有的電子編碼。識讀器用來自動地識別實體對象，是一種可以寫入或進行讀取標簽信息內容的設備。天線傳遞射頻信號，用于標簽和讀取器間。

實現原理

為了維護和管理建筑消防設施，消防人員要做經常性的檢查工作，而這些檢查都需要對建筑消防設施進行實際操作，費時費力，而利用物聯網技術將可對建筑物內的消防噴淋、消防泵、煙感、溫感、安全疏散標志、消防安全門等消防設施的實時狀態數據，通過無線網絡傳遞到消防監控中心，包括數據打包、數據壓縮、數據傳輸、數據解析、數據安全加密、指令發送接收等，可以實現消防監控中心對遍布全市范圍的建筑消防設施進行動態、實時的監視和控制管理。比如，通過在管網中安裝壓力感應芯片，實時掌握噴淋裝置的壓力數據，動態監控噴淋管網內是否有水以及管網的水壓大小；在消防泵開關閥上安裝水流傳感器和無線傳輸裝置，遠程掌握消防泵的開合狀態。

圖1：消防遠程監控系統圖

高層建筑配備如電梯、風機等大型機電設備,通過樓宇設備管理系統（BAS）來對這些設備的運行狀態、故障狀態及運行參數等進行檢測, 但無法實時獲知建筑內任何一臺設備除所有運行參數之外的其它狀態, 如電機內部線圈的絕緣情況、工作溫度、老化程度等，這是傳統的BAS系統無法達到的, 而在物聯網的技術環境下, 則可以通過在大樓內機電設備的任何需要感知的部位植入傳感器得以實現, 這無疑將大大提高大樓設備管理的全面性、有效性、可靠性。

由圖1可以看出利用物聯網技術可以將工廠、學校和企業等單位的消防設施的運行情況和各項指標反映到監控中心、消防指揮中心，以及數據處理中心，實現了數據的共享。

通過對各單位自動消防設施聯網監控，可以實現單位自動消防設施的集中統一管理，有效地降低各重點單位的管理成本，保證自動消防設施的完整好用。而且通過與專業消防網絡監控公司合作，可以及時地處理了一大批自動消防設施運轉不正常、維護保養方法錯誤等問題，并通過開展向聯網中單位提供網絡技術咨詢，有效地提高了各重點單位內部管理人員的水平。

應用案例

消防信息數據中心。山西省消防總隊在太原建成了全國首家消防信息數據中心。據介紹，該技術通過信息傳輸模塊，可全面了解單位管理狀況和消防設施完好程度，并實現火情的及時報警功能。如單位消防系統發生故障，維護人員可在第一時間內到達現場進行處理。當遇到起火建筑消防系統失靈的情況，數據中心平臺可直接向起火建筑消防設備發出指令，啟動消防水泵、噴淋裝置、排煙設備等相應的滅火及人員救生系統，使消防設施的作用在最短時間內發揮到最大，避免人民群眾生命財產安全遭受不必要的損失。

消火栓智能管理。重慶一大學在室內消火栓上鑲入智能芯片，把消防日常巡查工作從傳統紙筆記錄轉變為高科技信息采集。該芯片為銀盾智能消防系統，采用最新的物聯網RFID技術和云計算技術，可幫助當地消防部門遠程監督重點單位的消防巡查數據。在實際操作中，巡查員只需手持銀盾終端，對事先預裝在每個巡查點上的芯片進行掃描和數據采集即可。系統對采集的各種數據進行分析后，將對每個區域的總體消防巡查情況做出系統性報告，并和以往巡查數據做出分析比較后供消防部門參照。此外，一旦發生漏查、錯查、隱患等情況，系統將會及時自動通過手機短信或電子郵件等形式，將情況發送至單位安全負責人或相關監督部門進行提醒，以做到防患于未然。

目前需要解決的問題

無線傳感網絡問題。傳輸網絡負責數據的傳輸和計算，而網絡形式可以稱為WSN，即無線傳感器網絡，這種網絡是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。它能夠實現數據的采集量化、處理融合和傳輸應用。由于體積、成本和電源供給等條件的限制，WSN的計算、存儲和通信能力較弱，因此，對負責數據處理的微控制器（MCU）、嵌入式操作系統、無線通信協議等都有特殊的要求。此外，由于物聯網通信中的無線信道具有開放性的特點，缺少安全保障的節點十分脆弱，設備之間傳輸的無線信號很容易被干擾必須考慮傳感器的失效帶來的系統動態穩定性方面的挑戰。

容錯性問題。此外，物聯網的容錯性是必須考慮的一項指標。所謂容錯性是指系統在局部故障的情況下能夠繼續帶病工作以及能夠故障自恢復，從而達到整體功能不失效的特性。可以這樣認為，物聯網中的傳感器節點通常工作在相對惡劣的環境中，它們在電力供應、計算能力、存儲空間和網絡帶寬等諸多方面也都存在局限，因此，它們經常會出現失效的狀況。對于安全問題，失效可能意味著人民財產的巨大損失。

伴隨著物聯網技術瓶頸的突破和其在國內各領域的成熟運用，必將引起消防建筑設施監控方式的大變革，屆時將會大大提高消防監督的效率以及消防設施的可用性。