基于物聯(lián)網(wǎng)的高層建筑防火預(yù)警系統(tǒng)研究

沈瑞

摘要：近年來(lái)，高層建筑層出不窮，作為應(yīng)急領(lǐng)域的高層建筑的防火問(wèn)題一直是我們研究的重點(diǎn)，而火災(zāi)發(fā)生后如何能夠準(zhǔn)確、快速地得到現(xiàn)場(chǎng)信息在技術(shù)上是其中的一項(xiàng)難點(diǎn)。研究一種在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的高層建筑防火預(yù)警系統(tǒng)，以現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)，首先在對(duì)該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)之前，我們先勾畫出了本套系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)采用風(fēng)速和風(fēng)向傳感器相結(jié)合、溫濕度傳感氧氣傳感器配合使用的方式替代了傳統(tǒng)的單一的獨(dú)立的傳感器來(lái)檢測(cè)高層建筑的周圍環(huán)境信息，顯然在很大程度上避免了由單一的獨(dú)立的傳感器所造成的漏報(bào)、誤報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)即時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警的目的，為人員的有效疏散和指揮救援提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；物聯(lián)網(wǎng)；防火預(yù)警

中圖分類號(hào)：F25文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.22.020

1引言

科學(xué)在發(fā)展，人類在進(jìn)步，在改革開放30年間，高層建筑已不知不覺地籠罩在我們身邊，與此同時(shí)所帶來(lái)的火災(zāi)隱患也逐步加深。我們知道火災(zāi)是一種在時(shí)間和空間上失去人為控制并造成一定損害的燃燒過(guò)程，一旦發(fā)生，不僅經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，還可能造成人員傷亡，后果十分可怕。于是，人們結(jié)合已開發(fā)的火災(zāi)探測(cè)器和現(xiàn)在正在研究和開發(fā)的各種類型的火災(zāi)探測(cè)器就高層建筑防火問(wèn)題給出了多種解決方式，例如我們可以在任何一棟高層建筑中實(shí)現(xiàn)了一點(diǎn)看守、全面監(jiān)測(cè)，這樣一來(lái)在很大程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑物發(fā)生火災(zāi)的監(jiān)測(cè)與預(yù)警的功能。但是當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，首先受到損害的就是電力供應(yīng)和通信設(shè)施，進(jìn)而使其無(wú)法正常工作，而獨(dú)立的聯(lián)動(dòng)設(shè)備又需要使用市電和有線通信設(shè)施，因此可能導(dǎo)致火情的無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，火焰快速蔓延，造成嚴(yán)重?fù)p失。

為了有效的防止火災(zāi)，確保人身安全，盡可能地減少社會(huì)財(cái)產(chǎn)的損失。我們要在降低引起火災(zāi)因素的情況下，實(shí)現(xiàn)當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)控制，將火災(zāi)消滅在萌芽階段。為此，作為一個(gè)預(yù)防火災(zāi)的重要措施，高層建筑火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)代社會(huì)建筑設(shè)計(jì)的強(qiáng)制性和必要性要求之一。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

所謂物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之上研究擴(kuò)展的一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其無(wú)處不在的末端可以端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，然后通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換和通訊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所監(jiān)管物體的高效、準(zhǔn)確、安全的一體化操作。物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3防火預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文開發(fā)一套在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)采用風(fēng)速和風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感氧氣傳感器配合使用的方式替代了傳統(tǒng)的單一的傳感器來(lái)檢測(cè)周圍環(huán)境信息，很大程度上避免了誤報(bào)、漏報(bào)，實(shí)現(xiàn)即時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警的目的的防火預(yù)警系統(tǒng)。

整個(gè)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)包含了兩大子系統(tǒng)，一是遠(yuǎn)程監(jiān)控中心系統(tǒng)的無(wú)線傳感器，二則是用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。而兩個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行聯(lián)系的紐帶則是數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)。如圖2所示。

正如下圖所示該高層建筑火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中在網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)區(qū)域部署了一定數(shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)，而這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)自動(dòng)采集自身所需的周圍環(huán)境信息數(shù)據(jù)，然后上傳到數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)被測(cè)建筑的監(jiān)控。除上述用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的傳感模塊之外，傳感器節(jié)點(diǎn)上還配備有用于搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信模塊。首先無(wú)線傳感器將節(jié)點(diǎn)所收集到的周圍環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，接著通過(guò)分析建筑內(nèi)的煙霧濃度、火焰光的強(qiáng)弱以及短時(shí)間內(nèi)溫度、濕度的變化等諸多數(shù)據(jù)，確定發(fā)生火災(zāi)的等級(jí)，并且在需要時(shí)，無(wú)線傳感器可以通過(guò)與基站組成的網(wǎng)絡(luò)傳輸途徑，向遠(yuǎn)處的監(jiān)控系統(tǒng)軟件終端也就是遠(yuǎn)程控制中心提交分析數(shù)據(jù)。

3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)需要完成的主要任務(wù)是收集高層建筑火險(xiǎn)的數(shù)據(jù)信息，并將收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析處理后，通過(guò)選擇相應(yīng)路由協(xié)議的方式將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)的整體結(jié)構(gòu)。如圖3所示。

這些低速傳感節(jié)點(diǎn)在安排部署的同時(shí)就通過(guò)設(shè)備確定了所在地的位置信息，與此同時(shí)還能監(jiān)測(cè)所在位置的溫、濕度、火焰光的強(qiáng)弱、煙霧濃度等環(huán)境因素，最重要的是，它還能以無(wú)線方式將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站中心，保證對(duì)火災(zāi)監(jiān)控的及時(shí)性。除此之外，我們將中高速傳感器網(wǎng)絡(luò)列入?yún)⒖挤秶畠?nèi)，而且以實(shí)際需要為出發(fā)點(diǎn)，可以將節(jié)點(diǎn)采集到建筑火險(xiǎn)信息后，直接把數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶軟件終端。節(jié)點(diǎn)的組成單元可分別是：數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集和電源管理，其各自分工為：數(shù)據(jù)傳輸單元負(fù)責(zé)與其他三個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，同時(shí)將接收和發(fā)送發(fā)采集到的各種數(shù)據(jù)信息以及交換消息，數(shù)據(jù)采集單元?jiǎng)t是負(fù)責(zé)監(jiān)控所在區(qū)域內(nèi)對(duì)各類信息采集的情況和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換情況，電源管理單元?jiǎng)t是將所有能用到的各種傳感器連通。考慮到擴(kuò)展性以及以后的各種調(diào)試，我們做法是：將數(shù)據(jù)采集單元從整個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中獨(dú)立出來(lái)，做成具有相互套接相互聯(lián)系功能的可擴(kuò)展主板。如圖4所示。

3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)部分：傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，這三個(gè)模塊雖各自獨(dú)立卻相互關(guān)聯(lián)，從而讓遠(yuǎn)端控制中心與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間能實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息的交換。如圖5所示。

4結(jié)論

為了社會(huì)的和諧穩(wěn)定，提高高層建筑對(duì)火災(zāi)的預(yù)防和控制能力，使人們能夠在火災(zāi)發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)快速的處理，從而進(jìn)一步遏制火災(zāi)的發(fā)生，能夠?qū)⒒馂?zāi)的預(yù)防與發(fā)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)、并且能及時(shí)疏散人員逃生及火災(zāi)的及時(shí)撲救，將損失降低到最小化。因此，我們應(yīng)該在火災(zāi)發(fā)生之前，對(duì)那些可能引起火災(zāi)發(fā)生的危險(xiǎn)因素進(jìn)行預(yù)警并且采取有效的處理，逐步加強(qiáng)對(duì)高層建筑物發(fā)生火災(zāi)的預(yù)警。本文在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上研究開發(fā)的高層建筑防火預(yù)警系統(tǒng)，為日后研究者研究和開發(fā)下一代有關(guān)高層建筑物的火災(zāi)預(yù)警和監(jiān)控系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)和理論支持。

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