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淺析智慧消防云平臺的設計與應用
日期：2024-09-23 12:26
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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，在保障基礎消防控制系統綜合集成的同時基于云平臺實現對建筑物內人員的定位與數量統計，建立建筑物BIM模型基于zigbee技術為被困人員制定合理的疏散路線；節點工作情況、火災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，避免火災產生更大的損失。
張娟
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【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，在保障基礎消防控制系統綜合集成的同時基于云平臺實現對建筑物內人員的定位與數量統計，建立建筑物BIM模型基于zigbee技術為被困人員制定合理的疏散路線；節點工作情況、火災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，避免火災產生更大的損失。
【關鍵詞】智慧消防；云平臺；zigbee
1 概述
在“智慧物聯”“云計算”技術高速發展的今天，消防作為保證人身**的重要環節理應引起人們的重視。而目前大多數消防監控方法仍為在消防控制室設工作人員 24 小時值班，這樣的模式在一定程度上執行困難，并存在**隱患。同時現有的火災自動報警系統存在各個設施孤立運行的情況，不能做到互通信息、及時反饋、協調運行的要求，反而給消防系統的管理帶來了更多問題。該系統在將基礎消防控制系統靈活優化整合的基礎上，還可以實現自動報警、監控、定位救援、規劃逃生路線的功能，同時可在云端監控，節省了人力資源的同時也大大提高了火災監控的效率與精準輔助消防救援的能力。
2 系統設計
系統總體方案：
該系統由應用層、綜合顯示層與感知執行層構成。感知執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，判斷節點運行情況以實現基礎的消防監控報警功能。感知執行層可將信息發送給綜合顯示層顯示在綜合顯示器上并上傳至應用層。其中應用層由云平臺端與手機客戶端組成，云平臺端可以實現對建筑物 BIM 模型的建立與發生火災后計算、規劃路徑的功能；同時移動設備也可以接收云平臺發送的信息從而進行實時監控，圖1。
圖1 系統結構框圖
在感知執行層各個傳感器模塊發送存活數據包，然后周期性的上傳傳感器的數據至綜合顯示層，綜合顯示層的信息也可以與感知層交互，指定子控制器收到后，執行相應的操作。TCP協議把數據上傳給ARM CORTEX A9服務器，服務器中的線程1通過TCP收發數據，線程 2對數據進行解析，線程3開辟共享內存，把數據實時放入共享內存中，線程4把數據存放在sqlite3數據庫中，同時運行BOA服務器，通過CGI程序對Web瀏覽器數據實現雙向通信，網頁Web瀏覽器上實現顯示數據與控制功能。在應用層：云服務器進行路徑規劃、BIM 三維建模與zigbee定位，用來實現火災逃生與救援功能同時也可與手機APP實時傳輸，同時，實現所有數據同步顯示。
消防監控報警系統：基礎的火災報警監控功能是重中之重，提供完善的基礎性保障是智慧消防的根基。本系統將消防監控報警系統下分幾個子系統：（1）火災報警系統；（2）風控制系統；（3）防火門系統；（4）水控制系統。
3 綜合控制器設計
本系統選擇ARM CORTEX A9處理器，為了接收zigbee端的定位信息，在服務器ARM CORTEX A9的主進程中創建多個線程，每個線程單獨執行相應功能。線程1創建TCP服務端，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創建共享內存，可以接受從網頁發來的信息。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數據。線程5對zigbee 信息進行分析，計算出計算點的信息，執行定位功能。結構功能如圖2所示。
圖2 綜合控制器設計框圖
4 BOA服務器與WE頁面設計
4.1 BOA服務器
本系統在ARM CORTEX A9上搭建BOA服務器，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服務器，其可執行代碼只有大約60KB左右。作為一種單任務Web服務器，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連接請求。但BOA支持CGI，能夠為CGI程序fork出一個進程來執行。但經過對BOA源碼的分析可以看出，BOA 服務器將根據瀏覽器地址欄中輸入的文件路徑調用相應的CGI程序或靜態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**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)的后綴代表本系統指定的靜態頁面，則將其修改為實際CGI程序所在路徑，并更改is_cgi變量為“CGI”。經過這樣修改后，程序會調用CGI程序的處理函數init_cgi()，使原本的靜態請求變成動態的CGI請求。
4.2 BOA服務器頁面設計與功能
4.2.1 綜合定位功能
輸入網站地址可進入服務器首頁，系統可根據zigbee定位，實現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 節點運行顯示功能
STM32傳感器與CAN總線設計：
本系統中子節點采用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。系統上電后芯片先進行初始化，然后循環讀取傳感器數據進行數據處理，確定目標ID，封裝數據包，通過CAN總線發送。當火災發生時，火災報警控制子系統獲取報警信號，通過樹莓派發送信息，控制各個系統動作。在本系統中各個系統獨立運行，可以保證穩定運行。系統上電后，CAN總線進行初始化，配置過濾器初始化CAN總線與數據包；隨后根據狀態判斷是否發送總線函數還是中斷（CAN總線可以通過兩個計數器：發送錯誤計數器TEC和接收錯誤計數器REC判斷處在是在主動錯誤狀態還是被動錯誤狀態。）如圖4所示為綜合顯示屏監控數據頁面。
圖4 運行監控數據
4.3 Web 路徑規劃頁面
本系統選擇Apache作為Web服務器，Apache開放源代碼，支持跨平臺并且易與手機 APP 互聯。安裝Apache用到4個文件：httpd、apr、apr-util、pcre-8.40。這樣可以提高并發進程的處理速度與數量。在路徑規劃系統頁面的人員位置處輸入著火點位置，該系統即可規劃逃生路線。逃生路線如圖5所示。
圖5逃生路徑規劃頁面
5 安科瑞智慧消防平臺介紹
5.1平臺結構
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。主要展示的內容有：項目概況、設備狀態、設備分類、設備報警信息、報警分類、報警統計、設備臺賬信息等。其中百度地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。
5.2.2消防子系統
智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統、防排煙子系統、消防水子系統、消防設備電源子系統、防火門子系統、消防設備管理子系統和視頻監控子系統等。智慧用電子系統可以接入電氣火災、孤航電弧、電氣火災主機、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進入智慧用電監控頁面，點擊菜單顯示整個項目的基礎信息和該項目下的所有探測器的信息，點擊末級節點顯示具體探測器的監控頁面。
消防水子系統可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實時的監控消防水管網的壓力、液位、是否漏水，以及開蓋等事件，當消防水壓不夠，管網漏水時，系統也能實時地發出警報，能讓相關人員及時維修維護，保障消防**。
防排煙子系統通過高靈敏的無線煙感報警裝置，實現對煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數據采集，實時秒級檢測煙霧，一且發現監測數劇超過風險閾值，APP、短信報警、電話報警統統上陣，通過設備的標簽、地理位置定位，快速通知業主、物業消防單位是哪個位置的火災隱情。
消防設備電源子系統實時監控消防系統各個部件（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，確保消防設備供電正常，并對各個部件電源產生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障報警提示。可長期記錄電壓電流運行參數，自動對消防電源一段時間的運行狀態進行分析，對可能產出問題的隱患進行警示。
防火門子系統通過與門禁報警、視頻識別的關聯，實時監控消防通道、**出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實現緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、不上鎖狀態及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障**的生活、工作環境。
應急照明與疏散指示子系統可實現對各個應急燈具的實時監控和控制，當發生火災時，可準確的給出**的疏散路徑指示，智能打開消防應急指示燈的指示方向及應急照明燈，幫助建筑內的人群選擇逃生疏散路線，指引**逃生方向。
視頻監控子系統數據部門收到感應端各子系統報警信息后，可調出報警位置關聯的監控攝像頭圖像，查看報警現場視頻輔助進行火情確認。實現火災報警子系統、消防水子系統、電氣火災子系統、防排煙子系統、消防設備電源子系統、防火門子系統和視頻監控子系統的有機結合，實現了報警點和監控點的聯動。
消防設備管理子系統能夠將每個建筑、項目節點的所有消防設備和資產納入管理，對一些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標注，日常的巡檢和維護都需要納入計劃，在緊急情況下，會聯動GIS調度子系統進行調度。
5.2.3隱患管理
隱患管理功能包括了隱患查詢、隱患派發、隱患處理和隱患分析四個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的隱患信息，并進行派發和處理操作，且對所有隱患進行統計分析。
5.2.4能耗分析
能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比、能耗環比、能耗報表和能耗預測等五個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的能耗統計、同環比和報表，且按日、周、月等維度進行能耗預測分析。
5.2.5手機APP
APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶查看電氣火災、防排煙、消防水、消防設備電源、防火門、消防設備管理、視頻監控、火災報警等子系統的實時監控數據、報警信息、能耗統計等。
5.3推薦配置
5.3.1平臺服務器：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系統現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根據現場回路電流大
5.4產品介紹
電氣火災監控探測器
ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網絡上傳，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 結論
隨著互聯網的發展，智慧消防也應登上消防系統發展的舞臺，本系統對建筑物建立整體 BIM 模型，并將每層劃分為普通區域與逃生區域，根據云平臺上傳的消防數據并基于 Zigbee可實現對被困人員的定位并根據反饋的“著火點”避開火情嚴重區域，從逃生區域規劃不同的逃生路線，并將逃生路線由云平臺直接發送至手機移動端。由此可見，本系統不僅可以幫助人員逃生，還可以統計建筑物內的人員數量信息，使輔助救援更加有效準確。在移動端實
時監控、及時反饋建筑物運行情況可以將火災危險降到很低，提高消防人員的工作效率，保證人們的人身與財產**。
參考文獻
[1].張吉躍,王鵬飛.基于物聯網與云計算技術的綜合智慧消防系統[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設計
[3].安科瑞AcrelCloud-6800智慧消防管理云平臺2020版.
[4].安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介：張娟，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧消防平臺的設計與應用
