消防安全管理物聯網技術的應用

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【摘要】現代信息技術的迅猛發展不僅改變了人與人的交流方式，還改變了信息的收集、處理和傳遞方式。其中物聯網技術的出現更是為各行各業和人們的生產生活帶來了極大的便利。消防領域也不例外。消防安全管理工作事關國計民生、社會穩定、人民平安幸福，必須予以足夠的重視。為了更好地完成復雜且艱巨的消防安全管理工作，物聯網技術的引進成為必然。本文在概述物聯網和物聯網關鍵技術的基礎上，探討了物聯網技術在消防安全管理中的應用。

【關鍵詞】物聯網技術；消防安全管理；應用

1引言

作為繼計算機、互聯網之后世界信息產業的第三次浪潮，物聯網在世界范圍內發展起來，并逐漸滲透進人們生產生活的各個領域。例如，物流配送、智能交通、智能家居、公共安全、生態環境、智慧城市等[1]。而在消防安全管理領域中引入物聯網技術，能夠從整體上優化消防安全管理的水平，能夠有效解決消防安全隱患難以發現等問題，以最大限度地保證人民群眾的人身財產安全[2]。

2物聯網概述

2.1物聯網的含義

物聯網（InternetofThings，簡稱IoT）是一種按照約定協議，利用射頻識別技術（RFID）、GPS、激光掃描器等傳感設備進行物網連接，具有全面感知、傳輸可靠、智能處理、智能控制等功能特征的網絡。簡單來說，物聯網就是在互聯網的基礎上拓展而來的萬物互聯的網絡。可以說，物聯網的核心是物物相聯，靈魂是傳感和識別，骨架是網絡通信，核心是計算。2.2物聯網的特點首先，物聯網具有異構設備互聯化的特點。物聯網環境下，不同型號、不同類別的RFID標簽、傳感器、手機等各種異構設備，能夠利用無線通信模塊、標準通信協議形成自組織網絡。且這些異構網絡在運行不同協議時，可通過網關進行聯結，從而實現不同網絡間的信息共享。其次，物聯網具有管理及處理智能化的特點。物聯網能夠將海量數據可靠且高效地組織在一起，這就為行業應用提供了智能支撐平臺。最后，物聯網具有應用服務鏈條化的特點。物聯網能夠覆蓋企業運行的所有步驟，能夠帶動整個企業甚至行業的整體信息化進程。

2.3物聯網體系架構

物聯網主要分為感知層、網絡層、應用層三個層面。首先，感知層由各種傳感器、傳感網節點、短距離組網設備等構成，主要負責數據采集和數據處理，涉及傳感器技術、射頻識別技術（RFID）、GPS技術、嵌入式系統、傳感器組網技術、協同信息處理技術等。其次，網絡層主要負責傳輸感知層獲取的數據，還要滿足不同設備能夠自由接入不同網絡，涉及互聯網技術、移動通信技術、短距離無線通信技術等。最后，應用層由各種管理設備和顯示設備構成，構建滿足人們各種需求的系統平臺，主要負責與用戶連接，涉及云計算、人工智能、中間件等技術。

2.4物聯網關鍵技術

2.4.1自動識別技術自動識別技術（AutomaticIdentificationandDataCapture）是目前普遍使用的、發展相對較快且相對主流的識別技術，是一種能讓物品“開口說話”的技術，即通過一定識別裝置對各類物體信息進行自動識別，并傳輸給計算機處理系統進行一系列智能處理。自動識別技術可分為條碼識別技術、生物識別技術、圖像識別技術、磁卡識別技術、IC卡識別技術、光學字符識別技術、射頻識別技術等。其中，射頻識別技術（RadioFrequencyIdentification，簡稱RFID）被認為是21世紀最有發展潛力的信息技術之一，是應用領域最為廣泛且最為重要的識別技術之一。因此，本文主要探討射頻識別技術（RFID）。首先，與其他自動識別技術相比，其有著以下優點：采用電子技術，借助芯片，且芯片功耗較低、讀寫較為準確；標簽體積小，更易嵌入其他材料或物體之中；射頻技術透過外部材料即可讀取數據，且能夠對高速運動中的物體進行識別、讀取；可在同一時間識別多個標簽，且這些標簽信息之間獨立互不影響；數據存儲量更大，且穩定性好等。其次，射頻識別系統主要由射頻標簽、射頻接收基站、應用系統三部分構成。射頻標簽嵌入被識別物體，向外界收發射頻信號，一般分為主動式標簽（有源電子標簽）和被動式標簽（無源電子標簽）。射頻接收基站一般分為固定式和移動式兩種模式，主要負責向射頻標簽發送無線信號，并接收射頻標簽發回的無線信號，在將接收的無線信號解碼處理之后將數據傳輸至上層應用系統。位于系統頂層的應用系統主要負責接收射頻接收基站的數據，并控制基站的工作狀態；管理接收的數據，并經過計算處理將其儲存至后臺；接收外界終端的指令信息，并將轉換后的信息發送至基站執行，以此來實現人機交互。

2.4.2傳感器組網技術如何能讓區域中的傳感器構成網絡組，實現高效協調運轉是傳感技術應用的關鍵。為更好地解決這一問題，傳感器網絡也在不斷發展完善，其中無線傳感器網絡技術以其低功耗、低成本、低復雜度、低數據速率的特征得到了人們的普遍青睞。無線傳感器網絡一般采用星狀網、樹狀網、網狀網三種組網方式，借助工作于ISM頻段和FSK調制方式的射頻芯片，以及微控制器、少數外圍器件組成專用或適用強的無線通信模塊。其中的數據傳輸協議通常是簡單透明的，就算是加密協議也是較為簡單的，這就使得人們只要遵循一定規則進行操作即可傻瓜式地實現無線數據傳輸。無線傳感器網絡體系可分為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層，若再應用中間件思維，則可使網絡更具層次化、模塊化。

2.4.3無線通信技術隨著信息技術的不斷發展，衛星通信、以太網、現場總線、GPRS、GSM等通信技術層出不窮。而受工業現場環境的制約，短距離無線通信技術受到人們的普遍青睞。其具有信息傳輸快捷、靈活、安全等特征，在物聯網中有著極為廣泛有效的運用。短距離無線通信技術主要有以下幾種。一是藍牙技術（Bluetooth）。其主要采用2.4GHzISM頻段和1600MHz快速跳頻技術，具有全球開放性、通信簡單、傳播速度快、抗干擾能力強、使用簡單等特點，但僅限于在小于十米內的距離范圍內具有良好的通信質量和效果。二是ZigBee技術。其具有良好的網絡拓撲能力，每個ZigBee節點都可進行獨立監控，支持距離擴展，擁有低成本（協議沒有專利費）、低功耗（傳輸速率低，發射功率小，擁有休眠模式）、低時延（休眠到激活時間短）、網絡容量大（可連接200多個設備和100多個網絡）、組網靈活、傳輸可靠（在數據傳輸之后會等待接收方確認信息，并采取碰撞避免策略來避免數據發送沖突）、信息安全（采用特別加密法進行數據循環冗余校驗）等特點。三是Wi-Fi技術。其支持多種網絡協議的加密傳輸，傳輸距離可達100m，傳輸速度可達54Mbps，但傳輸的安全性和傳輸質量還有待提升。四是IrDA技術。其依靠紅外線進行點對點的數據傳輸，具有體積小、功耗低、連接方便、保密性強、安全性強等特點，但由于存在視距限制，在運用時要先保證位置的確定性才能實現靈活傳輸。

3物聯網技術在消防安全管理中的應用

3.1在消防安全管理服務平臺構建中的應用

消防安全管理服務平臺旨在橫向覆蓋消防監督、縱向貫通各級消防部門，對消防信息進行實時采集和實時發送，對威脅消防安全的不穩定或不安全因素進行提前預警，以進一步提升消防工作效率和質量。該平臺綜合運用物聯網技術、互聯網技術、數據融合技術等新一代信息技術，實現數據采集、存儲、展現、分析等消防管理環節。可采用分布式廣域網結構，并將系統的整體結構分為物聯智能感知層、網絡傳輸層、數據管理層、應用層（Web平臺）。其中，物聯智能感知層將通過傳感設備、射頻識別技術（RFID）等采集消防信息；網絡傳輸層將采用基于TCP/IP的網絡結構，利用有線、無線等接入方式進行組網，利用TCP/IP或電話線進行有線傳輸、GPRS或CDMA進行無線傳輸等；數據管理層將融合采集到的信息，并進行計算和處理；應用層則負責提供不同的消防服務。就消防數據采集系統設計來說，硬件設計可采用ZigBee技術支撐的基本框架，具體包括路由器、采樣終端設施、網絡協調器等組成的無線傳感網絡和采集終端。由ZigBee協議處理和上傳終端采樣傳感器收集到的信息，這些信息由路由器接收、處理之后被傳送至ZigBee協調器，再由協調器將接收的信息上傳至Web網絡，經過一系列匯總處理之后信息將被傳輸至系統平臺，以此來完成數據采集為后期決策、分析提供相應依據。軟件設計則包括操作系統和應用軟件，整體采用嵌入式系統，主要涉及板極支持包（BSP）、RS232通信軟件、DM9000網卡通信軟件、ZigBee協議棧等。就平臺Web層系統設計來說，主要包括平臺通知公告管理功能、平臺審閱通知功能、平臺短信通知功能、信息管理功能、日常檢查功能、監督抽查功能等模塊，其中涉及數據信息的存儲和處理可采用數據庫等技術。

3.2在其他消防安全管理工作中的應用

第一，就消防資源的動態管理而言，可采用射頻識別技術（RFID）、GPS技術、無線傳感器網絡技術、計算機處理技術、移動通信技術、云計算技術等構建基于B/S架構的消防裝備管理系統。首先，可通過射頻識別技術（RFID）采集消防車輛和消防裝備信息，并采用“一裝一標”的方式來綁定RFID標簽，在信息采集完成之后需要上傳至消防指揮調度系統，以便實現裝備出入庫、電子驗證、報警處理等智能化管理。其次，可采用消防指揮調度專線網絡進行通信；采用數據庫服務器、Web服務器等進行數據的存儲和處理等；采用TCP/IP數據傳輸協議、HTTP協議等進行傳輸。通過物聯網技術，消防資源得以實現動態的智能化統籌管理，并有效提升消防部隊的戰斗能力。第二，就消防遠程監測管理而言，可借助互聯網技術、無線通信技術、云計算技術、大數據技術等構建基于物聯網技術的消防安全管理監測平臺，并開發手機終端APP、建立B/S架構模式的云平臺，便于對消防對象、環境、人員等的狀態進行感知、傳輸和處理。具體來說，可利用用戶信息傳輸裝置及協議解析與轉換、數據接口監測等方式，對不同型號和不同廠家的有源類消防設施（火災報警控制器、自動噴淋滅火系統、疏散指示系統等）的反饋信息進行采集識別，一旦接到故障信號或者報警信號，監管人員則可借助用戶信息傳輸裝置將信息傳送至消防安全管理監測平臺；利用壓力傳感器、NB-IoT技術實時監測消防管網的水壓，利用射頻識別技術（RFID）、ZigBee技術、GPS技術、GIS技術等實時監測室內外可移動的消防設施和器材（滅火器、水帶等）的在位狀態和位置信息，利用人臉識別技術、圖像處理技術等監督消防控制室值班人員的在崗情況，利用視頻監控系統、數字圖像形態學方法識別消防管閥的啟閉狀態；利用IoT/LoRa無線數據傳輸模塊實時遠程監測獨立煙感故障、火災報警等信息。如此，基于物聯網技術的消防安全管理監測平臺的構建能夠評估火災風險，協助做好防火巡查工作，提高相關部門的防火工作管理能力。最后，就消防應急救援管理而言，可借助物聯網技術構建智慧消防戰斗指揮體系。例如，在滅火救援中，可利用各種感知設備、視頻采集設備、應急通信系統等獲取現場的音視頻數據，實時掌握火情發展態勢，便于指揮人員依據火場動態進行救援力量、裝備等方面的部署和精確指揮，同時也便于戰斗在一線的消防人員進行精準救援。

4結語

信息技術的進步是推動行業發展的動力之一。作為關乎社會穩定和人民幸福安危的消防行業更應主動革新，采用先進的物聯網技術提升消防工作的精準度和效率[3]。隨著物聯網技術的不斷發展，消防安全管理工作將得到更為智能化、高效化、便捷化的保障。

【參考文獻】

[1]李向偉.基于互聯網技術：試論物聯網技術的發展[J].電腦知識與技術，2018，14(35):35-36.

[2]王煒.物聯網技術在消防安全管理中的應用[J].科技經濟導刊，2016(1):25.

[3]杜永霞.物聯網技術在消防中的應用探討[J].消防科學與技術，2016，35(9):1333-1335.

作者：劉志鵬 單位：北京市海淀區消防救援支隊