獨立煙感報警監(jiān)控與輔助值守系統(tǒng)設計＊

張云明，劉毅

獨立煙感報警監(jiān)控與輔助值守系統(tǒng)設計＊

張云明，劉毅

（中國人民警察大學，河北 廊坊 065000）

針對住宅和分散的小微場所火災防治和監(jiān)督管理問題，探討了基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的獨立煙感報警器聯(lián)網(wǎng)管理技術方案。開發(fā)了獨立煙感報警監(jiān)控與輔助值守系統(tǒng)，闡明了系統(tǒng)設計思路，開展了系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)設計和功能設計，完成住宅小區(qū)和城鄉(xiāng)結(jié)合部兩類典型建筑場所功能設計和應用研究。

獨立煙感報警器；窄帶物聯(lián)網(wǎng)；智能監(jiān)控；通信技術

1 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的安全需求也日益強烈，生產(chǎn)生活各個領域的安全設施也逐漸普及。按照國家法律法規(guī)和技術標準要求，中國大型公共建筑、人員密集場所和高危險性工廠倉庫等場所均裝設有火災報警和固定滅火系統(tǒng)，而大多數(shù)住宅和分散的小微建構(gòu)筑物無相關依據(jù)和管理措施[1]。

近年來，由于“小火亡人”的現(xiàn)象時有發(fā)生，“三合一”和住宅場所的火災危險性越來越大，為了應對這些問題，獨立式煙感報警器在小微場所得到大力推廣和應用[1]。由于獨立式報警裝置缺少集中監(jiān)管，設備無人值守，因此又存在誤報頻繁、故障不易發(fā)現(xiàn)、維護費用高等諸多新問題[2]。

為了解決獨立煙感報警器的管理和使用問題，同時避免基于Wi-Fi、藍牙、ZigBee等高速短距通信技術在大范圍分散系統(tǒng)使用中的弊端[3]，按照低成本、低功耗大范圍網(wǎng)絡化遠程集中管理基本思路[4]，以窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）低功耗廣域網(wǎng)蜂窩數(shù)據(jù)連接技術為支撐，提出基于NB-IoT的獨立煙感報警集中監(jiān)控與輔助值守系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設計思路

系統(tǒng)以分散布置的獨立煙感報警器為硬件基礎，通過加設NB-IoT模塊，實現(xiàn)獨立煙感探測器網(wǎng)絡化，利用“智慧消防”運營監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺，構(gòu)建一套基于NB-IoT技術的煙感探測集中管理與輔助值守系統(tǒng)，從而最大限度地解決三級消防單位和“九小場所”火災防控存在的問題[5]。對火災隱患較大的小微場所采用新的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術進行實時監(jiān)控，隨時了解監(jiān)控場所火災隱患狀況。在棚戶區(qū)、宿舍、出租屋、養(yǎng)老院、木質(zhì)建筑等監(jiān)管弱、小火多、易亡人場所安裝NB-IoT智能煙感報警器，火災發(fā)生初期，系統(tǒng)自動通過語音、短信或軟件消息推送向附近業(yè)主、物業(yè)、社區(qū)、微型消防站發(fā)出警報，預警火災或者指導在場人員逃離火災現(xiàn)場[6]，安全管理人員也可以第一時間到場查看、處置撲救和疏散人群，充分調(diào)動基層社區(qū)群眾力量。該系統(tǒng)上行連接物業(yè)、微型消防站的消防管理層，下行連接NB-IoT的獨立報警終端，所接收的報警信息被確認為火警后，還會直接發(fā)送至智慧消防監(jiān)控中心，從而幫助專業(yè)消防人員處理火情。該系統(tǒng)還可以為一二類重點消防單位消控室人員提供監(jiān)控，通過該系統(tǒng)管理人員可隨時查看消控室人員的工作狀態(tài)、監(jiān)管消控室的人員動向，防止值班人員出現(xiàn)溜班現(xiàn)象，切實保障系統(tǒng)的有效運營。建設基于NB-IoT的獨立式煙感報警系統(tǒng)，能夠為社會單位、物業(yè)管理單位和消防部門的實時監(jiān)督和管理提供高效的管理手段。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設計

本系統(tǒng)按照用戶、物業(yè)、消防部門三個層次應用需求設計系統(tǒng)硬件和軟件架構(gòu)。

3.1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

系統(tǒng)硬件架構(gòu)主要包括前端煙感報警器等傳感器、NB-IoT模塊、云服務器、應用終端，如圖1所示。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集主要依靠傳統(tǒng)的獨立式光電煙感報警器，當報警器檢測范圍內(nèi)的煙霧密度達到一定值時，煙霧進入到光電迷宮中，通過光的散射原理，將光束散射到接收光元件上，從而使電路正常工作發(fā)出報警。NB-IoT模塊主要用于獨立傳感器的聯(lián)網(wǎng)，在傳統(tǒng)獨立煙感報警器網(wǎng)絡接口處通過加裝NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)芯片，能夠?qū)z測到的煙霧信號通過eNodeB基站進行聯(lián)網(wǎng)，把IoT相關的業(yè)務數(shù)據(jù)發(fā)送到IoT平臺進行處理。系統(tǒng)利用智慧消防云平臺，經(jīng)由數(shù)據(jù)庫服務器收集、存儲從IoT平臺上接入的數(shù)據(jù)，再通過分發(fā)系統(tǒng)將相應信息轉(zhuǎn)發(fā)至對應業(yè)務服務器上進行再處理，最終IoT數(shù)據(jù)全部匯集在應用服務器上，然后再根據(jù)不同對象的要求進行數(shù)據(jù)處理操作。在用戶終端，通過主動查詢或被動接收，可以獲得服務器發(fā)送的告警和指導操作信息。用戶終端顯示裝置主要包括住戶手機終端APP、物業(yè)等中間消防管理部門的消防報警系統(tǒng)顯示以及智慧消防監(jiān)控中心的終端顯示系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件架構(gòu)分為智慧感知層、傳輸通訊層、核心網(wǎng)、運營商IoT平臺、物聯(lián)云、應用服務層，如圖2所示。其中智慧感知層為邏輯架構(gòu)的底層，用于部署基礎硬件設施包括傳感器、低功耗器件、電源、信號處理等。傳輸通訊層主要負責數(shù)據(jù)流的傳輸控制，當傳感器被觸發(fā)后會按照需求產(chǎn)生一定量的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流通過基于NB-IoT網(wǎng)絡傳輸?shù)交局笤龠B接至因特網(wǎng)或其他外部網(wǎng)絡都需要傳輸層。系統(tǒng)傳輸核心網(wǎng)NB-IoT是一個可與移動運營商蜂窩網(wǎng)融合的具備高可靠性和安全性的低成本廣域網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)，通過移動公網(wǎng)現(xiàn)有基站升級改造實現(xiàn)NB-IoT數(shù)據(jù)接入。IoT平臺是對物聯(lián)數(shù)據(jù)進行存儲、加工并提供數(shù)據(jù)推送功能的對外接口。物聯(lián)云平臺可以為系統(tǒng)管理用戶提供設備的管理和監(jiān)控、設備的檢測，以及接警處理等界面功能。系統(tǒng)最高層為系統(tǒng)功能展示和操作的應用服務層，主要提供例如設備監(jiān)控、報警監(jiān)控、輔助值守等應用功能。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

4 系統(tǒng)功能設計

4.1 系統(tǒng)服務對象

本系統(tǒng)是一套面向各社會開放的共享服務平臺，為了保證系統(tǒng)的實用性和有效性，基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的煙感系統(tǒng)服務對象主要包括社會群眾、物業(yè)部門和轄區(qū)的消防部門。基于NB-IoT技術的獨立式煙感報警系統(tǒng)主要為服務對象提供直接的火警信息以及逃生、滅火提示信息。三種主要服務對象火災時的信息需求如表1所示。

表1 系統(tǒng)服務對象

對象信息需求 用戶及時獲得火警信息，幫助逃生和減少火災損失。需要了解的火災信息包括：火災是否發(fā)生了，如何減少火災損失，如何盡快逃生 物業(yè)獲取火災信息，幫助住戶進行逃生和初期滅火。需要了解的火災信息包括：火災是否發(fā)生，火災發(fā)生的確切方位，周圍可用水源及固定滅火設施 消防部門在接收到報警信息后到達火災現(xiàn)場，了解火場信息。需要了解的火場信息包括：火災發(fā)生部位，火災持續(xù)時間，火災現(xiàn)場附近可利用的水源

4.2 系統(tǒng)功能模塊

4.2.1 巡檢及故障跟進功能模塊

系統(tǒng)能夠?qū)崟r對管理區(qū)域內(nèi)的煙感報警器和其他消防設備的運行情況進行監(jiān)測，對檢查處的故障隱患，通過信息推送功能實現(xiàn)用戶自行設備故障維護和檢測，在線跟蹤故障排除情況，第一時間對監(jiān)控范圍內(nèi)的故障設備進行狀態(tài)監(jiān)測和更新，有效保證各設備的完整有效[6]。

4.2.2 聯(lián)動功能模塊

系統(tǒng)能夠通過接收報警信號對現(xiàn)場的其他監(jiān)控點的報警器的報警信息進行監(jiān)控，并且可以通過人工與系統(tǒng)雙方同時對火警信息進行確認，以方便其他住戶也能夠第一時間了解。另外，對已經(jīng)確認為火警的報警信息能夠在系統(tǒng)中及時顯示，保證火警的及時、準確[6]，并且可以對火災現(xiàn)場周圍的水源情況進行監(jiān)控，實時了解動態(tài)信息。

4.2.3 管理功能模塊

系統(tǒng)根據(jù)日常的報警統(tǒng)計，轄區(qū)內(nèi)消防部門再對聯(lián)網(wǎng)單位進行季度的檢查，確認所有的報警信息都得到及時地處理，還能夠隨時掌握單位建筑消防設備的運行情況和消防控制室人員在崗情況，能夠協(xié)助消防部門進行不定時防火監(jiān)督檢查，從而提高單位的消防安全管理水平。

4.2.4 監(jiān)督功能模塊

消防部門進行日常的消防監(jiān)督檢查時，需要按照規(guī)定到單位現(xiàn)場進行相關的檢查，而通過建立智慧消防監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠配合消防部門進行設備監(jiān)控和人員管理，提供監(jiān)督部門的監(jiān)控接口，方便消防監(jiān)督部門隨時登錄系統(tǒng)對單位的設備狀態(tài)和值守情況進行監(jiān)控和檢查。

5 典型場所應用

“三合一場所”“九小場所”一直以來都是小火亡人事故的主要發(fā)生地點，系統(tǒng)圍繞城鄉(xiāng)結(jié)合部和住宅小區(qū)這兩類主要應用場所，通過系統(tǒng)功能應用，設計主要業(yè)務流程和應用邏輯。

5.1 住宅小區(qū)的功能需求

住宅小區(qū)也是目前日常救火中遇到的比較多的火災類型，由于住宅建筑內(nèi)沒有足夠的防滅火設施，對于初期火災的防控需求非常大，要求住宅小區(qū)內(nèi)能夠在最短時間內(nèi)對火警信息進行識別、警報和處置。因此安裝獨立式煙感報警系統(tǒng)實施早期探測和防控火災意義重大。

由于住宅小區(qū)的火災情況的特殊性，需要考慮建筑的密集性及人員的集中性、樓層高度、安全出口的數(shù)量和位置等，要使獨立式煙感報警系統(tǒng)在小區(qū)中發(fā)揮更大的作用，必須針對住宅小區(qū)的特點設計特殊使用功能，還要結(jié)合住宅小區(qū)中的住戶、物業(yè)、消防隊三方的協(xié)同功能。需要考慮住宅小區(qū)里面的建筑模式是建筑群體式的，可以將整個住宅小區(qū)里的每棟建筑里的煙感設備都關聯(lián)起來，形成網(wǎng)絡化的管理，再通過小區(qū)內(nèi)的物業(yè)和轄區(qū)消防隊建立起報警管理系統(tǒng)；住宅小區(qū)內(nèi)有滅火設施，考慮滅火設施的位置和使用方法的提示，用戶在開啟消息推送之后可以獲取小區(qū)內(nèi)的固定滅火設施的位置和啟用方法，這個功能主要供物業(yè)部門和消防隊使用，當物業(yè)部門到達災害發(fā)生現(xiàn)場之后，可以通過這個提示迅速找到小區(qū)內(nèi)的固定滅火設施和一些基礎的消防設施，可以有效地減少火災的損失。當消防部隊到達現(xiàn)場之后，可以與物業(yè)部門聯(lián)合處理火災，運用固移結(jié)合的原則，將固定滅火設施和移動式的滅火設施結(jié)合使用，可以使火災的處理效果更好，同時還需要考慮與物業(yè)部門聯(lián)合處理初期火災。

5.2 城鄉(xiāng)結(jié)合部的功能需求

城鄉(xiāng)結(jié)合部是一種分布在城市邊緣地區(qū)的一片建筑群類型，這類建筑的分布方式與城市建筑高度集中不同，大多是零散分布的耐火等級建筑。在城鄉(xiāng)結(jié)合部中由于存在著大量的農(nóng)村居民和流動人口，人口密集度高、人員組成復雜、可燃物品堆積隨意性大，甚至存在“三合一”廠房的重大火災隱患，而且絕大部分的人員缺乏消防意識。在日常的消防監(jiān)督檢查過程中，由于地形、人口分布的復雜化，導致消防部門對這樣的建筑群體缺少相應檢查；另一方面，在發(fā)生火災時，由于城鄉(xiāng)結(jié)合部地理位置具有的特殊性，往往消防隊到達現(xiàn)場的時間較長，很多時候消防部隊很難對具體的著火位置進行準確的定位和及時撲救。

考慮到城鄉(xiāng)結(jié)合部的特殊性，通過加裝帶有NB-IoT技術的獨立煙感報警器，實現(xiàn)零散獨立式煙感報警器無線網(wǎng)絡化，可以為城鄉(xiāng)結(jié)合部假設虛擬消防中控室，即實現(xiàn)用戶對自身的管理，也實現(xiàn)了區(qū)域集中管理。

如果要將獨立式煙感報警系統(tǒng)應用其中，必須有城鄉(xiāng)結(jié)合部使用者的特殊使用功能。需要減少誤報的功能，因為在城鄉(xiāng)結(jié)合部中很多時候會由于人們?nèi)粘堊霾水a(chǎn)生煙霧，報警裝置在固定的時間段檢測到相應的煙霧信號，會嚴重影響消防隊的接出警任務；需要對這些零星的建筑物進行地圖監(jiān)控，可以與電子地圖和交通管理部門進行結(jié)合，當有其中的一個地方發(fā)生火災后，可以第一時間提供電子地圖的優(yōu)化路線，消防隊可以借助這一功能快速到達災害現(xiàn)場，避免在途中浪費時間；附近的消防水源的管理和利用，當火災發(fā)生時，移動端的軟件會同時推送對前期火災進行控制處理的消息，并且具備對周圍的消防水源的提示功能，幫助使用者能夠第一時間找到附近的水源；需要與臨近的微型消防站聯(lián)系，形成有效的聯(lián)動功能，從而能夠快速到達火災發(fā)生現(xiàn)場實施初期的滅火救援工作。

［1］李巖，陳碩.“三合一”場所的火災防控對策［J］.科技創(chuàng)新與應用，2012（22）：327.

［2］丁鴻凱.以“互聯(lián)網(wǎng)+”實現(xiàn)獨立式感煙報警器的智能化［J］.建筑工程技術與設計，2016（22）：2914.

［3］WEN H D，LI W，GUANG Z Y，et al.Design of wireless automatic fire alarm system［J］.Procedia Engineering，2016（135）：412-416.

［4］傅永財.探索大數(shù)據(jù)思維下的智慧消防［J］.消防科學與技術，2016（12）：1758-1762.

［5］孟琮.將獨立式火災探測報警裝置推廣到小場所及住宅的技術思考［J］.消防技術與產(chǎn)品信息，2016（5）：64-65.

［6］桓宗圣.智慧消防應用中多設備聯(lián)動火災報警系統(tǒng)［J］.電腦知識與技術，2017（3）：77-78.

F273.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.001

2095－6835（2019）24－0001－03

張云明（1979—），男，湖北武漢人，博士，主要從事火災監(jiān)控與滅火救援方面的研究工作。

廊坊市科學技術研究與發(fā)展計劃項目“基于CPS的消防監(jiān)控與輔助值守裝置研發(fā)”（編號：2019013069）；武警學院智慧消防專項課題“基于CPS的智能消防監(jiān)督管理系統(tǒng)研制”（編號：ZHXF2017001）

〔編輯：張思楠〕