張昊琪 張海華 馬曉菲 梁如鑫 楊牧青

摘 要：為提高火災(zāi)的預(yù)判能力，文章提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的分級(jí)報(bào)警與消防輔助系統(tǒng)，建立火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)，利用基于多無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，確定火源位置，然后利用火災(zāi)消防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各程度火災(zāi)的智能化消防，最后對(duì)火災(zāi)情況進(jìn)行三維重塑，通過(guò)Dijkstra算法實(shí)現(xiàn)對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)的救援。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；分級(jí)警報(bào)；智能化消防

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市土地日益稀缺，建筑結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，而其中的電氣設(shè)備等也越來(lái)越多，這大大提高了火災(zāi)的發(fā)生率，對(duì)于火災(zāi)報(bào)警以及消防系統(tǒng)有了更高要求[1]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于報(bào)警體系不完善，消防救援不當(dāng)而造成的火災(zāi)發(fā)生比例占總火災(zāi)比例的31%以上[2]，造成巨大的生命財(cái)產(chǎn)安全損失。因此，必須建立完善的報(bào)警體系以及救援策略，才能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，快速響應(yīng)，應(yīng)用最精準(zhǔn)高效的救援策略保障生命財(cái)產(chǎn)安全。

本系統(tǒng)的主要功能在于通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行火情等級(jí)評(píng)估，分級(jí)報(bào)警，情報(bào)傳輸。設(shè)計(jì)目的是為消防救援工作提供便利，為救援行動(dòng)節(jié)省時(shí)間。依據(jù)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)火災(zāi)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)量級(jí)輕重選擇不同的報(bào)警及處理方式。本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集整棟建筑物內(nèi)著火點(diǎn)、人流、安全通道等信息，通過(guò)三維建模和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，在救援人員手持終端上以建筑物的3D模型體現(xiàn)，為救援人員提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的情報(bào)和最佳救援路徑。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的分級(jí)報(bào)警與消防輔助系統(tǒng)

1.1 火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

人們?cè)谌粘５纳a(chǎn)生活中的行為不當(dāng)就可能引發(fā)火災(zāi)的發(fā)生，往往會(huì)導(dǎo)致一定的人員傷亡和響應(yīng)的財(cái)產(chǎn)損失?；馂?zāi)的發(fā)生既具有隨機(jī)性和突發(fā)性，同時(shí)又有一定的規(guī)律性?；馂?zāi)通常伴隨著溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度、火焰強(qiáng)度等參數(shù)變化[3]，因此，集成溫度傳感器、煙霧濃度傳感器等多傳感器終端則成為火災(zāi)探測(cè)的主要形式。

基于此，本文提出一種基于多無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，采用ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并利用ARM嵌入式系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算判決與定位[4]。以圖1所示的環(huán)境闡述定位算法?；鹪粗糜诘匕迳?，節(jié)點(diǎn)1、2置于內(nèi)壁，節(jié)點(diǎn)3置于天花板上，節(jié)點(diǎn)四置于Y-Z平面。利用煙霧擴(kuò)散的模型，當(dāng)煙霧擴(kuò)散的速度為v0（m/s），節(jié)點(diǎn)i檢測(cè)到的煙霧數(shù)據(jù)為pi時(shí)，節(jié)點(diǎn)i到火源的距離為ri=（p0-pi）。

1.2 智能消防系統(tǒng)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，妥當(dāng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)火災(zāi)類別進(jìn)行分類，對(duì)不同程度的火災(zāi)分級(jí)處理，才能達(dá)到智能化消防的目標(biāo)[5-8]。智能消防系統(tǒng)如圖2所示。

1.3 三維重塑情報(bào)系統(tǒng)

三維重塑情報(bào)系統(tǒng)，就是提前將建筑物3D模型錄入移動(dòng)設(shè)備中，將整棟建筑物按區(qū)域劃分置于三相坐標(biāo)系中，將各個(gè)區(qū)域整合為坐標(biāo)信息，各個(gè)區(qū)域的傳感器將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備中，在相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)表示出對(duì)應(yīng)信息[9-11]。三維重塑模擬圖如圖3所示。

Dijkstra算法的基本思想是將圖中的節(jié)點(diǎn)分為兩類：永久節(jié)點(diǎn)（P節(jié)點(diǎn)）和臨時(shí)節(jié)點(diǎn)（T節(jié)點(diǎn)），P節(jié)點(diǎn)是那些已經(jīng)找到了從起點(diǎn)到該點(diǎn)的最佳路徑的節(jié)點(diǎn)，其余的節(jié)點(diǎn)為T節(jié)點(diǎn)。算法的核心過(guò)程是將符合條件的T節(jié)點(diǎn)變成P節(jié)點(diǎn)[12]。

通常實(shí)現(xiàn)此算法時(shí)，針對(duì)有N個(gè)節(jié)點(diǎn)的圖，用一個(gè)二維數(shù)組W[N][N]來(lái)描述節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的最佳路徑權(quán)重。初始化時(shí)，如果存在節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的有向邊，則W（i，j）為該邊的權(quán)重，否則，W（i，j）= +∞。在此定義如果有從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的有向邊，稱節(jié)點(diǎn)j為節(jié)點(diǎn)i的鄰節(jié)點(diǎn)。Dijkstra算法流程如圖4所示。

2 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)目前報(bào)警體系不完善，消防救援不當(dāng)?shù)默F(xiàn)狀，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的分級(jí)報(bào)警與消防輔助系統(tǒng)。利用基于多無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)到火災(zāi)源以及火災(zāi)形勢(shì)，通過(guò)智能消防系統(tǒng)，對(duì)火災(zāi)程度進(jìn)行分類，做出相應(yīng)的處理，并將檢測(cè)到的火災(zāi)情況傳輸?shù)饺S重塑情報(bào)系統(tǒng)，利用Dijkstra算法實(shí)施救援。

本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的分級(jí)報(bào)警與消防輔助系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行火情等級(jí)評(píng)估，分級(jí)報(bào)警，情報(bào)傳輸，為消防救援工作提供便利，為救援行動(dòng)節(jié)省時(shí)間。

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