物聯網技術在智慧消防檢查中的有效應用

王偉，曹卓媛

（杭州市消防救援支隊，杭州 310000）

1 引言

當前城市建筑環境日益復雜，對消防安全提出了更高的要求，使建筑防火檢查難度增加，通過物聯網的應用可創建智慧消防系統，可自動識別危險源、實時監控消防設施、及時報警火災等，為滅火指揮、火情防控、科學方案的制訂等提供了必要保障，還可使經濟損失降到最低。

2 物聯網建筑安防系統架構

2.1 主控中心

采用mini2440實驗板，CPU主頻調節為400 MHz，接口分別為1個以太網接口、1個USB接口、1個SD卡接口、3個串行接口；內存為64M的SDRAM，32 bit數據總線，時鐘頻率為100 MHz。該系統主控中心的硬件結構如圖1所示。

圖1 主控中心結構圖

2.2 煙霧傳感器

采用型號為MQ-2的煙霧傳感器，將其設置在消防檢查節點位置。該設備采用SnO2，在清潔空氣內電導率較低，當檢測到運行環境內氣體濃度增加時，氣敏材料的電導率便會發生變化，設備阻值受被測氣體濃度影響，將濃度信號變為電信號。在運行環境下，電阻值與煙霧濃度間的聯系用靈敏度K表示，計算公式如下：

式中，K為靈敏度；R為電阻值；R0為傳感器在正常環境下的阻值。因煙霧類型不同，K值有所區別，但均遵循以下規律：

式中，m為探測器的敏感性，在1/3～1/2取值；A為煙霧濃度；N為氣敏材料溫度。

2.3 現場報警電路

該電路包括繼電器與警號兩部分，設置在智能建筑安防消防探測系統內，當出現火災情況時發出警示作用，使值班人員能夠針對突發情況采取解決對策。該系統內的報警電路采用繼電器驅動警號，在ZigBee終端節點P0-3與三極管相連，在火災狀態下輸出低電平，此時三極管處于閉合狀態，繼電器驅動警號，實現現場報警，反之則警號不啟動，電路連接如圖2所示[1]。

圖2 現場報警電路圖

3 物聯網在智慧消防檢查中的應用措施

3.1 在防火檢查業務中的應用

3.1.1 創建防火數據庫

該數據庫由傳感矩陣、采集程序等構成，具有消防資源管理、信息監測、監督執法等功能，對建筑消防安全進行全面管控，包括樓道雜物堆積、電氣系統運行、樓內溫度變化、煙霧濃度等。當出現火災時，樓內溫度與煙霧濃度會逐漸提升，根據上述數據便可進行火災自動預警，使信息更為準確，為火情評估提供充分的數據支持。針對采集的溫度、煙霧、CO濃度等信息，納入模糊神經網絡之前進行預處理，因神經網絡內輸入的物理量間差異較大，且受環境因素的影響，需要將其歸一化處理，數值量還會影響系統矯正時間，二者具有正比關系，如若未對數據進行歸一化處理，大數據將會“吃掉”小數據，導致誤差增加，經過歸一化處理后納入模糊神經系統內進行深入處理。將煙霧濃度、溫度、CO濃度等信息作為檢測對象，對火災發生概率進行判斷。第一步是對輸入信號模糊化處理，根據隸屬函數創建模糊規則模型；第二步是對采集信號進行訓練，結合訓練結果調整權值；第三步是按照模糊神經網絡對火災發生率進行判斷，并將概率值輸出，火災信號處理過程如圖3所示[2]。

圖3 火災信號處理流程

3.1.2 構建防火檢查系統

通過現代化信息技術的應用，采集消防檢查相關信息，使防火檢查系統更加完善。例如，數據管理技術應用中，通過信息整合、統一處理，可借助虛擬化技術進行模擬演練，再利用Web數據挖掘技術進行信息預處理，使建筑內的消防安全等級得到精準客觀的評估，使消防監督、防火檢查等功能更具針對性，節約大量人力與物力成本投入，促進監督檢查效率提升。將煙霧濃度、CO濃度、溫度值作為傳入信號，創建模糊神經網絡模型，如圖4所示[3]。

圖4 模糊神經網絡結構圖

圖中，S為煙霧濃度；T為溫度值；C為一氧化碳濃度，將三者數值進行預處理后輸出；W1～W4分別代表的是不同層次間的權值；X、Z、D分別代表模糊推理中的“小”“中”“大”，利用W1和W2將信號分成不同的等級，在利用W3選擇相應的迷糊規則，最后用W4將規則歸一化處理，將火災發生概率輸出，用N表示“無火災”；用Y代表“引燃”；用M代表“明火”；P為最終狀態。根據上圖可知，首層中的S、T和C屬于輸入量，第二和三層為模糊化層，第四層為推理層，第五層為歸一化層。為使建筑防火系統報警更加準確，在多種環境下仍可準確報警，可結合實際環境設置模糊規則與隸屬函數，使火災報警更加準確可靠。

3.2 在救援管理中的應用

一方面，創建建筑身份系統。對不同位置的建筑物進行身份確認，如結構、使用情況、改造程度等，利用物聯網將采集的信息設置成電子標簽（RFID）。在發生火情時，工作人員可利用終端設備了解建筑狀態，便于及時為消防人員提供信息；一旦發生異常情況，芯片能夠及時識別并做出初步判斷，并向管理者發出警報。消防人員可及時了解建筑受災情況，憑借樓內的溫度傳感器了解現場溫度，便于有效開展救援工作。如若報警人員對信息不了解，則指揮人員便要先確認建筑信息，由此確定火災位置，再實施救援。另一方面，完善消防安全責任平臺。在智慧消防系統中增設安全責任平臺，該平臺的作用是對管轄范圍內的消防部門、辦公大樓、小區等進行等級劃分，對于人員流動較多的區域，如寫字樓、民用建筑等，需要確定建筑出入口數量、具體位置、樓層高度等，有助于在出現火情時消防車可以通過最短路徑達到現場，開展高效的救援工作。上述區域相關責任主體也應協調配合，使防火監督更具針對性，引導從業者樹立安全責任意識，全面掌握區域內人員信息，實施安全責任監督常態化管理。該系統中還設置了社會消防安全管理模塊，使監管部門在防火工作中的作用得以充分發揮，各部門樹立安全責任意識，負責好各自行業內的消防管理工作，再由統一的安全管理系統進行監督，將現代化信息技術充分應用到內部消防管理系統中，使網上查詢、網上錄入、監督與考評得到貫徹落實，從而節約更多的資源與成本，促進消防檢查整體效率提升。

3.3 在消防設施管理中的應用

3.3.1 消火栓

建筑安全需要完善的消防設施來保障，消火栓作為重要的消防設施之一，對其定期檢查和管理十分必要，可以保證其隨時可用，降低火災損失。因建筑防火等級不同，應采取分級質檢標準，常規檢查為期1～2 a，但因傳統消防設施檢查力度不強，管理技術落后，導致設施管理效率始終無法提升。在智慧建筑背景下，可將消火栓管理體系與物聯網相連接，實時反饋運行狀態，物聯網可直接在消火栓中安裝各類傳感設備、智能芯片等，依靠RFID技術進行管理。智能芯片是在云計算的支持下，對消火栓的相關信息進行采集，并將其整理成標準格式后傳遞到當地消防中心，使消防單位能夠隨時掌握消火栓的準確信息，快速響應并解決。

3.3.2 火災識別系統

物聯網智慧消防系統安裝了煙霧傳感器、溫度探頭等，適用于不同的火災識別報警設備中，將其與智能樓宇系統相連后，當火災識別設備發現建筑內出現火情時，便會將火情預警信息經過物聯網傳輸到樓宇系統中，再由樓宇系統發出警報，使樓內居民能夠及時知曉險情，并有序撤離；還可將其與當地的消防中心相連，可在火災發生的第一時間將信息傳達到消防單位，使消防隊伍能夠快速到達火災現場，組織開展滅火救災工作；還可便于消防機構采集最新火情信息，迅速定位起火區域、易燃易爆物體位置等，發揮強大的滅火輔助作用，使滅火救援效率進一步提升。

3.3.3 消防供水系統

建筑火災控制受水資源供給的影響較大，如若供水系統不完善，會增加滅火難度。將物聯網與供水系統相連接，可對供水狀態進行動態監控，實時掌握現場水源供應情況，如水流壓力、流量等，消防中心可根據上述信息綜合分析現場火情，預測滅火所需的水資源總量，必要時還可提前從周圍區域抽調，確?；馂默F場水源供應穩定持續，盡可能地減少火災造成的財產損失。在供水系統中安裝消防水源傳感器，應與居民建筑間保持約2 m的距離。傳感器可將水源位置、水量等重要信息實時傳遞，便于消防管理方案制定，提高防火與滅火效率。

4 結語

智慧消防在物聯網的支持下已經普遍應用到建筑防火工作中，在防火檢查、救援管理、消防設施管理等方面發揮著重要作用。在智慧安防系統中，通過溫度、煙霧傳感器、智能芯片等能夠及時發覺樓內溫度、煙霧濃度等異常情況，及時發起警報，促使值班人員及時予以解決，一旦出現火災事故，報警電路便會立即啟動，告知消防中心，消防人員根據物聯網技術可快速定位火災位置，并以最短路線到達現場，使火情盡快得到控制；還應加強消火栓、供水系統等管理，確保在發生火情時能夠正常投入使用，最大限度減少人員傷亡與財產損失。