基于NB-IoT的高校智慧消防裝備管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊文 田景富 黃達(dá) 蔡偉明 劉錫兵 駱連冠

關(guān)鍵詞：智慧消防；NB-LoT；大數(shù)據(jù)；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

高校消防安全關(guān)乎高校全體師生生命財(cái)產(chǎn)的安全，是一切教學(xué)活動(dòng)的根本保障，而消防裝備作為消防安全體系中的核心物資資源，管理和使用好是保障的基礎(chǔ)。所謂智慧消防，就是利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”等最新技術(shù)，配合大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)、火警智能研判等專業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高校消防的智能化，提高信息傳遞的效率，保障消防設(shè)施的完好率[1]。

當(dāng)前，高校的消防裝備的管理方法比較落后，對(duì)于消防裝備管理和使用過(guò)程中還比較多采用人工方式進(jìn)行操作，消防裝備中包括消防水池、消防管道、消防泵、消防栓、滅火器等設(shè)備，因設(shè)施種類復(fù)雜、數(shù)量多，給各類消防裝備的管理帶來(lái)了非常大的困難，如滅火器的定期維護(hù)、消防水帶的定期檢查、消防設(shè)備調(diào)撥等裝備信息無(wú)法技術(shù)獲取。為進(jìn)一步加強(qiáng)消防設(shè)施的管理，及時(shí)掌握各類消防設(shè)施的情況，建設(shè)集消防地點(diǎn)管理、消防設(shè)備管理、重點(diǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、消防備件管理、養(yǎng)護(hù)管理以及大數(shù)據(jù)看板等功能為一體的智慧消防裝備管理系統(tǒng)，將可以實(shí)質(zhì)性地提高高校的整體消防安全，有效提高消防相關(guān)的工作效率，確保高校消防安全。

1 系統(tǒng)需求分析

高校消防裝備主要包括消防管道設(shè)施（包括管道、消防栓、泵機(jī)、噴淋設(shè)施等）、滅火器兩大類，因高校各類建筑建設(shè)時(shí)間不同、歸屬產(chǎn)權(quán)不同，建筑內(nèi)的消防管道設(shè)施也存在很大差異，消防管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，部分地下管道老化、漏水、缺水等情況頻繁發(fā)生；此外，高校各類教室、實(shí)訓(xùn)室等場(chǎng)所的滅火器數(shù)量眾多，滅火器具有體積小、易移位、須定期保養(yǎng)、更換等特性，時(shí)常發(fā)生師生隨意變換滅火器位置、調(diào)換新舊滅火器的情況。目前高校消防裝備的管理主要依靠安排部分安保人員定期巡檢，巡檢工作量非常大，且依靠紙質(zhì)巡檢登記表進(jìn)行登記匯總，難以及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)消防裝備的各類隱患，考慮各大運(yùn)營(yíng)商的NB-IOT信號(hào)均已覆蓋校園，系統(tǒng)采用NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)有的消防管道開孔安裝智能NB-IOT壓力變送器，對(duì)校園內(nèi)教學(xué)樓、實(shí)訓(xùn)樓、圖書館、學(xué)生宿舍等場(chǎng)所的消防管道進(jìn)行水壓遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，將消防裝備的地點(diǎn)、分類、設(shè)備、養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，發(fā)送到智慧消防系統(tǒng)進(jìn)行管理應(yīng)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要原則

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)以需求為牽引，應(yīng)用為導(dǎo)向，采用通用的訪問(wèn)權(quán)限控制、信息標(biāo)準(zhǔn)、組件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，考慮系統(tǒng)建設(shè)的先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)化、安全性等要求。充分考慮智慧消防裝備管理的實(shí)際需要，將目前最迫切的消防管道水壓監(jiān)測(cè)、消防泵機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、消防設(shè)備的盤點(diǎn)和養(yǎng)護(hù)進(jìn)行信息化智能化的管理，讓管理部門可以及時(shí)掌握總體消防安全情況，進(jìn)一步提高高校的消防安全。依托網(wǎng)絡(luò)化的裝備物資儲(chǔ)備供應(yīng)信息系統(tǒng)運(yùn)用自動(dòng)識(shí)別、物資可視化系統(tǒng)、電子數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在實(shí)時(shí)掌握物資需求、準(zhǔn)確掌控保障資源的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)裝備物資的“實(shí)時(shí)感知、精確保障”[2]。同時(shí)，設(shè)計(jì)方案留有一定的余地，即在設(shè)計(jì)中構(gòu)造明晰的結(jié)構(gòu)體系，后續(xù)可將更多的消防設(shè)施通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)接入到系統(tǒng)，最終可打造一體化的智能消防系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

考慮校園面積和各建筑中各類無(wú)線信號(hào)的覆蓋，本項(xiàng)目采用NB-IOT協(xié)議傳輸管道壓力變送器數(shù)據(jù)，無(wú)須額外部署信號(hào)接收裝置，經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)商基站和云平臺(tái)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絎EB服務(wù)器。由WEB服務(wù)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)展示給PC客戶端和大數(shù)據(jù)展示屏。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

3.2.1 系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)設(shè)置模塊是整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵，包括系統(tǒng)運(yùn)行配置、系統(tǒng)參數(shù)、操作日志、用戶權(quán)限管理等功能。系統(tǒng)采用D-RBAC 訪問(wèn)控制模型，是在傳統(tǒng)的RBAC模型（基于角色的訪問(wèn)控制）的基礎(chǔ)上，引入數(shù)據(jù)授權(quán)的概念，使不同的角色在靈活授權(quán)可訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加了可訪問(wèn)數(shù)據(jù)的授權(quán)管理，使得系統(tǒng)的訪問(wèn)控制更加靈活可控。

3.2.2 養(yǎng)護(hù)管理模塊

按照實(shí)際工作情況，管理員制定各類設(shè)施設(shè)備的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，養(yǎng)護(hù)計(jì)劃包括養(yǎng)護(hù)類型、關(guān)聯(lián)設(shè)施設(shè)備、養(yǎng)護(hù)周期、養(yǎng)護(hù)要求、涉及人員等信息。如每五年對(duì)滅火器進(jìn)行一次養(yǎng)護(hù)。安保人員通過(guò)養(yǎng)護(hù)任務(wù)界面查詢當(dāng)前需要執(zhí)行的養(yǎng)護(hù)信息，查詢養(yǎng)護(hù)信息無(wú)異議的，接受任務(wù)，執(zhí)行養(yǎng)護(hù)任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行完畢后，在線反饋執(zhí)行情況。系統(tǒng)自動(dòng)匯總養(yǎng)護(hù)的記錄，以供后續(xù)的明細(xì)查詢。管理員按照實(shí)際工作情況，制定各類設(shè)施設(shè)備的巡檢計(jì)劃，養(yǎng)護(hù)計(jì)劃包括巡檢地點(diǎn)、所在地點(diǎn)設(shè)備信息、設(shè)備巡檢要求等信息。安保人員通過(guò)巡檢任務(wù)界面查詢當(dāng)前需要執(zhí)行的巡檢信息，查詢巡檢信息無(wú)異議的，接受任務(wù)，并使用手機(jī)端巡檢軟件執(zhí)行巡檢任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行完畢后，在線反饋執(zhí)行情況。系統(tǒng)自動(dòng)匯總巡檢的記錄，以供后續(xù)的明細(xì)查詢。

3.2.3 備件管理

統(tǒng)一管理備件，建立在線備件臺(tái)賬，備件出庫(kù)、入庫(kù)申請(qǐng)和審批，以及備件的定期盤點(diǎn)。

備件臺(tái)賬列出所有在庫(kù)備件的信息，以及各類備件的篩選、搜索、匯總等操作。管理員錄入或批量導(dǎo)入備件的入庫(kù)信息。安保人員（使用人）在線申請(qǐng)備件出庫(kù)使用，由管理員審核。備件盤點(diǎn)對(duì)在庫(kù)的備件進(jìn)行盤點(diǎn)，打印盤點(diǎn)明細(xì)，錄入盤點(diǎn)異常情況等。管理員按照設(shè)備分類的大類、小類等進(jìn)行分類，以供備件入庫(kù)錄入信息時(shí)使用。

3.2.4 設(shè)備管理

將消防相關(guān)設(shè)備統(tǒng)一錄入系統(tǒng)進(jìn)行管理，包括消防栓、滅火器、應(yīng)急燈等設(shè)備，并選擇系統(tǒng)上已經(jīng)設(shè)置好的消防地點(diǎn)。設(shè)備臺(tái)賬列出所有在庫(kù)設(shè)備的信息，以及各類設(shè)備的篩選、搜索、匯總等操作。設(shè)備監(jiān)控，通過(guò)NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將消防管道水壓、消防泵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)定時(shí)上傳到后臺(tái)，通過(guò)設(shè)備監(jiān)控頁(yè)面查看詳細(xì)數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)消防水系統(tǒng)的主動(dòng)管理， 系統(tǒng)通過(guò)調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)視頻、智能報(bào)警、數(shù)據(jù)信息等多種方式， 快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常及故障， 為聯(lián)網(wǎng)建筑消防水系統(tǒng)的檢查、維護(hù)和保養(yǎng)等工作帶來(lái)巨大幫助， 可有效減少消防管理部門現(xiàn)場(chǎng)檢查次數(shù)、降低工作強(qiáng)度、提高工作效率[3]。設(shè)備調(diào)撥，對(duì)需要調(diào)撥的設(shè)備，由安保人員（使用人）在系統(tǒng)上提出申請(qǐng)，由設(shè)備管理員進(jìn)行調(diào)撥審核。設(shè)備盤點(diǎn)，對(duì)在賬設(shè)備進(jìn)行清點(diǎn)，打印盤點(diǎn)明細(xì)，錄入盤點(diǎn)異常情況的操作。標(biāo)簽打印，批量打印設(shè)備的標(biāo)簽，特殊材質(zhì)標(biāo)簽（如PVC預(yù)制編號(hào)標(biāo)簽）可將預(yù)制標(biāo)簽的編號(hào)與設(shè)備關(guān)聯(lián)。設(shè)備分類，管理員按照消防設(shè)備的大類、小類等進(jìn)行分類，以供設(shè)備管理中選擇。

3.2.5 消防點(diǎn)管理

將消防相關(guān)的地點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)管理，如消防栓位置、滅火器位置、消防泵機(jī)位置，按照樓棟、樓層、方向進(jìn)行編號(hào)，以便后續(xù)可以快速掌握相關(guān)地點(diǎn)數(shù)量和位置。編號(hào)后，可在后臺(tái)批量打印位置標(biāo)簽。將消防相關(guān)地點(diǎn)按照樓棟、樓層進(jìn)行大致分類，并標(biāo)注具體的地理位置信息。可對(duì)分類信息進(jìn)行增刪改查操作。根據(jù)地點(diǎn)分類的范圍，標(biāo)記具體的消防相關(guān)地點(diǎn)，并將所有地點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)管理。批量打印消防地點(diǎn)的標(biāo)簽，特殊材質(zhì)標(biāo)簽（如PVC預(yù)制編號(hào)標(biāo)簽）可將預(yù)制標(biāo)簽的編號(hào)與地點(diǎn)關(guān)聯(lián)。

3.2.6 大數(shù)據(jù)面板

通過(guò)大屏幕展示學(xué)校消防裝備的整體運(yùn)行情況、設(shè)備在庫(kù)情況、備件在庫(kù)情況、養(yǎng)護(hù)任務(wù)提醒、養(yǎng)護(hù)執(zhí)行情況等大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[4]。大數(shù)據(jù)面板效果如圖3所示：

面向安保人員，在執(zhí)行養(yǎng)護(hù)和巡檢任務(wù)時(shí)，使用微信小程序登錄管理系統(tǒng)，可通過(guò)微信小程序調(diào)用手機(jī)攝像頭掃描地點(diǎn)或設(shè)備的標(biāo)簽，查看詳細(xì)信息，以及執(zhí)行養(yǎng)護(hù)、巡檢任務(wù)，上報(bào)執(zhí)行情況。

4 安全設(shè)計(jì)

4.1 身份鑒別和訪問(wèn)控制

系統(tǒng)采用基于D-RBAC的訪問(wèn)控制模型，即基于角色和數(shù)據(jù)授權(quán)的訪問(wèn)控制模式，可靈活調(diào)整用戶訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)的權(quán)限以及和查閱數(shù)據(jù)的范圍，遵循對(duì)用戶分配最小權(quán)限的原則[5]。系統(tǒng)默認(rèn)開啟密碼復(fù)雜度功能，密碼長(zhǎng)度應(yīng)不小于8位，應(yīng)包含數(shù)字、字母和特殊字符。在連續(xù)3次登錄失敗后系統(tǒng)將自動(dòng)鎖定該用戶15分鐘。同一用戶不允許多地點(diǎn)同時(shí)登錄，同一用戶重復(fù)登錄時(shí)，將自動(dòng)退出前面登錄的用戶。如果用戶15分鐘后沒(méi)有任何操作，將觸發(fā)超時(shí)響應(yīng)自動(dòng)退出功能，自動(dòng)退出當(dāng)前賬戶。

4.2 數(shù)據(jù)保密性

系統(tǒng)使用足夠強(qiáng)度的單向散列算法創(chuàng)建密碼后存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)鑒別信息的存儲(chǔ)保密性。本項(xiàng)目?jī)H部署在校園網(wǎng)使用，不對(duì)外網(wǎng)開放，確保數(shù)據(jù)的安全，學(xué)校相關(guān)人員在網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)時(shí)，須通過(guò)學(xué)?，F(xiàn)有的VPN系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)。

4.3 安全審計(jì)

所有用戶在系統(tǒng)上的行為均可完整記錄，包括操作時(shí)間、操作類型、訪問(wèn)IP地址等信息。

4.4 數(shù)據(jù)備份

定期對(duì)程序源代碼及數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行異地備份，確保數(shù)據(jù)安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

高校智慧消防裝備管理系統(tǒng)基于NB-LoT技術(shù)自動(dòng)獲取消防管道水壓數(shù)據(jù)，基于微信小程序獲取養(yǎng)護(hù)和巡檢數(shù)據(jù)，并建立設(shè)備及備件數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)展板及時(shí)動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)相關(guān)信息，對(duì)于數(shù)據(jù)異常提供自動(dòng)報(bào)警功能，較好地解決了消防裝備管理問(wèn)題，并對(duì)系統(tǒng)安全進(jìn)行了嚴(yán)密的設(shè)計(jì)，整體提高了管理效率，提升了安全效能，具有較好的可推廣和復(fù)制性。