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淺析智慧消防云平臺的設(shè)計與應(yīng)用
【摘要】本文提出了一種基于云平臺的新型智慧消防控制系統(tǒng),，在保障基礎(chǔ)消防控制系統(tǒng)綜合集成的同時基于云平臺實現(xiàn)對建筑物內(nèi)人員的定位與數(shù)量統(tǒng)計,，建立建筑物BIM模型基于zigbee技術(shù)為被困人員制定合理的疏散路線；節(jié)點工作情況,、火災(zāi)情況皆可以在移動端實時反饋,，可以輔助消防員準確救援。大大提高了逃生與救援效率,，避免火災(zāi)產(chǎn)生更大的損失,。 【關(guān)鍵詞】智慧消防；云平臺,；zigbee 1 概述 在“智慧物聯(lián)"“云計算"技術(shù)高速發(fā)展的今天，消防作為保證人身安全的重要環(huán)節(jié)理應(yīng)引起人們的重視,。而目前大多數(shù)消防監(jiān)控方法仍為在消防控制室設(shè)工作人員 24 小時值班,，這樣的模式在一定程度上執(zhí)行困難，并存在安全隱患,。同時現(xiàn)有的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)存在各個設(shè)施孤立運行的情況,，不能做到互通信息、及時反饋,、協(xié)調(diào)運行的要求,，反而給消防系統(tǒng)的管理帶來了更多問題。該系統(tǒng)在將基礎(chǔ)消防控制系統(tǒng)靈活優(yōu)化整合的基礎(chǔ)上,，還可以實現(xiàn)自動報警,、監(jiān)控、定位救援,、規(guī)劃逃生路線的功能,，同時可在云端監(jiān)控，節(jié)省了人力資源的同時也大大提高了火災(zāi)監(jiān)控的效率與精準輔助消防救援的能力。 2 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)總體方案： 該系統(tǒng)由應(yīng)用層,、綜合顯示層與感知執(zhí)行層構(gòu)成,。感知執(zhí)行層連接溫度傳感器、感煙探測器等各種探測器組成各個子系統(tǒng),，判斷節(jié)點運行情況以實現(xiàn)基礎(chǔ)的消防監(jiān)控報警功能,。感知執(zhí)行層可將信息發(fā)送給綜合顯示層顯示在綜合顯示器上并上傳至應(yīng)用層。其中應(yīng)用層由云平臺端與手機客戶端組成,，云平臺端可以實現(xiàn)對建筑物 BIM 模型的建立與發(fā)生火災(zāi)后計算,、規(guī)劃路徑的功能；同時移動設(shè)備也可以接收云平臺發(fā)送的信息從而進行實時監(jiān)控,，圖1,。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在感知執(zhí)行層各個傳感器模塊發(fā)送存活數(shù)據(jù)包，然后周期性的上傳傳感器的數(shù)據(jù)至綜合顯示層,，綜合顯示層的信息也可以與感知層交互,，子控制器收到后，執(zhí)行相應(yīng)的操作,。TCP協(xié)議把數(shù)據(jù)上傳給ARM CORTEX A9服務(wù)器,，服務(wù)器中的線程1通過TCP收發(fā)數(shù)據(jù)，線程 2對數(shù)據(jù)進行解析,，線程3開辟共享內(nèi)存,，把數(shù)據(jù)實時放入共享內(nèi)存中，線程4把數(shù)據(jù)存放在sqlite3數(shù)據(jù)庫中,，同時運行BOA服務(wù)器,，通過CGI程序?qū)eb瀏覽器數(shù)據(jù)實現(xiàn)雙向通信，網(wǎng)頁Web瀏覽器上實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)與控制功能,。在應(yīng)用層：云服務(wù)器進行路徑規(guī)劃,、BIM 三維建模與zigbee定位，用來實現(xiàn)火災(zāi)逃生與救援功能同時也可與手機APP實時傳輸,，同時,，實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)同步顯示。 消防監(jiān)控報警系統(tǒng)：基礎(chǔ)的火災(zāi)報警監(jiān)控功能是重中之重,，提供完善的基礎(chǔ)性保障是智慧消防的根基,。本系統(tǒng)將消防監(jiān)控報警系統(tǒng)下分幾個子系統(tǒng)：（1）火災(zāi)報警系統(tǒng)；（2）風(fēng)控制系統(tǒng),；（3）防火門系統(tǒng),；（4）水控制系統(tǒng)。 3 綜合控制器設(shè)計 本系統(tǒng)選擇ARM CORTEX A9處理器,，為了接收zigbee端的定位信息,，在服務(wù)器ARM CORTEX A9的主進程中創(chuàng)建多個線程,，每個線程單獨執(zhí)行相應(yīng)功能。線程1創(chuàng)建TCP服務(wù)端,，接受信息并可以反饋指令,。線程2對接受的信息進行歸納處理并存儲。線程3創(chuàng)建共享內(nèi)存,，可以接受從網(wǎng)頁發(fā)來的信息,。線程4首先對串口進行初始化，然后每隔80毫秒從串口接收 zigbee數(shù)據(jù),。線程5對zigbee 信息進行分析,，計算出計算點的信息，執(zhí)行定位功能,。結(jié)構(gòu)功能如圖2所示,。
圖2 綜合控制器設(shè)計框圖 4 BOA服務(wù)器與WE頁面設(shè)計 4.1 BOA服務(wù)器 本系統(tǒng)在ARM CORTEX A9上搭建BOA服務(wù)器，利用綜合顯示屏功能,，對工作情況進行顯示,。BOA是一種非常小巧的Web服務(wù)器，其可執(zhí)行代碼只有大約60KB左右,。作為一種單任務(wù)Web服務(wù)器,，BOA只能依次完成用戶的請求，而不會fork出新的進程來處理并發(fā)連接請求,。但BOA支持CGI,，能夠為CGI程序fork出一個進程來執(zhí)行。但經(jīng)過對BOA源碼的分析可以看出,，BOA 服務(wù)器將根據(jù)瀏覽器地址欄中輸入的文件路徑調(diào)用相應(yīng)的CGI程序或靜態(tài)頁面顯示在瀏覽器中,。這種方式使入侵者很容易找到源文件，隱蔽性和安全性很差所以這里在對Boa源碼進行修改,。在源代碼判斷是否CGI程序之前添加判斷：如果文件路徑(req→pathname)的后綴代表本系統(tǒng)的靜態(tài)頁面,，則將其修改為實際CGI程序所在路徑，并更改is_cgi變量為“CGI",。經(jīng)過這樣修改后，程序會調(diào)用CGI程序的處理函數(shù)init_cgi(),，使原本的靜態(tài)請求變成動態(tài)的CGI請求,。 4.2 BOA服務(wù)器頁面設(shè)計與功能 4.2.1 綜合定位功能 輸入網(wǎng)站地址可進入服務(wù)器首頁,，系統(tǒng)可根據(jù)zigbee定位,，實現(xiàn)上述對被困人員的定位，在綜合顯示屏頁面上顯示人員位置如圖3綜合顯示屏定位系統(tǒng)頁面所示,，便于消防員進行救援,。
圖 3 綜合顯示屏定位頁面4.2.2 節(jié)點運行顯示功能 STM32傳感器與CAN總線設(shè)計： 本系統(tǒng)中子節(jié)點采用STM32f103,，工作頻率可達72Mhz,在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHZ。系統(tǒng)上電后芯片先進行初始化,，然后循環(huán)讀取傳感器數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理,，確定目標(biāo)ID，封裝數(shù)據(jù)包,，通過CAN總線發(fā)送,。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，火災(zāi)報警控制子系統(tǒng)獲取報警信號,，通過樹莓派發(fā)送信息,，控制各個系統(tǒng)動作。在本系統(tǒng)中各個系統(tǒng)獨立運行,，可以保證穩(wěn)定運行,。系統(tǒng)上電后，CAN總線進行初始化,，配置過濾器初始化CAN總線與數(shù)據(jù)包,；隨后根據(jù)狀態(tài)判斷是否發(fā)送總線函數(shù)還是中斷（CAN總線可以通過兩個計數(shù)器：發(fā)送錯誤計數(shù)器TEC和接收錯誤計數(shù)器REC判斷處在是在主動錯誤狀態(tài)還是被動錯誤狀態(tài)。）如圖4所示為綜合顯示屏監(jiān)控數(shù)據(jù)頁面,。 
圖4 運行監(jiān)控數(shù)據(jù)
4.3 Web 路徑規(guī)劃頁面
本系統(tǒng)選擇Apache作為Web服務(wù)器,，Apache開放源代碼，支持跨平臺并且易與手機 APP 互聯(lián),。安裝Apache用到4個文件：httpd,、apr、apr-util,、pcre-8.40,。這樣可以提高并發(fā)進程的處理速度與數(shù)量。在路徑規(guī)劃系統(tǒng)頁面的人員位置處輸入著火點位置,，該系統(tǒng)即可規(guī)劃逃生路線,。逃生路線如圖5所示。
圖5逃生路徑規(guī)劃頁面
5 安科瑞智慧消防平臺介紹
5.1平臺結(jié)構(gòu)
5.2平臺主要功能介紹5.2.1首頁用戶登錄成功之后進入首頁,，如圖所示,。主要展示的內(nèi)容有：項目概況、設(shè)備狀態(tài),、設(shè)備分類,、設(shè)備報警信息、報警分類,、報警統(tǒng)計,、設(shè)備臺賬信息等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型,，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示,。
5.2.2消防子系統(tǒng)智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統(tǒng),、防排煙子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng),、消防設(shè)備電源子系統(tǒng),、防火門子系統(tǒng)、消防設(shè)備管理子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等,。智慧用電子系統(tǒng)可以接入電氣火災(zāi),、孤航電弧、電氣火災(zāi)主機,、滅弧式保護器探測器和無線測溫探測器等,。點擊智慧用電子系統(tǒng)進入智慧用電監(jiān)控頁面，點擊菜單顯示整個項目的基礎(chǔ)信息和該項目下的所有探測器的信息,，點擊末級節(jié)點顯示具體探測器的監(jiān)控頁面,。
消防水子系統(tǒng)可以接入消防栓、消防水壓,、水位傳感器等,，用于實時的監(jiān)控消防水管網(wǎng)的壓力、液位,、是否漏水,，以及開蓋等事件，當(dāng)消防水壓不夠,，管網(wǎng)漏水時,，系統(tǒng)也能實時地發(fā)出警報，能讓相關(guān)人員及時維修維護,，保障消防安全,。防排煙子系統(tǒng)通過高靈敏的無線煙感報警裝置，實現(xiàn)對煙霧,、有害氣體,、及氣體滅火信息等數(shù)據(jù)采集，實時秒級檢測煙霧,，一且發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)劇超過風(fēng)險閾值,，APP、短設(shè)備的標(biāo)簽,、地理位置定位,，快速通知業(yè)主、物業(yè)消防單位是哪個位置的火災(zāi)隱情,。消防設(shè)備電源子系統(tǒng)實時監(jiān)控消防系統(tǒng)各個部件（如消防報警主機、樓層顯示器,、水泵,、噴淋泵,、電梯等）的電源工作狀態(tài)，確保消防設(shè)備供電正常,，并對各個部件電源產(chǎn)生的過壓,、欠壓、過流,、短路,、斷路等故障報警提示?？砷L期記錄電壓電流運行參數(shù),，自動對消防電源一段時間的運行狀態(tài)進行分析，對可能產(chǎn)出問題的隱患進行警示,。防火門子系統(tǒng)通過與門禁報警,、視頻識別的關(guān)聯(lián)，實時監(jiān)控消防通道,、安全出口,、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實現(xiàn)緊急情況下的開閉控制等功能,。確保防火門常閉,、不上鎖狀態(tài)及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障安全的生活,、工作環(huán)境,。應(yīng)急照明與疏散指示子系統(tǒng)可實現(xiàn)對各個應(yīng)急燈具的實時監(jiān)控和控制，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,，可準確的給出安全的疏散路徑指示,，智能打開消防應(yīng)急指示燈的指示方向及應(yīng)急照明燈，幫助建筑內(nèi)的人群選擇逃生疏散路線,，指引安全逃生方向,。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)部門收到感應(yīng)端各子系統(tǒng)報警信息后，可調(diào)出報警位置關(guān)聯(lián)的監(jiān)控攝像頭圖像,，查看報警現(xiàn)場視頻輔助進行火情確認,。實現(xiàn)火災(zāi)報警子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng),、電氣火災(zāi)子系統(tǒng),、防排煙子系統(tǒng)、消防設(shè)備電源子系統(tǒng),、防火門子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有機結(jié)合,，實現(xiàn)了報警點和監(jiān)控點的聯(lián)動。消防設(shè)備管理子系統(tǒng)能夠?qū)⒚總€建筑,、項目節(jié)點的所有消防設(shè)備和資產(chǎn)納入管理,，對一些消防栓,、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標(biāo)注,，日常的巡檢和維護都需要納入計劃,，在緊急情況下，會聯(lián)動GIS調(diào)度子系統(tǒng)進行調(diào)度,。5.2.3隱患管理隱患管理功能包括了隱患查詢,、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個模塊,?？梢圆榭吹卿浻脩粝碌乃许椖康碾[患信息，并進行派發(fā)和處理操作,，且對所有隱患進行統(tǒng)計分析,。
5.2.4能耗分析能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比,、能耗環(huán)比,、能耗報表和能耗預(yù)測等五個模塊?？梢圆榭吹卿浻脩粝碌乃许椖康哪芎慕y(tǒng)計,、同環(huán)比和報表，且按日,、周,、月等維度進行能耗。
5.2.5手機APPAPP支持Android,、iOS操作系統(tǒng),，方便用戶查看電氣火災(zāi)、防排煙,、消防水,、消防設(shè)備電源、防火門,、消防設(shè)備管理,、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報警等子系統(tǒng)的實時監(jiān)控數(shù)據(jù),、報警信息,、能耗統(tǒng)計等。
5.3推薦配置5.3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方推薦配置購買,，或者客戶自己租用阿里云資源,。推薦硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）
5.3.2系統(tǒng)現(xiàn)場推薦硬件配置清單：注：以下配置為針對1個回路選型，其中剩余電流互感器應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場回路電流大5.4產(chǎn)品介紹電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器
ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳,、NB-IOT網(wǎng)絡(luò)上傳,，單表流量說明：上傳間隔一分鐘，小于30M/月,；上傳間隔二分鐘，小于15M/月,；上傳間隔五分鐘,，小于10M/月.6 結(jié)論 隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智慧消防也應(yīng)登上消防系統(tǒng)發(fā)展的舞臺,，本系統(tǒng)對建筑物建立整體 BIM 模型,，并將每層劃分為普通區(qū)域與逃生區(qū)域，根據(jù)云平臺上傳的消防數(shù)據(jù)并基于 Zigbee可實現(xiàn)對被困人員的定位并根據(jù)反饋的“著火點"避開火情嚴重區(qū)域,，從逃生區(qū)域規(guī)劃不同的逃生路線,，并將逃生路線由云平臺直接發(fā)送至手機移動端。由此可見,，本系統(tǒng)不僅可以幫助人員逃生,，還可以統(tǒng)計建筑物內(nèi)的人員數(shù)量信息，使輔助救援更加有效準確,。在移動端實時監(jiān)控,、及時反饋建筑物運行情況可以將火災(zāi)危險降到很低，提高消防人員的工作效率,，保證人們的人身與財產(chǎn)安全,。 參考文獻[1].張吉躍,王鵬飛.基于物聯(lián)網(wǎng)與云計算技術(shù)的綜合智慧消防系統(tǒng)[J].智能建筑,2018(05):36-40.[2].牛嘉傲，陳偉利.基于云平臺的智慧消防控制系統(tǒng)設(shè)計[3].安科瑞AcrelCloud-6800智慧消防管理云平臺2020版.[4].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.