基于SignalR-IoT技术的校园智慧消防平台系统设计研究

来源:用户上传      作者:张月 惠晨晨 邹圣新 陈丰照

　　摘要：近年来校园火灾时有发生，给家庭、学校带来重大损失，传统消防工作模式体现出很大的弊端。論文设计了校园智慧消防系统平台，旨在做好校园消防工作，建立一个和谐安全的校园环境。利用物联网的传感器技术采集消防数据、RFID技术监控维护消防设备、大数据技术对消防数据进行分析挖掘，灾情预判。其中通信技术采用SignalR技术实现实时Web功能，方便多平台间信息共享，保证校园消防工作的实时性、高效性。
　　关键词：校园智慧消防;物联网;大数据;SignalR
　　中图分类号：TP311         文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2019）28-0117-03
　　1 背景
　　近年来，校园火灾频频发生：山东烟台大学两人烧伤、东北师范大学500学生被困、中国传媒大学1学生被困、俄罗斯人民友谊大学41名外国留学生死亡200人受伤、中国地质大学（武汉）宿舍起火，幸无人伤亡……这一起起校园火灾都给学生家庭、学校以及国家带来了重大损失。校园是学生学习与生活的环境，人群高度密集，因此消防工作必须摆在校园安全工作的重要位置。传统的消防工作模式无法很好地排除校园火灾隐患，存在不少弊端，因此建设校园智慧消防的任务刻不容缓。
　　在物联网、人工智能、大数据、云计算等新一代技术蓬勃发展的时代背景之下，智慧消防能够使校园消防工作更加智能、高效，通过综合利用物联网、大数据、云计算、移动互联网、地理信息系统等技术，应用无线传感、火警预判等技术实现消防工作的及时、快速、高效，为师生营造一个安全稳定的校园环境。
　　2 校园智慧消防系统方案设计
　　2.1 国内智慧消防应用现状
　　2017年10月10日，公安部消防局发布的《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》指出：要综合运用物联网、云计算、大数据、移动互联网等新兴信息技术，加快推进“智慧消防”建设，全面促进信息化与消防业务工作的深度融合，实现“传统消防”向“现代消防”的转变。在此背景下，全国各地都在智慧城市建设的基础上加快建设“智慧消防”的步伐，也取得了一定成效。目前，全国26个省（市）实现消防远程监控和消防大数据平台建设，其中浙江省已有近8000家社会单位进入浙江省消防远程监控系统。
　　2.2 校园智慧消防系统方案整体设计
　　根据消防工作的功能需求，并结合校园消防工作的特点，将将校园智慧消防系统整体架构从下到上分为感知层、网络层和应用层。
　　感知层，顾名思义就是感知校园环境状况。通俗地说就是通过传感器感知校园消防状态的各种物理参数，具体有温度传感器、烟雾传感器、压力传感器、流量传感器、视频传感器等，这些无线传感器将采集到的温度、压力、流量、视频等数据输送给智能网关，智能网关再将其传送给Web服务器，达到实时监控校园消防状况的目的。
　　网络层处于整个系统的中间位置，是整个系统的核心。各类服务器（包括数据库服务器、Web Service服务器、应用服务器、访问服务器等）通过对数据的存储传递、加工处理、统计分析等为各类用户提供数据支持，及时查看校园环境实时状况。
　　应用层的主体是各类用户（校园消防工作人员、师生及工作人员等），通过手机、平板、电脑等终端媒介调用系统数据，实时查看平台信息，监控校园消防状态并做出相应的调度方案或决策。
　　3 校园智慧消防系统技术分析
　　3.1 物联网应用——无线传感器采集校园消防相关数据
　　传感器技术是物联网的关键技术之一，而无线传感器作为感知层的主体，担任采集并传输数据的任务。无线传感器本质上是一个无线数据采集终端，同时具有通讯功能，针对不同的需求有不同种类的传感器。传感器的工作原理就是将温度、压力、湿度等非电学量转换为电学量：
　　无线传感器功耗低，连接稳定，具有深度覆盖属性，很好地解决了有线传感器通讯的弊端。而且，这些无线传感器可以同时具备报警功能。例如烟雾传感器检测到烟雾达到一定浓度后，可以立即通过声光现象报警通知校园消防工作人员。通过在校园重点消防位置（监控现场、实验室、图书馆、学生公寓、配电室等）安放视频、温度、压力、流量等传感器采集校园环境的物理参数并上传到服务器，校园消防工作管理人员能够实时、动态掌握的校园消防信息，达到实时监控校园消防环境的目的。
　　3.2 大数据应用——多种分析算法综合处理数据
　　大数据技术是当今社会人们关注的热点话题，也是智慧消防系统的一个重要组成部分。校园智慧消防系统的数据分析模块应用多种分析方法，对消防数据进行加工处理、分析挖掘、火警预判、灾情分析等形成一个智慧消防数据库，实现预警救援的智能化。
　　例如，对消防数据进行清洗转换并筛选出可能导致火灾的相关类型数据，再通过关联分析、聚类分析等分析方法进行数据挖掘，建立一定的逻辑方程式，并将计算结果按一定标准划分成相应的火警风险等级，等待管理人员再次确认并作出相应评估与调度措施。
　　3.3 通信技术——SignalR实现多平台实时信息交互
　　采集消防数据要真实及时，实施消防救援要高效快速，因而消防工作非常讲求时效性。SignalR是一种多平台间信息实时交互的Web应用程序开发框架，能够很好地满足消防工作时效性的需求。
　　SignalR是对一组在构建客户端和服务器之间的real-time功能所需要使用的传输技术的抽象框架，是一个简单、实用的API。开发者只需要使用这个高阶的API，就能够实现浏览器与服务器之间的通信。它能够同时支持HTML5的Websocket，Server SendEvents协议及Comet的Forever Frame，Ajax Long Pooling协议，所以开发人员只需要使用同一个API通过虚拟连接来完成自己需要的服务，而并不需要关注具体使用的是哪一种通讯技术。SignalR连接首先会发起HTTP请求，若WebSocket可用，则选择Web?Socket进行连接。WebSocket是SignalR最理想的传输方式，因为它延迟最低、无需占用多余的服务器内存，而且能够实现客户端和服务器之间的全双工通信。若WebSocket不可用，SignalR将自动尝试其他传输方式（Server Send Events协议及Comet的orever Frame，Ajax Long Pooling）来建立连接。 　　基于SignalR的校园智慧消防系统平台，在系统初始化时会初始化一个Hub连接到服务端。当数据库实时数据有更新时，服务端的Hub自动调用客户端JavaScript方法，更新原来的数据。
　　所以，SignalR的实时Web功能可以实现主动推送消息：在有数据更新且所连接的客户端可用的情况下，服务器可以立即向客户端更新数据，无需等待客户端请求新的数据，打破了客户端只能依靠刷新页面或者使用Ajax轮询显示数据的传统方式。
　　这种主动推送消息的方式有两个好处：一是能在很大程度上降低宽带的使用率，二是可以保证数据传输的实时性。例如，当相关消防数据超出正常范围时，消防工作人员在系统平台可以立即接收到服务器从传感器接收到的报警提示并采取相应措施而不是多次发出HTTP请求。
　　在SignalR框架中有一个消息总线，其主要功能是管理服务器与客户端之间数据的发送与接收。通过消息总线，服务端能够检测到客户端的连接状态。与此同时，当服务端向处于连接状态的客户端发送消息时，能够自动处理通信的相关问题，以此保证消息的无阻碍传送。通过这种根据环境兼容情况选择最佳传输方式的自动管理连接模式，真正实现了多个客户端和服务器的实时双向通信，实现了多平台间的信息实时交互共享，同时也实现了校园智慧消防的智能化，便捷化。这将有助于提高消防管理工作效率，量化消防巡检工作内容，为校园消防安全提供保障。
　　4 消防设备与系统平台维护
　　4.1 消防设备的维护——RFID射频识别技术
　　传感器不仅可以放置在监控现场，也可以部署于消防水龙头、消防水管、消防栓等消防设备。如此一来，传感器既能采集校园环境数据，又能感应到消防设备运行状况，实时监控消防设备运行情况。一旦传感器输送到服务器的运行数据出现异常，消防人员可以立即检查消防设备，淘汰、更换坏旧的消防设备。如果传感器没有部署于消防设备周围，也可以通过RFID电子标签的形式对消防设备以及传感器本身进行运行状态巡检。RFID是物联网的又一关键技术。在消防设备及传感器上贴上加密的RFID射频标签，巡检人员就可以通过RFID射频识别终端设备扫描感应标签，同时将检查信息上传到校园智慧消防系统平台。这种巡检方式相对于纸质巡检更加便捷高效，能够及时获取消防设备的运行情况，及时排除火灾隐患。
　　除了日常的巡检维护，还要注意消防设备产品更新换代的问题。因此，在选择消防产品时要着重选择能够提供优质售后服务的生产厂商。
　　4.2 消防系统平台的维护
　　一个系统的软硬件先进程度以及可扩展性强弱在很大程度上影响了消防系统运行的生命力和消防工作的稳定进行。在系统设计的初始阶段，要充分考虑所选技术与设备是否可以稳定运行，尽量降低软件升级的难度，同时也要考虑到消防行业未来的发展需求，保证智慧消防平台系统的可扩充性与灵活性。
　　系统平台的维护人员需要有相关专业技术知识，同时还需要具备一定的消防专业知识。前端消防产品的更新换代相应地也会要求系统平台做出相应的功能调整与修改。所以，做好校园智慧消防系统平台上每一个软件的运行与保障工作至关重要。
　　5 结束语
　　时代发展催生技术变革，新的技术又促进时代发展。以物联网、大数据、移动互联网、地理信息系统等为主要技术的智慧消防系统平台因其智能化、信息化、高效化的特点将在消防领域发挥出很大的作用。当然，其应用场景不只局限于校园，还可以扩展到社区、商场、写字楼等其他人群密集区域。
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　　【通联编辑：谢媛媛】
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