智慧消防物聯網監控系統設計

摘要：詳細分析了進行智慧消防物聯網監控系統建設的必要性，以及消防安全對智慧消防物聯網監控系統的技術需求，并結合智慧消防物聯網云平臺及終端設計的實踐經驗，對智慧消防物聯網監控系統的設計技術進行了詳盡的總結及闡述。

關鍵詞：智慧消防；消防物聯網；LoRa；NB-IoT；2.5G/3G/4G

隨著我國經濟的高速發展和城市建設規模的不斷擴大，城市中高層、超高層建筑和大型建筑日益增多，建筑消防安全問題也越來越突出，一旦發生火災極易出現群死群傷的重大災害并造成嚴重的社會影響。同時，社會單位對“消防社會化”的思想認識不夠，專業技術知識不足，內部消防安全檢查質量沒有保證，甚至出現個別管理人員弄虛作假等情況，造成建筑火災隱患難以排除。

為解決當前消防安全領域存在的薄弱環節和突出問題，有效防范和堅決遏制重特大事故，采用物聯網、互聯網、云計算、云儲存、大數據智能分析等先進技術手段，建設智慧消防物聯網監控系統已經迫在眉睫。

一、智慧消防物聯網監控系統架構設計

系統架構設計采用典型的物聯網三層架構：采集層、通信層及平臺應用層。系統主要功能是遠程實時檢測現場各類消防危險源、消費設施、消防水源及環境參數，通過云平臺進行存儲、分析、處理、報警，展示整個區域消防狀況及消防報警信息，并和公安消防系統聯動，達到智能檢測、智能處理、智能報警、智能聯動的效果。系統架構圖如下：

二、系統采集層設計

采集層通過各種專業傳感器檢測現場溫度、煙霧、可燃氣、電氣火災等消防安全危險源，消防栓及噴淋頭水壓、消防水箱及消防池水位、消控主機、消防管道閥門、防火門啟閉等消防設施主要參數，以及現場視頻信息。主要設備包括：

（1）溫感探測器：實時監測現場溫度，具備報警和智能聯網功能，可24小時不間斷監控。內嵌LoRa或NB-IoT模塊，實現智能聯網。

（2）煙霧探測器：實時監測現場煙霧濃度，具備報警和智能聯網功能，可24小時不間斷監控。內嵌LoRa或NB-IoT模塊，實現智能聯網。

（3）可燃氣探測器：具備對加油站、化學品場所、化學品倉等危化品場的可燃氣體濃度實時探測功能，可24小時不間斷監控。內嵌LoRa或NB-IoT模塊，實現智能聯網。

（4）電氣火災監測系統：具備對電氣線路的電壓、電流、溫度、漏電及故障電弧的探測功能，可24小時不間斷。內嵌LoRa或NB-IoT模塊，實現智能聯網。

（5）消防水壓/水位監測系統：對消防栓及噴淋頭水壓、消防水箱及消防池水位進行實時遠程監測，通過GPRS/NB-IoT/LoRa進行智能聯網，可24小時不間監測。

（6）火災自動報警系統：24小時不間斷監控火災自動報警設備的報警及故障信息，通過有線寬帶或2.5G/3G/4G網絡進行智能聯網。

（7）視頻監控系統：24小時不間斷監控消控室、消防通道及消防重點部位的視頻信息，本地高清實時錄像，并通過有線寬帶或4G網絡進行智能聯網。

三、系統通信層設計

采集層采集的各類信息通過通信層的通信設備可靠地傳輸到平臺應用層。通信方式根據現場情況可采用有線、無線（2.5G/3G/4G、NB-IoT、ZigBEE、LoRa、北斗）、有線和無線相互備份等方式。主要子系統的通信組網方案如下：

（1）溫感、煙感通信組網設計

組網方式一：采用LoRa自組網技術，具備穿透能力強、低功耗、超長距離傳輸等特點。LoRa視距范圍內通信距離超過10公里，可穿透8層以上普通樓板，休眠電流<1.8uA，非常適合消防物聯網設備的自組網傳輸。將LoRa模塊內嵌至溫感、煙感中，使其具備LoRa組網功能，同時結合LoRa轉NB-IoT/3G/4G網關，實現遠距離實時監控。

組網方式二：采用NB-IoT組網技術。NB-IoT具備深度覆蓋（比GSM高20db的覆蓋增益，可實現地下室、車庫等區域覆蓋），海量連接（每個小區達10萬個連接），超低功耗，低成本等特點。將NB-IoT模塊內嵌至溫感、煙感中，使其具備遠程組網功能。

組網框圖如下：

（2）電氣火災監控組網設計

組網方式一：電氣火災探測器先通過LoRa無線或485/CAN/2BUS等有線方式和電氣火災監控器組網，再通過電氣火災監控器中內嵌的NB-IoT或2.5G/3G/4G進行遠程監控。

組網方式二：將NB-IoT模塊內嵌至電氣火災探測器中，使其具備遠程組網功能。

組網框圖如下：

（3）火災自動報警系統及視頻監控系統組網設計

火災自動報警系統主要通過CAN/485/2BUS總線與用戶信息傳輸裝置進行組網，再通過用戶信息傳輸裝置內置的以太網接口進行遠程聯網。視頻監控系統采用帶以太網接口的IP攝像頭，通過有線寬帶進行遠程聯網。組網框圖如下：

（4）消防栓防盜及水壓監控系統組網設計

消防栓悶蓋內嵌水浸傳感器、三軸加速度傳感器，具備防盜水、開蓋、撞倒及破壞報警功能，同時內嵌LoRa模塊和NB-IoT/2.5G通信模塊，具備LoRa組網和遠程聯網功能。在消防栓取水管道安裝具備LoRa組網功能的壓力采集設備和壓力變送器，實時監測消防水壓力。壓力采集設備和消防栓悶蓋通過LoRa組網，再通過消防栓悶蓋的NB-IoT/2.5G進行遠程聯網。壓力采集設備也可直接通過內嵌的NB-IoT/2.5G模塊實現遠程組網。

組網框圖如下：

四、系統平臺應用層設計

平臺應用層是系統的核心，采用B/S架構，支持GIS地圖和手機APP。平臺完成各類消防參數的采集、存儲、處理、報警、展示、報表、定位、聯動等功能。用戶可通過PC或手機APP查看現場狀況、報警接收及定位、系統管理、現場控制等功能。

平臺應用層包含五大系統：危險源實時監測及報警系統、火災自動報警監測系統、消防用水監測及報警系統、重點部位視頻監測及報警系統、權限管理系統。

（1）危險源實時監測及報警系統：實時監測現場溫度、煙霧、可燃氣濃度、電氣線路的電壓、電流、漏電流等危險源參數，并對數據進行存儲、展示、分析、統計，對發生火災的趨勢進行預測、發布和預警。

（2）火災自動報警監測系統：實時監測社會單位的火災自動報警系統狀態，并監督單位進行維護整改。

（3）消防用水監測及報警系統：實時監測消防栓水壓、消防池水位、噴淋水壓等參數，發現問題實時告警。

（4）重點部位視頻監測及報警系統：對于重點單位，比如加油站、煤氣站、大型場館等單位，除了進行數據監測外，還需要進行實時的視頻監測，以便更直觀地掌控消防安全情況，及時處置消防隱患。

（5）權限管理系統：對于不同的人員進行多級權限管理，社會單位、消防監管部門、行業主管部門、各級政府、公安派出所及社會大眾擁有不同的訪問權限。

五、系統安全性設計

（1）系統具備模塊權限管理和數據權限管理，有效保證平臺及數據對不同角色人員的私密性。

（2）采用手機驗證碼系統，有效防范個人賬號被暴力破解，有效保證私密性和安全性。

（3）采用成熟標準的VPN（PPTP，L2TP，IPSEC）技術和專用數據加密技術，確保數據安全性。

（4）采用完備的服務器安全防護體系，有效阻擋非法攻擊，確保服務器安全穩定運行。

六、結語

為了提升消防安全水平，智慧消防物聯網監控系統的設計人員必須結合實際應用需求，遵循實用性和先進性相結合的基本原則，采用各種先進的物聯網、互聯網、云計算、人工智能等技術，才能設計出滿足消防安全需求的系統，才能更好地保障人們的生產和生活。