李亞寧　徐曦　沈文　鄧依婷　楊文理

摘 要：夯吉村坐落在呂洞山下，進(jìn)村道路狹窄崎嶇且房屋多為傳統(tǒng)的木質(zhì)結(jié)構(gòu)并涂以桐油防腐，易發(fā)生火災(zāi)，形勢嚴(yán)峻。當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧消防緊密結(jié)合，日益完善，利用智慧消防進(jìn)行古村落的保護(hù)刻不容緩。該文研究了將密集型的面向城市的智慧消防合理地部署在分散的古村落，實(shí)現(xiàn)了分布式火災(zāi)檢測和預(yù)警，并給出了系統(tǒng)平臺(tái)的架構(gòu)和方法。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)檢測;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智慧消防;分布式;平臺(tái)架構(gòu);消防預(yù)警

中圖分類號(hào)：TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）03-00-03

0 引 言

目前，智慧消防研究和設(shè)計(jì)都集中在城市密集型的社區(qū)、學(xué)校、商場以及人流密集的娛樂場所，幾乎沒有涉及到分散的村落。但是隨著農(nóng)村消防安全形勢的日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)村落尤其是坐落在偏遠(yuǎn)山區(qū)的傳統(tǒng)古村落面臨著與日俱增的消防壓力。

夯吉村位于武陵山脈群山之中，房屋呈片狀分布在平緩的河灘、山頂和山坳，進(jìn)村道路崎嶇、狹窄，大型消防救援設(shè)備難以進(jìn)入開展救援工作;村內(nèi)房屋多為傳統(tǒng)苗寨木質(zhì)房屋，村民依然使用柴火做飯取暖，一旦發(fā)生火災(zāi)，只能依靠村民自救。

1 系統(tǒng)通信選擇

針對(duì)夯吉村村落分散且依山沿河而建的特點(diǎn)，使用無線通信技術(shù)在傳感設(shè)備和服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。經(jīng)實(shí)地考察，村內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)只有2G通信網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，考慮村子的實(shí)際狀況（供電以及傳輸距離），選擇基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。

LoRa是一種適合于具有低功耗、低成本、遠(yuǎn)距離等需求的廣域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的非授權(quán)頻譜網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，目前已在全球內(nèi)廣泛部署使用[1]。結(jié)合村內(nèi)的房屋布局，采用前端智能傳感器分散式地部署在468戶村民家中。LoRa無線網(wǎng)關(guān)布置在山頂，防止因山體對(duì)信號(hào)產(chǎn)生屏蔽而導(dǎo)致部分傳感器掉線。無線網(wǎng)關(guān)是整個(gè)系統(tǒng)的樞紐站，其作用是橋接終端和服務(wù)器，接收來自終端的信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，之后將服務(wù)器返回的信號(hào)傳送到終端。前端設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間用LoRa技術(shù)進(jìn)行通信[2]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

系統(tǒng)主要由前端智能采集報(bào)警傳感器件、LoRa無線網(wǎng)關(guān)、云服務(wù)器和后臺(tái)各級(jí)監(jiān)控管理平臺(tái)四部分組成。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)的前端智能傳感器件包括溫度傳感器、智慧用電電力監(jiān)測模塊、水位水壓監(jiān)測傳感器以及實(shí)時(shí)定位模塊。前端設(shè)備主要負(fù)責(zé)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的聲光報(bào)警信息。

通過傳感設(shè)備進(jìn)行前端數(shù)據(jù)采集并借助LoRa無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳至LoRa網(wǎng)關(guān)，然后再傳遞給后臺(tái)服務(wù)器，由處理層服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和分析后傳至應(yīng)用層終端進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測和預(yù)警的功能。

3 系統(tǒng)主要功能

現(xiàn)代消防從過去到未來劃分為機(jī)電消防、數(shù)字信息消防、智慧消防、空地立體智慧消防、無人指揮消防五個(gè)階段[3]。當(dāng)前借助工業(yè)4.0的發(fā)展契機(jī)，現(xiàn)代消防也處在數(shù)字信息消防向智慧消防過渡的關(guān)鍵時(shí)期。

對(duì)消防重點(diǎn)單位和消防設(shè)備的管理目前還停留在依靠大量人工手動(dòng)檢查、登記階段?，F(xiàn)有管理手段為通過專職人員進(jìn)行管理和記錄來更新數(shù)據(jù)，工作量巨大，導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)無法被消防管理人員全面獲悉，存在極大的消防隱患[4]。而實(shí)際中必須保證消防設(shè)備在火災(zāi)救援時(shí)的完好性和可使用性。因此，系統(tǒng)必須要自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理。平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，將處理好的數(shù)據(jù)綜合地反映給監(jiān)管單位和用戶，完成對(duì)火災(zāi)的判斷和預(yù)警。同時(shí)，為火災(zāi)救援人員提供科學(xué)準(zhǔn)確的火災(zāi)現(xiàn)場信息，輔助專業(yè)救援人員開展相應(yīng)的救援工作。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用是指在消防預(yù)警現(xiàn)場，采用各種傳感設(shè)備將現(xiàn)場采集的大量信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至消防報(bào)警指揮中心。指揮中心的管理人員可以通過這些信息對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行救援力量、救援裝備和救援物資的部署[5]。消防監(jiān)管部門負(fù)責(zé)火災(zāi)的監(jiān)管和救援指揮，是整個(gè)系統(tǒng)的決策者，可以使用系統(tǒng)提供的以下核心功能：

（1）接收實(shí)時(shí)報(bào)警通知并實(shí)時(shí)查看各種傳感設(shè)備狀態(tài)，對(duì)設(shè)備的報(bào)警閾值進(jìn)行調(diào)整，接收電話、郵件、短信、微信等各種形式的實(shí)時(shí)報(bào)警信息;

（2）利用平臺(tái)提供的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和救援輔助系統(tǒng)開展救援指揮工作，利用可視化攝像頭和實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)獲取現(xiàn)場情況和位置信息，保持指揮中心和救援現(xiàn)場之間實(shí)時(shí)聯(lián)系，為救援指揮工作提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù);

（3）對(duì)消防設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)、運(yùn)營維護(hù)過程做到有據(jù)可循，實(shí)時(shí)更新。在智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建下，定期進(jìn)行智慧消防設(shè)施的維護(hù)與更換，只有及時(shí)升級(jí)與更新，才能保證智慧消防系統(tǒng)的速度與安全[6]。

4 系統(tǒng)優(yōu)勢

夯吉村智慧消防系統(tǒng)的建設(shè)，一方面要考慮使用各類傳感器對(duì)消防監(jiān)測和預(yù)警的各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取和處理，做到早預(yù)警、早發(fā)現(xiàn);另一方面，要對(duì)4個(gè)消防水源以及村內(nèi)可以使用的水道管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)位置、水位水壓顯示，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)為救援工作提供精準(zhǔn)有效的消防水源引導(dǎo)。

LoRa作為一種低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，具有低成本、遠(yuǎn)距離、低功耗、標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。相比于其他低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，LoRa在同等發(fā)射功率下能與網(wǎng)關(guān)/集中器進(jìn)行更長距離的通信，并且物理層利用擴(kuò)頻技術(shù)可以提高接收靈敏度，能夠覆蓋更廣的范圍[7]。表1為LoRa技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢。

系統(tǒng)通過前端傳感器、LoRa無線網(wǎng)關(guān)及服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)的綜合處理?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)有聯(lián)動(dòng)性的多個(gè)報(bào)警設(shè)備，能夠憑借探測器來收集實(shí)時(shí)性的現(xiàn)場火情信息，然后針對(duì)特定類型的火情信息予以精確的鑒別[8]。

智慧消防系統(tǒng)的建設(shè)，在對(duì)火災(zāi)盡心預(yù)警和精準(zhǔn)鑒別的同時(shí)，也為古村落在消防火災(zāi)防控、應(yīng)急指揮、隊(duì)伍管理等工作建立消防裝備、應(yīng)急預(yù)案、消防水源、建筑固定消防設(shè)施等信息智能采集、匯總、分析、發(fā)布及輔助決策的智能化消防數(shù)字平臺(tái)[9]。這樣就提高了古村落全面防范和應(yīng)對(duì)火災(zāi)的能力。

5 結(jié) 語

眾所周知，由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的原因，我國目前大部分農(nóng)村并不適合建設(shè)智慧消防[10]。隨著農(nóng)村的飛速發(fā)展，其面臨的火災(zāi)形勢也越來越嚴(yán)峻。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展為這一問題的解決提供了契機(jī)，使得大規(guī)模、分散的信息采集和處理成為可能，也為人們?cè)诠糯迓渲腔巯澜ㄔO(shè)中提供了有力的技術(shù)支撐。

中國傳統(tǒng)村落是我國幾千年歷史沉淀的民族瑰寶。有著悠久歷史的文化遺產(chǎn)，集物質(zhì)和非物質(zhì)文化于一體，蘊(yùn)含著豐富的地域文化及自古傳承而來的特定聚落環(huán)境[11]。因此，提高古村落消防應(yīng)對(duì)能力勢在必行。

另外，智慧消防火災(zāi)識(shí)別的精準(zhǔn)度和火災(zāi)救援方面目前仍需要進(jìn)行更加深入的研究。希望在不久的將來，識(shí)別精準(zhǔn)、有效預(yù)測、救援到位、滅火及時(shí)的智慧消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，能夠服務(wù)社會(huì)，造福人民。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]趙靜，蘇光添. LoRa無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析[J].移動(dòng)通信，2016，40（21）：50-57.

[2]常劍，楊晶，袁博文，等.基于LoRa技術(shù)的智慧消防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（1）：46-47.

[3]馮載榮，王虎儒，趙大良.試論現(xiàn)代消防發(fā)展劃代及未來展望[J].消防界（電子版），2018，4（5）：112-113.

[4]張向祺. 基于微服務(wù)的企業(yè)移動(dòng)辦公平臺(tái)規(guī)劃設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2016，25（3）：71-74.

[5]張崗.物聯(lián)網(wǎng)在消防安全領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全，2011，3（24）：106-108.

[6]戢國芳，馮偉彪.城市智慧消防構(gòu)建的幾點(diǎn)思考[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2018，31（6）：49-51.

[7] BOR M， VIDLER J， ROEDIG U. LoRa for the Internet of Things [C]// International Conference on Embedded Wireless Systems and Networks. Junction Publishing，2016：361-366.

[8]梁家溪.智慧消防應(yīng)用中多設(shè)備聯(lián)動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（12）：79-80.

[9]丁祥郭.“智慧消防”建設(shè)與發(fā)展的思考[J].計(jì)算機(jī)安全，2012（10）：66-69.

[10]楊玉寶.智慧消防建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向探討[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2018，31（10）：47-49.

[11]范小菊.古村落數(shù)字化保護(hù)探究[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2016（11）：430-431.