物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防安全管理中的應(yīng)用

劉志鵬

（北京市海淀區(qū)消防救援支隊(duì) 北京 100085）

1 引言

作為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)在世界范圍內(nèi)發(fā)展起來，并逐漸滲透進(jìn)人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。例如，物流配送、智能交通、智能家居、公共安全、生態(tài)環(huán)境、智慧城市等[1]。而在消防安全管理領(lǐng)域中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠從整體上優(yōu)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(fā)現(xiàn)等問題，以最大限度地保證人民群眾的人身財(cái)產(chǎn)安全[2]。

2 物聯(lián)網(wǎng)概述

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的含義

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡(jiǎn)稱IoT）是一種按照約定協(xié)議，利用射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、GPS、激光掃描器等傳感設(shè)備進(jìn)行物網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單來說，物聯(lián)網(wǎng)就是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上拓展而來的萬物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f，物聯(lián)網(wǎng)的核心是物物相聯(lián)，靈魂是傳感和識(shí)別，骨架是網(wǎng)絡(luò)通信，核心是計(jì)算。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

首先，物聯(lián)網(wǎng)具有異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)化的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，不同型號(hào)、不同類別的RFID標(biāo)簽、傳感器、手機(jī)等各種異構(gòu)設(shè)備，能夠利用無線通信模塊、標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議形成自組織網(wǎng)絡(luò)。且這些異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行不同協(xié)議時(shí)，可通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的信息共享。其次，物聯(lián)網(wǎng)具有管理及處理智能化的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)⒑Ａ繑?shù)據(jù)可靠且高效地組織在一起，這就為行業(yè)應(yīng)用提供了智能支撐平臺(tái)。最后，物聯(lián)網(wǎng)具有應(yīng)用服務(wù)鏈條化的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)能夠覆蓋企業(yè)運(yùn)行的所有步驟，能夠帶動(dòng)整個(gè)企業(yè)甚至行業(yè)的整體信息化進(jìn)程。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)主要分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個(gè)層面。首先，感知層由各種傳感器、傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、短距離組網(wǎng)設(shè)備等構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，涉及傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、GPS技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、傳感器組網(wǎng)技術(shù)、協(xié)同信息處理技術(shù)等。其次，網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)傳輸感知層獲取的數(shù)據(jù)，還要滿足不同設(shè)備能夠自由接入不同網(wǎng)絡(luò)，涉及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)等。最后，應(yīng)用層由各種管理設(shè)備和顯示設(shè)備構(gòu)成，構(gòu)建滿足人們各種需求的系統(tǒng)平臺(tái)，主要負(fù)責(zé)與用戶連接，涉及云計(jì)算、人工智能、中間件等技術(shù)。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.4.1 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（Automatic Identification and Data Capture）是目前普遍使用的、發(fā)展相對(duì)較快且相對(duì)主流的識(shí)別技術(shù)，是一種能讓物品“開口說話”的技術(shù)，即通過一定識(shí)別裝置對(duì)各類物體信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并傳輸給計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行一系列智能處理。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)可分為條碼識(shí)別技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、磁卡識(shí)別技術(shù)、IC卡識(shí)別技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)等。其中，射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID）被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一，是應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛且最為重要的識(shí)別技術(shù)之一。因此，本文主要探討射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）。首先，與其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比，其有著以下優(yōu)點(diǎn)：采用電子技術(shù)，借助芯片，且芯片功耗較低、讀寫較為準(zhǔn)確；標(biāo)簽體積小，更易嵌入其他材料或物體之中；射頻技術(shù)透過外部材料即可讀取數(shù)據(jù)，且能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)動(dòng)中的物體進(jìn)行識(shí)別、讀??；可在同一時(shí)間識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，且這些標(biāo)簽信息之間獨(dú)立互不影響；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量更大，且穩(wěn)定性好等。其次，射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由射頻標(biāo)簽、射頻接收基站、應(yīng)用系統(tǒng)三部分構(gòu)成。射頻標(biāo)簽嵌入被識(shí)別物體，向外界收發(fā)射頻信號(hào)，一般分為主動(dòng)式標(biāo)簽（有源電子標(biāo)簽）和被動(dòng)式標(biāo)簽（無源電子標(biāo)簽）。射頻接收基站一般分為固定式和移動(dòng)式兩種模式，主要負(fù)責(zé)向射頻標(biāo)簽發(fā)送無線信號(hào)，并接收射頻標(biāo)簽發(fā)回的無線信號(hào)，在將接收的無線信號(hào)解碼處理之后將數(shù)據(jù)傳輸至上層應(yīng)用系統(tǒng)。位于系統(tǒng)頂層的應(yīng)用系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)接收射頻接收基站的數(shù)據(jù)，并控制基站的工作狀態(tài)；管理接收的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過計(jì)算處理將其儲(chǔ)存至后臺(tái)；接收外界終端的指令信息，并將轉(zhuǎn)換后的信息發(fā)送至基站執(zhí)行，以此來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2.4.2 傳感器組網(wǎng)技術(shù)

如何能讓區(qū)域中的傳感器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)組，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)是傳感技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。為更好地解決這一問題，傳感器網(wǎng)絡(luò)也在不斷發(fā)展完善，其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以其低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低數(shù)據(jù)速率的特征得到了人們的普遍青睞。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般采用星狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)三種組網(wǎng)方式，借助工作于ISM頻段和FSK調(diào)制方式的射頻芯片，以及微控制器、少數(shù)外圍器件組成專用或適用強(qiáng)的無線通信模塊。其中的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議通常是簡(jiǎn)單透明的，就算是加密協(xié)議也是較為簡(jiǎn)單的，這就使得人們只要遵循一定規(guī)則進(jìn)行操作即可傻瓜式地實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系可分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層，若再應(yīng)用中間件思維，則可使網(wǎng)絡(luò)更具層次化、模塊化。

2.4.3 無線通信技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、GPRS、GSM等通信技術(shù)層出不窮。而受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的制約，短距離無線通信技術(shù)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(lián)網(wǎng)中有著極為廣泛有效的運(yùn)用。短距離無線通信技術(shù)主要有以下幾種。一是藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）。其主要采用2.4 GHzISM頻段和1600 MHz快速跳頻技術(shù)，具有全球開放性、通信簡(jiǎn)單、傳播速度快、抗干擾能力強(qiáng)、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但僅限于在小于十米內(nèi)的距離范圍內(nèi)具有良好的通信質(zhì)量和效果。二是ZigBee技術(shù)。其具有良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠芰Γ總€(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)都可進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)控，支持距離擴(kuò)展，擁有低成本（協(xié)議沒有專利費(fèi)）、低功耗（傳輸速率低，發(fā)射功率小，擁有休眠模式）、低時(shí)延（休眠到激活時(shí)間短）、網(wǎng)絡(luò)容量大（可連接200多個(gè)設(shè)備和100多個(gè)網(wǎng)絡(luò)）、組網(wǎng)靈活、傳輸可靠（在數(shù)據(jù)傳輸之后會(huì)等待接收方確認(rèn)信息，并采取碰撞避免策略來避免數(shù)據(jù)發(fā)送沖突）、信息安全（采用特別加密法進(jìn)行數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗(yàn)）等特點(diǎn)。三是Wi-Fi技術(shù)。其支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的加密傳輸，傳輸距離可達(dá)100 m，傳輸速度可達(dá)54 Mbps，但傳輸?shù)陌踩院蛡鬏斮|(zhì)量還有待提升。四是IrDA技術(shù)。其依靠紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，具有體積小、功耗低、連接方便、保密性強(qiáng)、安全性強(qiáng)等特點(diǎn)，但由于存在視距限制，在運(yùn)用時(shí)要先保證位置的確定性才能實(shí)現(xiàn)靈活傳輸。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防安全管理中的應(yīng)用

3.1 在消防安全管理服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建中的應(yīng)用

消防安全管理服務(wù)平臺(tái)旨在橫向覆蓋消防監(jiān)督、縱向貫通各級(jí)消防部門，對(duì)消防信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)發(fā)送，對(duì)威脅消防安全的不穩(wěn)定或不安全因素進(jìn)行提前預(yù)警，以進(jìn)一步提升消防工作效率和質(zhì)量。該平臺(tái)綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、展現(xiàn)、分析等消防管理環(huán)節(jié)?？刹捎梅植际綇V域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并將系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分為物聯(lián)智能感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)管理層、應(yīng)用層（Web平臺(tái)）。其中，物聯(lián)智能感知層將通過傳感設(shè)備、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）等采集消防信息；網(wǎng)絡(luò)傳輸層將采用基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用有線、無線等接入方式進(jìn)行組網(wǎng)，利用TCP/IP或電話線進(jìn)行有線傳輸、GPRS或CDMA進(jìn)行無線傳輸?shù)龋粩?shù)據(jù)管理層將融合采集到的信息，并進(jìn)行計(jì)算和處理；應(yīng)用層則負(fù)責(zé)提供不同的消防服務(wù)。

就消防數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，硬件設(shè)計(jì)可采用ZigBee技術(shù)支撐的基本框架，具體包括路由器、采樣終端設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器等組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和采集終端。由ZigBee協(xié)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(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將接收的信息上傳至Web網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過一系列匯總處理之后信息將被傳輸至系統(tǒng)平臺(tái)，以此來完成數(shù)據(jù)采集為后期決策、分析提供相應(yīng)依據(jù)。軟件設(shè)計(jì)則包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，整體采用嵌入式系統(tǒng)，主要涉及板極支持包（BSP）、RS232通信軟件、DM9000網(wǎng)卡通信軟件、ZigBee協(xié)議棧等。就平臺(tái)Web層系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，主要包括平臺(tái)通知公告管理功能、平臺(tái)審閱通知功能、平臺(tái)短信通知功能、信息管理功能、日常檢查功能、監(jiān)督抽查功能等模塊，其中涉及數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)和處理可采用數(shù)據(jù)庫等技術(shù)。

3.2 在其他消防安全管理工作中的應(yīng)用

第一，就消防資源的動(dòng)態(tài)管理而言，可采用射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、GPS技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等構(gòu)建基于B/S架構(gòu)的消防裝備管理系統(tǒng)。首先，可通過射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）采集消防車輛和消防裝備信息，并采用“一裝一標(biāo)”的方式來綁定RFID標(biāo)簽，在信息采集完成之后需要上傳至消防指揮調(diào)度系統(tǒng)，以便實(shí)現(xiàn)裝備出入庫、電子驗(yàn)證、報(bào)警處理等智能化管理。其次，可采用消防指揮調(diào)度專線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信；采用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器等進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理等；采用TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、HTTP協(xié)議等進(jìn)行傳輸。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，消防資源得以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的智能化統(tǒng)籌管理，并有效提升消防部隊(duì)的戰(zhàn)斗能力。第二，就消防遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理而言，可借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防安全管理監(jiān)測(cè)平臺(tái)，并開發(fā)手機(jī)終端APP、建立B/S架構(gòu)模式的云平臺(tái)，便于對(duì)消防對(duì)象、環(huán)境、人員等的狀態(tài)進(jìn)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(xié)議解析與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)接口監(jiān)測(cè)等方式，對(duì)不同型號(hào)和不同廠家的有源類消防設(shè)施（火災(zāi)報(bào)警控制器、自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)、疏散指示系統(tǒng)等）的反饋信息進(jìn)行采集識(shí)別，一旦接到故障信號(hào)或者報(bào)警信號(hào)，監(jiān)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(jiān)測(cè)平臺(tái)；利用壓力傳感器、NB-IoT技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)消防管網(wǎng)的水壓，利用射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、ZigBee技術(shù)、GPS技術(shù)、GIS技術(shù)等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外可移動(dòng)的消防設(shè)施和器材（滅火器、水帶等）的在位狀態(tài)和位置信息，利用人臉識(shí)別技術(shù)、圖像處理技術(shù)等監(jiān)督消防控制室值班人員的在崗情況，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字圖像形態(tài)學(xué)方法識(shí)別消防管閥的啟閉狀態(tài)；利用IoT/LoRa無線數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)獨(dú)立煙感故障、火災(zāi)報(bào)警等信息。如此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防安全管理監(jiān)測(cè)平臺(tái)的構(gòu)建能夠評(píng)估火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，協(xié)助做好防火巡查工作，提高相關(guān)部門的防火工作管理能力。最后，就消防應(yīng)急救援管理而言，可借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智慧消防戰(zhàn)斗指揮體系。例如，在滅火救援中，可利用各種感知設(shè)備、視頻采集設(shè)備、應(yīng)急通信系統(tǒng)等獲取現(xiàn)場(chǎng)的音視頻數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握火情發(fā)展態(tài)勢(shì)，便于指揮人員依據(jù)火場(chǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行救援力量、裝備等方面的部署和精確指揮，同時(shí)也便于戰(zhàn)斗在一線的消防人員進(jìn)行精準(zhǔn)救援。

4 結(jié)語

信息技術(shù)的進(jìn)步是推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的動(dòng)力之一。作為關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定和人民幸福安危的消防行業(yè)更應(yīng)主動(dòng)革新，采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升消防工作的精準(zhǔn)度和效率[3]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)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。