無線消防系統(tǒng)探究與應(yīng)用

邵武市公安消防大隊(duì) 卓建仙

無線消防系統(tǒng)探究與應(yīng)用

邵武市公安消防大隊(duì) 卓建仙

隨著我國城市的現(xiàn)代化建設(shè)越來越快，建筑物的樓層在漸漸加高，建筑密度也越來越大。由于樓層較高，室內(nèi)的人員往往更加密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，其救援工作通常面臨著很大的困難。許多火災(zāi)帶來的災(zāi)難性的損失，不僅僅是因?yàn)樽畛醯幕鹨蛟斐傻模怯捎谠诨馂?zāi)發(fā)生的早期，沒有被及時(shí)地發(fā)現(xiàn)。由于傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)所存在的弊端，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代消防監(jiān)測的需要，無線消防系統(tǒng)應(yīng)用而生。在此背景上，本文對(duì)無線消防系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，以期加強(qiáng)我國城市建筑的防火監(jiān)督工作的進(jìn)一步提升。

無線；消防系統(tǒng)；探究；應(yīng)用

引言

隨著城市的擴(kuò)張，城市人口密度在不斷加大。在城市不斷演化擴(kuò)張的過程中，高層建筑逐漸成為了城市發(fā)展演化的主流形式。但是，高層建筑存在火災(zāi)隱患較多、火勢蔓延較快、人員疏散困難等問題，一旦發(fā)生火災(zāi)，這就使得救援工作的開展極為困難。因此，現(xiàn)代建筑物對(duì)消防系統(tǒng)提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)存在監(jiān)視容量小、響應(yīng)速度慢、組網(wǎng)接口不靈活等問題，已經(jīng)逐漸不能適用社會(huì)的需求。隨著無線傳感技術(shù)的逐漸成熟，無線消防系統(tǒng)與傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)相比，具有很大的優(yōu)勢。因此，對(duì)無線消防系統(tǒng)進(jìn)行研究與分析，具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。

1.無線消防系統(tǒng)的概述

我國于20世紀(jì)80年代開始實(shí)施建筑消防法規(guī)，防火消防設(shè)施和滅火設(shè)備便開始走入千家萬戶。防火消防設(shè)施的原理是在需要進(jìn)行防火監(jiān)控的房間內(nèi)安裝煙霧探測器、感溫探測器和火焰感應(yīng)器等。當(dāng)所監(jiān)控房間室內(nèi)的煙霧濃度或者溫度上升達(dá)到限定值時(shí)，這些設(shè)備便會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)。

傳統(tǒng)的有線消防系統(tǒng)是指采用光纖、雙絞線、電纜等進(jìn)行傳輸介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是有線傳輸所能監(jiān)視的數(shù)據(jù)容量小、組網(wǎng)接口不夠靈活。并且這些傳輸介質(zhì)也需要具有阻燃性，才能確保數(shù)據(jù)能夠安全、有效的傳輸。與傳統(tǒng)的有線消防系統(tǒng)相比，無線消防系統(tǒng)主要就是將最新的ZigBee技術(shù)應(yīng)用到消防監(jiān)測系統(tǒng)中去，即在相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸過程中，采用無線通信技術(shù)，將無線傳感器所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的消防控制系統(tǒng)，無需受到傳輸介質(zhì)的影響。控制系統(tǒng)中心的計(jì)算機(jī)對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，然后發(fā)出警報(bào)并上傳到消防救援系統(tǒng)中去。由相關(guān)的管理人員對(duì)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果進(jìn)行判斷，以辨別某一點(diǎn)是否存在發(fā)生火災(zāi)的可能或者是否有火災(zāi)發(fā)生進(jìn)行。并且采取相應(yīng)的解決措施，以扼制可能發(fā)生的火災(zāi)或者盡量減小已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)的所造成的損失。

2.ZigBee無線通信技術(shù)的性能分析

ZigBee技術(shù)是一種雙向無線通信技術(shù)。用戶在其使用、開發(fā)的過程中，可以根據(jù)自身的需求設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，而不受開發(fā)層的限制。與傳統(tǒng)的有線通信技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)能夠?yàn)橛脩籼峁┮环N更加靈活的組網(wǎng)方式。

ZigBee技術(shù)主要有以下四方面的特點(diǎn)：

（1）耗能低：通過ZigBee技術(shù)可以通過信號(hào)處理的方式對(duì)各個(gè)傳感器之間的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行控制，并且可以控制傳感器的工作時(shí)間，在傳感器需要工作的時(shí)候“喚醒”傳感器，而在無需傳感器工作的時(shí)候，使其處于“休眠”狀態(tài)，以此來延長傳感器的電池使用時(shí)間，達(dá)到節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)能耗的目的。

（2）網(wǎng)絡(luò)容量大：采用ZigBee技術(shù)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以最多容納1個(gè)主控設(shè)備和65535個(gè)附屬設(shè)備。

（3）可靠性高：ZigBee技術(shù)采用了碰撞避免機(jī)制，能夠保障數(shù)據(jù)高效以及高質(zhì)量地傳輸，避免數(shù)據(jù)同時(shí)上傳時(shí)發(fā)送的競爭與沖突。同時(shí)，ZigBee技術(shù)還包含了數(shù)據(jù)的確認(rèn)機(jī)制，在接收到上一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸反饋信息后才后發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包。

（4）安全保密性強(qiáng)：ZigBee技術(shù)可以檢測數(shù)據(jù)的完整性，同時(shí)采用AES-128加密算法，以確保數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性。

一個(gè)有效的消防系統(tǒng)，必然由許許多多，甚至上百個(gè)數(shù)據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，以便能夠全面地采集到環(huán)境數(shù)據(jù)。由于消防系統(tǒng)所包含的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量過多，電池的更換成本也不容忽視。除此之外，確保所采集的數(shù)據(jù)能夠安全地上傳也是一個(gè)不可忽視的問題。ZigBee技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)容量大、低耗能、可靠性高、安全保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以說，ZigBee技術(shù)是構(gòu)建無線消防系統(tǒng)的最掛選擇。

3.無線消防系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

一個(gè)完整的消防系統(tǒng)主要包括消防監(jiān)測系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)和消防救援系統(tǒng)。這三個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，可以采用ZigBee技術(shù)相連接。

消防監(jiān)測系統(tǒng)是整個(gè)無線消防系統(tǒng)的“眼睛”。消防監(jiān)測系統(tǒng)中主要包含煙霧感應(yīng)模塊、溫度感應(yīng)模塊和火焰感應(yīng)模塊等。這些模塊都通過分布在建筑物中的傳感器進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。在無線消防系統(tǒng)中，這些模塊的傳感器之間也可以采用ZigBee技術(shù)聯(lián)系起來，以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息的無線交互通信。

因此，無線消防系統(tǒng)中的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下兩點(diǎn)功能：

（1）傳感器的節(jié)點(diǎn)具有采集環(huán)境參數(shù)，并且能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)傳輸功能；

（2）能夠直接或者間接（通過路由器）將傳感器的節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的位置進(jìn)行匯總。

基于ZigBee技術(shù)的消防監(jiān)測系統(tǒng)主要采用分布式的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測方式。據(jù)此，可以將傳感器節(jié)點(diǎn)分為用于采集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、匯總數(shù)據(jù)這三類節(jié)點(diǎn)。用于采集數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)稱為傳感器終端節(jié)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)分布在建筑物內(nèi)不同環(huán)境參數(shù)的試樣采集點(diǎn)處；用于傳輸數(shù)據(jù)的傳感器稱為路由器節(jié)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)在優(yōu)先考慮傳輸距離的條件下合理放置；用于匯總數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)成為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)在靠近無線消防控制系統(tǒng)控制中心所在的計(jì)算機(jī)附近。

同時(shí)，由于消防監(jiān)測系統(tǒng)中所包含的傳感器的數(shù)量眾多，為了進(jìn)一步降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗，該無線消防系統(tǒng)主要采用“休眠——喚醒”的工作方式。即無線消防監(jiān)測系統(tǒng)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)并不是實(shí)時(shí)地處于工作狀態(tài)，而是在接收到消防監(jiān)控系統(tǒng)中心所發(fā)送的數(shù)據(jù)查詢命令時(shí)，才會(huì)被喚醒并進(jìn)入工作狀態(tài)，以完成數(shù)據(jù)地采集、傳輸和匯總等工作；否則，這些節(jié)點(diǎn)會(huì)處于休眠狀態(tài)。

消防控制系統(tǒng)是無線消防系統(tǒng)的“大腦”，其主要功能是對(duì)消防監(jiān)測系統(tǒng)所采集的所有環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、有效、迅速地分析、處理和判斷，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果通過無線技術(shù)發(fā)送到消防救援系統(tǒng)，并顯示相應(yīng)的警報(bào)提醒。

消防救援系統(tǒng)的是無線消防系統(tǒng)的“手腳”，當(dāng)消防救援系統(tǒng)的工作人員接收到消防控制系統(tǒng)的警報(bào)提醒時(shí)，需要對(duì)所接收到的警報(bào)進(jìn)行進(jìn)一步地分析、判斷，辨別是否有真實(shí)的火災(zāi)發(fā)生。若有火災(zāi)發(fā)送，應(yīng)當(dāng)立即采用相應(yīng)的措施預(yù)案，及時(shí)出動(dòng)消防車及救護(hù)車，第一時(shí)間趕到火災(zāi)發(fā)生的現(xiàn)場，早發(fā)現(xiàn)、早救援，盡量將火災(zāi)所帶來的損失降到最低。

總而言之，無線消防系統(tǒng)是一個(gè)反應(yīng)迅速的，集成了預(yù)警、控制、救援于一體的防火系統(tǒng)，對(duì)于保護(hù)居民的生命以及財(cái)產(chǎn)安全有著極為重要的意義。

4.小結(jié)

傳統(tǒng)的有線消防系統(tǒng)主要是利用有線信號(hào)傳輸?shù)姆绞絹戆l(fā)出警報(bào)信號(hào)。這就要求所用的電氣線纜設(shè)備具有耐火、阻燃的性質(zhì)。為了克服傳統(tǒng)有線消防系統(tǒng)所存在的缺點(diǎn)，而在無線物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)環(huán)境下可以將無線技術(shù)與消防系統(tǒng)有效結(jié)合起來，即在火災(zāi)發(fā)生的初期，將消防監(jiān)測系統(tǒng)中傳感器所收集到的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)通過無線技術(shù)傳送到消防控制系統(tǒng)的主機(jī)，而不需要其他特定的線路設(shè)施。本文通過對(duì)無線消防系統(tǒng)以及ZigBee技術(shù)的簡要介紹，對(duì)無線消防系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)的研究分析，從而證明了無線消防系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

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