基于物聯網技術的智能消防巡檢系統設計與應用研究

劉吉斯，尹春雷

（海灣安全技術有限公司，河北 秦皇島 066000）

消防設施作為現代化城市不可或缺的一部分，是其安全運行的重要保障，如何保證消防設施正常運行備受各界人士的關注。巡檢作為目前獲取消防設施運行狀態的主要方法，依賴巡檢人員的經驗獲取消防設施的運行信息，這種巡檢方法的不足是效率低，主觀判斷的信息不準確，巡檢信息上報實效性差，不能達到較好的應急響應效果。故而研究智能化、自動化的巡檢技術，開發先進的智能巡檢系統，對于提高消防設施巡檢效率具有重要意義。

相較于西方發達國家，我國的智能巡檢技術研究起步較晚，技術并不完善，如消防管線布置形式多為層級形式，不同層級管線之間存在連接關系，要想準確實現智能巡檢，必須攻克管線層級管理的現狀，難度極大。近年來，物聯網技術得到了飛速發展，能夠與任何物品相連，具備很好的數據傳輸功能，為消防智能巡檢系統的設計提供了新技術、新方向。

智能化巡檢系統的開發，能夠提高消防設施巡檢的效率和消防設施管理的水平，規范消防設施巡檢作業流程。因此，基于物聯網技術以及網絡地理信息服務技術，開發智能消防巡檢系統，對于提高消防設施巡檢技術水平和效率意義重大。

1 系統總體方案設計

1.1 系統架構

智能消防巡檢系統架構如圖1 所示，基于物聯網的結構層次設計，主要由感知層、網絡層和應用層組成。感知層的作用是完成消防系統水管壓力的采集，涉及水壓傳感器和數據采集模塊兩部分，為智能消防巡檢系統實現提供數據來源。感知層主要元器件包括RFID 標簽和讀寫器、水壓傳感器、RFID 網絡等，巡檢人員工作過程中可以直接獲取水壓信息，經手機客戶端上傳入網。傳輸層的作用是將消防系統中水壓傳感器檢測得到的壓力數值、消防栓運行狀態等數據入網傳輸，是數據實時上傳的基礎。系統可以使用公網和專用網，包括移動通信網、互聯網和專用網等。應用層的作用是處理采集得到的消防系統運行狀態信息，能夠實現數據的存儲、分析和管理等功能，系統設置了管理員和巡檢員的應用權限，能夠區別實現個性化服務。智能消防巡檢系統中的感知層、網絡層和應用層之間的信息傳輸并不是單向的，具有交互控制的功能。各層之間需要傳輸的數據也各不相同，涉及RFID 信息數據、消防設施運行數據、消防管路水壓信息等。

圖1 智能消防巡檢系統架構

1.2 系統功能

智能消防巡檢系統涉及的功能模塊包括消防栓信息維護、消防栓巡檢展示和巡檢數據分析等，消防栓信息維護功能是對消防系統中的消防栓進行注冊，將其備案到系統后臺中，如果出現消防栓信息的變動，也可以進行消防栓信息的修改，確保消防栓信息的準確。消防巡檢展示是展示消防栓巡檢結果并存儲，同時在系統終端進行視覺圖像展示，實現巡檢信息的可視化。巡檢數據分析的作用是查閱歷史數據信息，實現系統巡檢數據的綜合分析，以便獲取消防系統巡檢結果的變化趨勢，更好地指導巡檢人員的實際工作。

2 硬件設計

2.1 水壓傳感器

水壓傳感器作為智能消防巡檢系統的重要組成，要求其具有檢測精度高、響應靈敏等，故而選擇了帶有硅壓阻式壓力充油芯體的水壓傳感器，型號為SIN-P300，如圖2 所示。該水壓傳感器的精度高達0.5%，應用過程中能夠實時檢測到消防栓水管中的微小壓力變化，具備數據采集和傳輸的功能，避免了巡檢人員工作過程中頻繁進行機械測試帶來的體能消耗以及對消防管路產生的機械損害。水壓傳感器采集得到的壓力數據傳輸至RFID標簽讀寫器進行A/D 轉換，將模擬量轉換為數字量，之后寫入RFID 標簽。

圖2 水壓傳感器

2.2 RFID 標簽

RFID 標簽種類較多，主要包括有源標簽和無源標簽兩種。市面上存在的無源標簽的不足是識別距離短，要求閱讀器的性能更高，必須具有很大的發射功率才能完成標簽的識別；有源標簽受制于體積結構，安裝、維護成本等制約了其使用的可能。智能消防巡檢系統需要具有遠距離識別、能耗低、非電池供電的有源標簽，為此系統選擇了型號為BRT-49 的RFID 的無源標簽，在保證安裝維護功能的前提下具備遠距離識別的能力，如圖3所示，滿足智能消防巡檢系統設計要求。

圖3 RFID 標簽

2.3 解讀器

解讀器作為智能消防巡檢系統的一部分，此處選擇手持式解讀器，是一種小型的行動裝置，集成在智能消防巡檢系統手持終端內，巡檢人員巡檢消防栓時，RFID標簽存儲的信息經過天線傳輸至解讀器天線，進而獲得載波信號。解讀器對載波信號進行解調和解碼處理，再將數據傳輸至系統終端進行顯示。解讀器負責RFID 標簽信息數據的采集工作，實現智能消防巡檢系統標簽數據的讀寫功能，為了提高采集器的緊湊性，選擇了902～928MHz 的超高頻RFID 讀頭。RFID 讀頭的讀寫頻率數值為902 ～928MHz，數據讀寫速度快、能夠保證數據采集的效率。

2.4 系統終端

智能消防巡檢系統終端通俗地說就是巡檢人員巡檢過程中的工具，具有便攜式特點的手持工具，巡檢人員手持系統終端到現場，采集RFID 標簽數據并實時顯示在手持工具的界面中供巡檢人員查閱，獲取消防系統的運行狀態信息。此處選擇的系統終端為工業平板或普通的安卓手機，如圖4 所示，安卓系統具有穩定的運行屬性，版本為Android 13.0，滿足智能消防巡檢系統的設計要求。

圖4 系統終端

3 軟件設計

3.1 消防栓信息維護

消防系統巡檢人員開展巡檢工作時采用便攜式終端設備在現場進行消防栓信息的注冊，進入系統的感知層完成消防栓信息的錄入，對消防栓的RFID 標簽進行讀取并初始化，之后將消防栓具體的型號、位置等信息寫入RFID 標簽進行存儲，實現消防栓的唯一性標識。RFID 標簽初始化在終端設備與標簽解讀器連接后完成，其中型號信息為消防栓的固有屬性，位置信息借助百度地圖提供。巡檢人員信息錄入路線是終端設備→解讀器→RFID 標簽。

消防栓信息寫入RFID 標簽：

RFIDAndBT.Rfid_Set_tag_data(eIdText.getText().toString(),strTagData);//消防栓信息寫入RFID 標簽。

消防栓的信息上傳系統終端：

HttpPost httpPost=new HttpPost(url)；

httpClient.execute(httpPost);／/注冊信息上傳系統終端。

系統終端確認信息反饋，顯示成功提示：

HttpReSPonse response=client.execute(httpPost)：／／接收服務器返回的信息。

3.2 消防設備巡檢

智能消防巡檢系統的感知層是實現巡檢工作的基礎，巡檢人員通過便攜式系統終端獲取消防栓的RFID標簽信息并采集消防管線內部的水壓數據，實時掌握消防栓的工作狀態。經過巡檢工作，Android 終端就能夠同時獲取消防栓RFID 標簽信息，借助解讀器讀取管路水壓數值；便攜式系統終端將采集得到的RFID 標簽數據信息及時傳輸至智能巡檢系統的后臺進行存儲和分析，并在百度地圖中實時顯示消防栓的位置信息。解讀器識別與消防栓綁定完成的RFID 標簽，獲取并解析標簽中的基本信息和水壓傳感器的水壓數值，之后通過藍牙4.0 發送給Android 13.0 終端，系統終端再利用HTTP 發送至后臺管理系統進行存儲與顯示。

Itent.addAction(BROADCAST_GTRFID_DATA);// 接收藍牙發送的RFID 標簽信息。

String result=new HttpUtil（url，map）.sendHttpPostReq()；//發送巡檢信息給服務器，并接收返回信息。

3.3 消防栓數據處理

巡檢人員完成消防系統巡檢工作后，巡檢數據傳輸至系統終端進行數據的存儲和分析，確定消防設施是否出現消防設施故障及巡檢狀態是否正常。消防設施故障分析工作重點關注點是消防管路，通過觀察系統中消防管路各個位置的水壓數據，確定消防管路中是否出現消防栓故障，并顯示具體的故障位置。消防設施巡檢狀態分析的重點是監督消防設施巡檢時間和次數等是否按時完成，為消防栓及管線的統籌管理與維護提供依據。

4 關鍵技術

4.1 消防管線分層分級管理

城市內的消防系統管線多布置于地下，環境昏暗，管理工作極為困難。消防管路巡查工作需要獲取消防管道的供水信息，確定消防管路的運行情況。智能消防巡檢系統基于百度地圖設計，引入了拓撲識別、面向對象等先進的技術，能夠根據實際管線走勢更新建網。系統內部設計有消防管線拓撲圖，可以自動識別主管、支管、管徑等，在消防管線注冊時進行關聯錄入就確定了管線的特征，根據巡檢過程中采集得到的管線水壓、水量等信息，就可以判斷出管線的負荷情況、供水線路等，指導巡檢人員對消防管線實施調整控制。系統還具有應急預案提示的功能，當消防管路出現爆管等故障時，系統基于管網布置情況給出閥門關閉方案、事故隔離措施等。

4.2 基于空問位置的消防設施統一管理

物聯網是能夠將不同空間內的物體聯系起來，依賴GIS 地理空間信息。與此同時，GIS 的信息集成、實時顯示及其空間分析功能為物聯網的應用也提供了足夠的時空數據，終究實現物體與物體之間的信息傳輸與聯系。因此，GIS 技術作為智能消防巡檢系統設計的關鍵技術，與物聯網技術相結合后，實現了消防巡檢工作的自動化和智能化。

消防系統正常工作的前提是供水正常，智能消防巡檢系統的設計能夠對消防栓及管線位置進行注冊定位，實時顯示消防栓的巡檢信息，并且能夠對消防栓的位置及所處的管路進行定位。用戶采用移動終端設備進行消防栓的信息注冊錄入，之后將信息上傳至系統后臺進行存儲，系統Web 端利用jQuery 庫與系統業務層進行數據交互，結合百度地圖的位置信息就可以實現消防栓運行狀態的實時顯示。Android 端和服務器端具有定時自動更新功能，確保顯示出來的消防栓信息是最新的巡檢信息。Android 端通過HTTP POST 協議定時向系統的后臺傳輸巡檢信息，并對返回的數據進行處理和顯示。智能消防巡檢系統內部設置有消防栓狀態圖例，能夠根據消防栓實際的巡檢信息和狀態將其對應的圖例進行顯示。

5 應用效果評價

為了驗證智能消防巡檢系統設計的合理性和可行性，將設計完成的系統在秦皇島市經濟技術開發區XX消防栓的巡檢過程中進行試驗，具體的試驗流程包括以下內容。在消防栓上設置水壓傳感器和RFID 標簽；之后進行消防栓地理位置的定位，編制消防栓的RFID 標簽信息，實現消防栓標識的唯一性注冊；進行日常的消防栓巡檢工作，確定消防栓巡檢信息是否能夠可靠顯示。試驗結果如圖5 所示，智能消防巡檢系統中能夠檢測得到消防栓的地理位置及注冊信息，巡檢終端具有消防栓信息數據，水壓實測數值為0.3MPa，巡檢結果提示消防栓運行正常，系統標注的巡檢時間為2023 年4 月12 日11:10。綜上可知，智能消防巡檢系統試驗結果很理想，具有很好的應用前景。

圖5 系統終端巡檢表單界面

6 結語

隨著城鎮化建設工作的推進，消防安全工作備受人們的關注。針對當前消防巡檢工作存在勞動強度大、工作環境惡劣、自動化程度低、數據不夠準確等問題，開展了智能消防巡檢系統的設計，引入了先進的物聯網技術，徹底顛覆了當前消防系統人工巡檢的現狀，提高了消防栓及消防管線巡檢工作的效率，降低了巡檢人員的勞動強度。智能消防巡檢系統合理性和可行性試驗結果表明，系統能夠很好地應用于現有的消防系統中，能夠實現消防栓信息錄入、水壓數據的采集及上傳存儲，能夠實時顯示消防栓的地理位置，為巡檢人員提供必要的巡檢數據信息，可以很好地指導巡檢人員開展工作。