智慧消防在古村落保護中的應用與設計

李亞寧　徐曦　沈文　鄧依婷　楊文理

摘 要：夯吉村坐落在呂洞山下，進村道路狹窄崎嶇且房屋多為傳統(tǒng)的木質(zhì)結構并涂以桐油防腐，易發(fā)生火災，形勢嚴峻。當下物聯(lián)網(wǎng)技術和智慧消防緊密結合，日益完善，利用智慧消防進行古村落的保護刻不容緩。該文研究了將密集型的面向城市的智慧消防合理地部署在分散的古村落，實現(xiàn)了分布式火災檢測和預警，并給出了系統(tǒng)平臺的架構和方法。

關鍵詞：火災檢測;物聯(lián)網(wǎng)技術;智慧消防;分布式;平臺架構;消防預警

中圖分類號：TP277文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）03-00-03

0 引 言

目前，智慧消防研究和設計都集中在城市密集型的社區(qū)、學校、商場以及人流密集的娛樂場所，幾乎沒有涉及到分散的村落。但是隨著農(nóng)村消防安全形勢的日益嚴峻，傳統(tǒng)村落尤其是坐落在偏遠山區(qū)的傳統(tǒng)古村落面臨著與日俱增的消防壓力。

夯吉村位于武陵山脈群山之中，房屋呈片狀分布在平緩的河灘、山頂和山坳，進村道路崎嶇、狹窄，大型消防救援設備難以進入開展救援工作;村內(nèi)房屋多為傳統(tǒng)苗寨木質(zhì)房屋，村民依然使用柴火做飯取暖，一旦發(fā)生火災，只能依靠村民自救。

1 系統(tǒng)通信選擇

針對夯吉村村落分散且依山沿河而建的特點，使用無線通信技術在傳感設備和服務器之間進行數(shù)據(jù)傳輸。經(jīng)實地考察，村內(nèi)通信網(wǎng)絡只有2G通信網(wǎng)絡全覆蓋，考慮村子的實際狀況（供電以及傳輸距離），選擇基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)通信技術。

LoRa是一種適合于具有低功耗、低成本、遠距離等需求的廣域物聯(lián)網(wǎng)應用的非授權頻譜網(wǎng)絡技術，目前已在全球內(nèi)廣泛部署使用[1]。結合村內(nèi)的房屋布局，采用前端智能傳感器分散式地部署在468戶村民家中。LoRa無線網(wǎng)關布置在山頂，防止因山體對信號產(chǎn)生屏蔽而導致部分傳感器掉線。無線網(wǎng)關是整個系統(tǒng)的樞紐站，其作用是橋接終端和服務器，接收來自終端的信號并轉(zhuǎn)發(fā)至服務器，之后將服務器返回的信號傳送到終端。前端設備與網(wǎng)關之間用LoRa技術進行通信[2]。

2 系統(tǒng)總體設計架構

系統(tǒng)主要由前端智能采集報警傳感器件、LoRa無線網(wǎng)關、云服務器和后臺各級監(jiān)控管理平臺四部分組成。系統(tǒng)技術架構如圖1所示。

系統(tǒng)的前端智能傳感器件包括溫度傳感器、智慧用電電力監(jiān)測模塊、水位水壓監(jiān)測傳感器以及實時定位模塊。前端設備主要負責采集實時數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至后臺服務器進行處理，并根據(jù)處理結果產(chǎn)生相應的聲光報警信息。

通過傳感設備進行前端數(shù)據(jù)采集并借助LoRa無線通信技術將數(shù)據(jù)上傳至LoRa網(wǎng)關，然后再傳遞給后臺服務器，由處理層服務器對數(shù)據(jù)進行解析和分析后傳至應用層終端進行數(shù)據(jù)可視化操作，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)進行火災監(jiān)測和預警的功能。

3 系統(tǒng)主要功能

現(xiàn)代消防從過去到未來劃分為機電消防、數(shù)字信息消防、智慧消防、空地立體智慧消防、無人指揮消防五個階段[3]。當前借助工業(yè)4.0的發(fā)展契機，現(xiàn)代消防也處在數(shù)字信息消防向智慧消防過渡的關鍵時期。

對消防重點單位和消防設備的管理目前還停留在依靠大量人工手動檢查、登記階段。現(xiàn)有管理手段為通過專職人員進行管理和記錄來更新數(shù)據(jù)，工作量巨大，導致設備狀態(tài)無法被消防管理人員全面獲悉，存在極大的消防隱患[4]。而實際中必須保證消防設備在火災救援時的完好性和可使用性。因此，系統(tǒng)必須要自動完成數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理。平臺對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析，將處理好的數(shù)據(jù)綜合地反映給監(jiān)管單位和用戶，完成對火災的判斷和預警。同時，為火災救援人員提供科學準確的火災現(xiàn)場信息，輔助專業(yè)救援人員開展相應的救援工作。系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構圖如圖2所示。

物聯(lián)網(wǎng)技術在消防領域的應用是指在消防預警現(xiàn)場，采用各種傳感設備將現(xiàn)場采集的大量信息通過網(wǎng)絡傳輸至消防報警指揮中心。指揮中心的管理人員可以通過這些信息對現(xiàn)場進行救援力量、救援裝備和救援物資的部署[5]。消防監(jiān)管部門負責火災的監(jiān)管和救援指揮，是整個系統(tǒng)的決策者，可以使用系統(tǒng)提供的以下核心功能：

（1）接收實時報警通知并實時查看各種傳感設備狀態(tài)，對設備的報警閾值進行調(diào)整，接收電話、郵件、短信、微信等各種形式的實時報警信息;

（2）利用平臺提供的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和救援輔助系統(tǒng)開展救援指揮工作，利用可視化攝像頭和實時定位系統(tǒng)獲取現(xiàn)場情況和位置信息，保持指揮中心和救援現(xiàn)場之間實時聯(lián)系，為救援指揮工作提供實時動態(tài)數(shù)據(jù);

（3）對消防設施的維護保養(yǎng)進行網(wǎng)絡化管理，對設備的狀態(tài)、運營維護過程做到有據(jù)可循，實時更新。在智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構建下，定期進行智慧消防設施的維護與更換，只有及時升級與更新，才能保證智慧消防系統(tǒng)的速度與安全[6]。

4 系統(tǒng)優(yōu)勢

夯吉村智慧消防系統(tǒng)的建設，一方面要考慮使用各類傳感器對消防監(jiān)測和預警的各個指標數(shù)據(jù)進行獲取和處理，做到早預警、早發(fā)現(xiàn);另一方面，要對4個消防水源以及村內(nèi)可以使用的水道管網(wǎng)進行實時位置、水位水壓顯示，在火災發(fā)生時為救援工作提供精準有效的消防水源引導。

LoRa作為一種低功耗廣域網(wǎng)技術，具有低成本、遠距離、低功耗、標準化等特點。相比于其他低功耗廣域網(wǎng)技術，LoRa在同等發(fā)射功率下能與網(wǎng)關/集中器進行更長距離的通信，并且物理層利用擴頻技術可以提高接收靈敏度，能夠覆蓋更廣的范圍[7]。表1為LoRa技術的關鍵特點及其對應的優(yōu)勢。

系統(tǒng)通過前端傳感器、LoRa無線網(wǎng)關及服務器，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)的綜合處理。火災報警系統(tǒng)設有聯(lián)動性的多個報警設備，能夠憑借探測器來收集實時性的現(xiàn)場火情信息，然后針對特定類型的火情信息予以精確的鑒別[8]。

智慧消防系統(tǒng)的建設，在對火災盡心預警和精準鑒別的同時，也為古村落在消防火災防控、應急指揮、隊伍管理等工作建立消防裝備、應急預案、消防水源、建筑固定消防設施等信息智能采集、匯總、分析、發(fā)布及輔助決策的智能化消防數(shù)字平臺[9]。這樣就提高了古村落全面防范和應對火災的能力。

5 結 語

眾所周知，由于基礎設施建設方面的原因，我國目前大部分農(nóng)村并不適合建設智慧消防[10]。隨著農(nóng)村的飛速發(fā)展，其面臨的火災形勢也越來越嚴峻。物聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展為這一問題的解決提供了契機，使得大規(guī)模、分散的信息采集和處理成為可能，也為人們在古村落智慧消防建設中提供了有力的技術支撐。

中國傳統(tǒng)村落是我國幾千年歷史沉淀的民族瑰寶。有著悠久歷史的文化遺產(chǎn)，集物質(zhì)和非物質(zhì)文化于一體，蘊含著豐富的地域文化及自古傳承而來的特定聚落環(huán)境[11]。因此，提高古村落消防應對能力勢在必行。

另外，智慧消防火災識別的精準度和火災救援方面目前仍需要進行更加深入的研究。希望在不久的將來，識別精準、有效預測、救援到位、滅火及時的智慧消防聯(lián)動系統(tǒng)，能夠服務社會，造福人民。

參 考 文 獻

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[11]范小菊.古村落數(shù)字化保護探究[J].現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2016（11）：430-431.