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獨(dú)立煙感報(bào)警監(jiān)控與輔助值守系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

張?jiān)泼?，劉?/p>

（中國人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000）

針對住宅和分散的小微場所火災(zāi)防治和監(jiān)督管理問題，探討了基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)立煙感報(bào)警器聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)方案。開發(fā)了獨(dú)立煙感報(bào)警監(jiān)控與輔助值守系統(tǒng)，闡明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，開展了系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，完成住宅小區(qū)和城鄉(xiāng)結(jié)合部兩類典型建筑場所功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究。

獨(dú)立煙感報(bào)警器；窄帶物聯(lián)網(wǎng)；智能監(jiān)控；通信技術(shù)

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的安全需求也日益強(qiáng)烈，生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域的安全設(shè)施也逐漸普及。按照國家法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，中國大型公共建筑、人員密集場所和高危險(xiǎn)性工廠倉庫等場所均裝設(shè)有火災(zāi)報(bào)警和固定滅火系統(tǒng)，而大多數(shù)住宅和分散的小微建構(gòu)筑物無相關(guān)依據(jù)和管理措施[1]。

近年來，由于“小火亡人”的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，“三合一”和住宅場所的火災(zāi)危險(xiǎn)性越來越大，為了應(yīng)對這些問題，獨(dú)立式煙感報(bào)警器在小微場所得到大力推廣和應(yīng)用[1]。由于獨(dú)立式報(bào)警裝置缺少集中監(jiān)管，設(shè)備無人值守，因此又存在誤報(bào)頻繁、故障不易發(fā)現(xiàn)、維護(hù)費(fèi)用高等諸多新問題[2]。

為了解決獨(dú)立煙感報(bào)警器的管理和使用問題，同時(shí)避免基于Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等高速短距通信技術(shù)在大范圍分散系統(tǒng)使用中的弊端[3]，按照低成本、低功耗大范圍網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程集中管理基本思路[4]，以窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）低功耗廣域網(wǎng)蜂窩數(shù)據(jù)連接技術(shù)為支撐，提出基于NB-IoT的獨(dú)立煙感報(bào)警集中監(jiān)控與輔助值守系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)以分散布置的獨(dú)立煙感報(bào)警器為硬件基礎(chǔ)，通過加設(shè)NB-IoT模塊，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立煙感探測器網(wǎng)絡(luò)化，利用“智慧消防”運(yùn)營監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺，構(gòu)建一套基于NB-IoT技術(shù)的煙感探測集中管理與輔助值守系統(tǒng)，從而最大限度地解決三級消防單位和“九小場所”火災(zāi)防控存在的問題[5]。對火災(zāi)隱患較大的小微場所采用新的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)了解監(jiān)控場所火災(zāi)隱患狀況。在棚戶區(qū)、宿舍、出租屋、養(yǎng)老院、木質(zhì)建筑等監(jiān)管弱、小火多、易亡人場所安裝NB-IoT智能煙感報(bào)警器，火災(zāi)發(fā)生初期，系統(tǒng)自動(dòng)通過語音、短信或軟件消息推送向附近業(yè)主、物業(yè)、社區(qū)、微型消防站發(fā)出警報(bào)，預(yù)警火災(zāi)或者指導(dǎo)在場人員逃離火災(zāi)現(xiàn)場[6]，安全管理人員也可以第一時(shí)間到場查看、處置撲救和疏散人群，充分調(diào)動(dòng)基層社區(qū)群眾力量。該系統(tǒng)上行連接物業(yè)、微型消防站的消防管理層，下行連接NB-IoT的獨(dú)立報(bào)警終端，所接收的報(bào)警信息被確認(rèn)為火警后，還會直接發(fā)送至智慧消防監(jiān)控中心，從而幫助專業(yè)消防人員處理火情。該系統(tǒng)還可以為一二類重點(diǎn)消防單位消控室人員提供監(jiān)控，通過該系統(tǒng)管理人員可隨時(shí)查看消控室人員的工作狀態(tài)、監(jiān)管消控室的人員動(dòng)向，防止值班人員出現(xiàn)溜班現(xiàn)象，切實(shí)保障系統(tǒng)的有效運(yùn)營。建設(shè)基于NB-IoT的獨(dú)立式煙感報(bào)警系統(tǒng)，能夠?yàn)樯鐣挝弧⑽飿I(yè)管理單位和消防部門的實(shí)時(shí)監(jiān)督和管理提供高效的管理手段。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)按照用戶、物業(yè)、消防部門三個(gè)層次應(yīng)用需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件架構(gòu)。

3.1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

系統(tǒng)硬件架構(gòu)主要包括前端煙感報(bào)警器等傳感器、NB-IoT模塊、云服務(wù)器、應(yīng)用終端，如圖1所示。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集主要依靠傳統(tǒng)的獨(dú)立式光電煙感報(bào)警器，當(dāng)報(bào)警器檢測范圍內(nèi)的煙霧密度達(dá)到一定值時(shí)，煙霧進(jìn)入到光電迷宮中，通過光的散射原理，將光束散射到接收光元件上，從而使電路正常工作發(fā)出報(bào)警。NB-IoT模塊主要用于獨(dú)立傳感器的聯(lián)網(wǎng)，在傳統(tǒng)獨(dú)立煙感報(bào)警器網(wǎng)絡(luò)接口處通過加裝NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)芯片，能夠?qū)z測到的煙霧信號通過eNodeB基站進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，把IoT相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送到IoT平臺進(jìn)行處理。系統(tǒng)利用智慧消防云平臺，經(jīng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器收集、存儲從IoT平臺上接入的數(shù)據(jù)，再通過分發(fā)系統(tǒng)將相應(yīng)信息轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)業(yè)務(wù)服務(wù)器上進(jìn)行再處理，最終IoT數(shù)據(jù)全部匯集在應(yīng)用服務(wù)器上，然后再根據(jù)不同對象的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理操作。在用戶終端，通過主動(dòng)查詢或被動(dòng)接收，可以獲得服務(wù)器發(fā)送的告警和指導(dǎo)操作信息。用戶終端顯示裝置主要包括住戶手機(jī)終端APP、物業(yè)等中間消防管理部門的消防報(bào)警系統(tǒng)顯示以及智慧消防監(jiān)控中心的終端顯示系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件架構(gòu)分為智慧感知層、傳輸通訊層、核心網(wǎng)、運(yùn)營商IoT平臺、物聯(lián)云、應(yīng)用服務(wù)層，如圖2所示。其中智慧感知層為邏輯架構(gòu)的底層，用于部署基礎(chǔ)硬件設(shè)施包括傳感器、低功耗器件、電源、信號處理等。傳輸通訊層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制，當(dāng)傳感器被觸發(fā)后會按照需求產(chǎn)生一定量的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流通過基于NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)交局笤龠B接至因特網(wǎng)或其他外部網(wǎng)絡(luò)都需要傳輸層。系統(tǒng)傳輸核心網(wǎng)NB-IoT是一個(gè)可與移動(dòng)運(yùn)營商蜂窩網(wǎng)融合的具備高可靠性和安全性的低成本廣域網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)，通過移動(dòng)公網(wǎng)現(xiàn)有基站升級改造實(shí)現(xiàn)NB-IoT數(shù)據(jù)接入。IoT平臺是對物聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、加工并提供數(shù)據(jù)推送功能的對外接口。物聯(lián)云平臺可以為系統(tǒng)管理用戶提供設(shè)備的管理和監(jiān)控、設(shè)備的檢測，以及接警處理等界面功能。系統(tǒng)最高層為系統(tǒng)功能展示和操作的應(yīng)用服務(wù)層，主要提供例如設(shè)備監(jiān)控、報(bào)警監(jiān)控、輔助值守等應(yīng)用功能。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)服務(wù)對象

本系統(tǒng)是一套面向各社會開放的共享服務(wù)平臺，為了保證系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性，基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的煙感系統(tǒng)服務(wù)對象主要包括社會群眾、物業(yè)部門和轄區(qū)的消防部門。基于NB-IoT技術(shù)的獨(dú)立式煙感報(bào)警系統(tǒng)主要為服務(wù)對象提供直接的火警信息以及逃生、滅火提示信息。三種主要服務(wù)對象火災(zāi)時(shí)的信息需求如表1所示。

表1 系統(tǒng)服務(wù)對象

對象信息需求 用戶及時(shí)獲得火警信息，幫助逃生和減少火災(zāi)損失。需要了解的火災(zāi)信息包括：火災(zāi)是否發(fā)生了，如何減少火災(zāi)損失，如何盡快逃生 物業(yè)獲取火災(zāi)信息，幫助住戶進(jìn)行逃生和初期滅火。需要了解的火災(zāi)信息包括：火災(zāi)是否發(fā)生，火災(zāi)發(fā)生的確切方位，周圍可用水源及固定滅火設(shè)施 消防部門在接收到報(bào)警信息后到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，了解火場信息。需要了解的火場信息包括：火災(zāi)發(fā)生部位，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，火災(zāi)現(xiàn)場附近可利用的水源

4.2 系統(tǒng)功能模塊

4.2.1 巡檢及故障跟進(jìn)功能模塊

系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對管理區(qū)域內(nèi)的煙感報(bào)警器和其他消防設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，對檢查處的故障隱患，通過信息推送功能實(shí)現(xiàn)用戶自行設(shè)備故障維護(hù)和檢測，在線跟蹤故障排除情況，第一時(shí)間對監(jiān)控范圍內(nèi)的故障設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和更新，有效保證各設(shè)備的完整有效[6]。

4.2.2 聯(lián)動(dòng)功能模塊

系統(tǒng)能夠通過接收報(bào)警信號對現(xiàn)場的其他監(jiān)控點(diǎn)的報(bào)警器的報(bào)警信息進(jìn)行監(jiān)控，并且可以通過人工與系統(tǒng)雙方同時(shí)對火警信息進(jìn)行確認(rèn)，以方便其他住戶也能夠第一時(shí)間了解。另外，對已經(jīng)確認(rèn)為火警的報(bào)警信息能夠在系統(tǒng)中及時(shí)顯示，保證火警的及時(shí)、準(zhǔn)確[6]，并且可以對火災(zāi)現(xiàn)場周圍的水源情況進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解動(dòng)態(tài)信息。

4.2.3 管理功能模塊

系統(tǒng)根據(jù)日常的報(bào)警統(tǒng)計(jì)，轄區(qū)內(nèi)消防部門再對聯(lián)網(wǎng)單位進(jìn)行季度的檢查，確認(rèn)所有的報(bào)警信息都得到及時(shí)地處理，還能夠隨時(shí)掌握單位建筑消防設(shè)備的運(yùn)行情況和消防控制室人員在崗情況，能夠協(xié)助消防部門進(jìn)行不定時(shí)防火監(jiān)督檢查，從而提高單位的消防安全管理水平。

4.2.4 監(jiān)督功能模塊

消防部門進(jìn)行日常的消防監(jiān)督檢查時(shí)，需要按照規(guī)定到單位現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)的檢查，而通過建立智慧消防監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠配合消防部門進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控和人員管理，提供監(jiān)督部門的監(jiān)控接口，方便消防監(jiān)督部門隨時(shí)登錄系統(tǒng)對單位的設(shè)備狀態(tài)和值守情況進(jìn)行監(jiān)控和檢查。

5 典型場所應(yīng)用

“三合一場所”“九小場所”一直以來都是小火亡人事故的主要發(fā)生地點(diǎn)，系統(tǒng)圍繞城鄉(xiāng)結(jié)合部和住宅小區(qū)這兩類主要應(yīng)用場所，通過系統(tǒng)功能應(yīng)用，設(shè)計(jì)主要業(yè)務(wù)流程和應(yīng)用邏輯。

5.1 住宅小區(qū)的功能需求

住宅小區(qū)也是目前日常救火中遇到的比較多的火災(zāi)類型，由于住宅建筑內(nèi)沒有足夠的防滅火設(shè)施，對于初期火災(zāi)的防控需求非常大，要求住宅小區(qū)內(nèi)能夠在最短時(shí)間內(nèi)對火警信息進(jìn)行識別、警報(bào)和處置。因此安裝獨(dú)立式煙感報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施早期探測和防控火災(zāi)意義重大。

由于住宅小區(qū)的火災(zāi)情況的特殊性，需要考慮建筑的密集性及人員的集中性、樓層高度、安全出口的數(shù)量和位置等，要使獨(dú)立式煙感報(bào)警系統(tǒng)在小區(qū)中發(fā)揮更大的作用，必須針對住宅小區(qū)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)特殊使用功能，還要結(jié)合住宅小區(qū)中的住戶、物業(yè)、消防隊(duì)三方的協(xié)同功能。需要考慮住宅小區(qū)里面的建筑模式是建筑群體式的，可以將整個(gè)住宅小區(qū)里的每棟建筑里的煙感設(shè)備都關(guān)聯(lián)起來，形成網(wǎng)絡(luò)化的管理，再通過小區(qū)內(nèi)的物業(yè)和轄區(qū)消防隊(duì)建立起報(bào)警管理系統(tǒng)；住宅小區(qū)內(nèi)有滅火設(shè)施，考慮滅火設(shè)施的位置和使用方法的提示，用戶在開啟消息推送之后可以獲取小區(qū)內(nèi)的固定滅火設(shè)施的位置和啟用方法，這個(gè)功能主要供物業(yè)部門和消防隊(duì)使用，當(dāng)物業(yè)部門到達(dá)災(zāi)害發(fā)生現(xiàn)場之后，可以通過這個(gè)提示迅速找到小區(qū)內(nèi)的固定滅火設(shè)施和一些基礎(chǔ)的消防設(shè)施，可以有效地減少火災(zāi)的損失。當(dāng)消防部隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場之后，可以與物業(yè)部門聯(lián)合處理火災(zāi)，運(yùn)用固移結(jié)合的原則，將固定滅火設(shè)施和移動(dòng)式的滅火設(shè)施結(jié)合使用，可以使火災(zāi)的處理效果更好，同時(shí)還需要考慮與物業(yè)部門聯(lián)合處理初期火災(zāi)。

5.2 城鄉(xiāng)結(jié)合部的功能需求

城鄉(xiāng)結(jié)合部是一種分布在城市邊緣地區(qū)的一片建筑群類型，這類建筑的分布方式與城市建筑高度集中不同，大多是零散分布的耐火等級建筑。在城鄉(xiāng)結(jié)合部中由于存在著大量的農(nóng)村居民和流動(dòng)人口，人口密集度高、人員組成復(fù)雜、可燃物品堆積隨意性大，甚至存在“三合一”廠房的重大火災(zāi)隱患，而且絕大部分的人員缺乏消防意識。在日常的消防監(jiān)督檢查過程中，由于地形、人口分布的復(fù)雜化，導(dǎo)致消防部門對這樣的建筑群體缺少相應(yīng)檢查；另一方面，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于城鄉(xiāng)結(jié)合部地理位置具有的特殊性，往往消防隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場的時(shí)間較長，很多時(shí)候消防部隊(duì)很難對具體的著火位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和及時(shí)撲救。

考慮到城鄉(xiāng)結(jié)合部的特殊性，通過加裝帶有NB-IoT技術(shù)的獨(dú)立煙感報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)零散獨(dú)立式煙感報(bào)警器無線網(wǎng)絡(luò)化，可以為城鄉(xiāng)結(jié)合部假設(shè)虛擬消防中控室，即實(shí)現(xiàn)用戶對自身的管理，也實(shí)現(xiàn)了區(qū)域集中管理。

如果要將獨(dú)立式煙感報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用其中，必須有城鄉(xiāng)結(jié)合部使用者的特殊使用功能。需要減少誤報(bào)的功能，因?yàn)樵诔青l(xiāng)結(jié)合部中很多時(shí)候會由于人們?nèi)粘堊霾水a(chǎn)生煙霧，報(bào)警裝置在固定的時(shí)間段檢測到相應(yīng)的煙霧信號，會嚴(yán)重影響消防隊(duì)的接出警任務(wù)；需要對這些零星的建筑物進(jìn)行地圖監(jiān)控，可以與電子地圖和交通管理部門進(jìn)行結(jié)合，當(dāng)有其中的一個(gè)地方發(fā)生火災(zāi)后，可以第一時(shí)間提供電子地圖的優(yōu)化路線，消防隊(duì)可以借助這一功能快速到達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場，避免在途中浪費(fèi)時(shí)間；附近的消防水源的管理和利用，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，移動(dòng)端的軟件會同時(shí)推送對前期火災(zāi)進(jìn)行控制處理的消息，并且具備對周圍的消防水源的提示功能，幫助使用者能夠第一時(shí)間找到附近的水源；需要與臨近的微型消防站聯(lián)系，形成有效的聯(lián)動(dòng)功能，從而能夠快速到達(dá)火災(zāi)發(fā)生現(xiàn)場實(shí)施初期的滅火救援工作。

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F273.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.001

2095－6835（2019）24－0001－03

張?jiān)泼鳎?979—），男，湖北武漢人，博士，主要從事火災(zāi)監(jiān)控與滅火救援方面的研究工作。

廊坊市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“基于CPS的消防監(jiān)控與輔助值守裝置研發(fā)”（編號：2019013069）；武警學(xué)院智慧消防專項(xiàng)課題“基于CPS的智能消防監(jiān)督管理系統(tǒng)研制”（編號：ZHXF2017001）

〔編輯：張思楠〕