智慧消防在古村落保护中的应用与设计

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　　摘 要：夯吉村坐落在吕洞山下，进村道路狭窄崎岖且房屋多为传统的木质结构并涂以桐油防腐，易发生火灾，形势严峻。当下物联网技术和智慧消防紧密结合，日益完善，利用智慧消防进行古村落的保护刻不容缓。该文研究了将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，实现了分布式火灾检测和预警，并给出了系统平台的架构和方法。
　　关键词：火灾检测;物联网技术;智慧消防;分布式;平台架构;消防预警
　　中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）03-00-03
　　0 引 言
　　目前，智慧消防研究和设计都集中在城市密集型的社区、学校、商场以及人流密集的娱乐场所，几乎没有涉及到分散的村落。但是随着农村消防安全形势的日益严峻，传统村落尤其是坐落在偏远山区的传统古村落面临着与日俱增的消防压力。
　　夯吉村位于武陵山脉群山之中，房屋呈片状分布在平缓的河滩、山顶和山坳，进村道路崎岖、狭窄，大型消防救援设备难以进入开展救援工作;村内房屋多为传统苗寨木质房屋，村民依然使用柴火做饭取暖，一旦发生火灾，只能依靠村民自救。
　　1 系统通信选择
　　针对夯吉村村落分散且依山沿河而建的特点，使用无线通信技术在传感设备和服务器之间进行数据传输。经实地考察，村内通信网络只有2G通信网络全覆盖，考虑村子的实际状况（供电以及传输距离），选择基于LoRa的物联网通信技术。
　　LoRa是一种适合于具有低功耗、低成本、远距离等需求的广域物联网应用的非授权频谱网络技术，目前已在全球内广泛部署使用[1]。结合村内的房屋布局，采用前端智能传感器分散式地部署在468户村民家中。LoRa无线网关布置在山顶，防止因山体对信号产生屏蔽而导致部分传感器掉线。无线网关是整个系统的枢纽站，其作用是桥接终端和服务器，接收来自终端的信号并转发至服务器，之后将服务器返回的信號传送到终端。前端设备与网关之间用LoRa技术进行通信[2]。
　　2 系统总体设计架构
　　系统主要由前端智能采集报警传感器件、LoRa无线网关、云服务器和后台各级监控管理平台四部分组成。系统技术架构如图1所示。
　　系统的前端智能传感器件包括温度传感器、智慧用电电力监测模块、水位水压监测传感器以及实时定位模块。前端设备主要负责采集实时数据，并将采集到的数据传输至后台服务器进行处理，并根据处理结果产生相应的声光报警信息。
　　通过传感设备进行前端数据采集并借助LoRa无线通信技术将数据上传至LoRa网关，然后再传递给后台服务器，由处理层服务器对数据进行解析和分析后传至应用层终端进行数据可视化操作，从而实现对整个系统进行火灾监测和预警的功能。
　　3 系统主要功能
　　现代消防从过去到未来划分为机电消防、数字信息消防、智慧消防、空地立体智慧消防、无人指挥消防五个阶段[3]。当前借助工业4.0的发展契机，现代消防也处在数字信息消防向智慧消防过渡的关键时期。
　　对消防重点单位和消防设备的管理目前还停留在依靠大量人工手动检查、登记阶段。现有管理手段为通过专职人员进行管理和记录来更新数据，工作量巨大，导致设备状态无法被消防管理人员全面获悉，存在极大的消防隐患[4]。而实际中必须保证消防设备在火灾救援时的完好性和可使用性。因此，系统必须要自动完成数据采集、传输和处理。平台对数据进行数据存储和数据分析，将处理好的数据综合地反映给监管单位和用户，完成对火灾的判断和预警。同时，为火灾救援人员提供科学准确的火灾现场信息，辅助专业救援人员开展相应的救援工作。系统的网络架构图如图2所示。
　　物联网技术在消防领域的应用是指在消防预警现场，采用各种传感设备将现场采集的大量信息通过网络传输至消防报警指挥中心。指挥中心的管理人员可以通过这些信息对现场进行救援力量、救援装备和救援物资的部署[5]。消防监管部门负责火灾的监管和救援指挥，是整个系统的决策者，可以使用系统提供的以下核心功能：
　　（1）接收实时报警通知并实时查看各种传感设备状态，对设备的报警阈值进行调整，接收电话、邮件、短信、微信等各种形式的实时报警信息;
　　（2）利用平台提供的现场数据和救援辅助系统开展救援指挥工作，利用可视化摄像头和实时定位系统获取现场情况和位置信息，保持指挥中心和救援现场之间实时联系，为救援指挥工作提供实时动态数据;
　　（3）对消防设施的维护保养进行网络化管理，对设备的状态、运营维护过程做到有据可循，实时更新。在智慧消防物联网系统的构建下，定期进行智慧消防设施的维护与更换，只有及时升级与更新，才能保证智慧消防系统的速度与安全[6]。
　　4 系统优势
　　夯吉村智慧消防系统的建设，一方面要考虑使用各类传感器对消防监测和预警的各个指标数据进行获取和处理，做到早预警、早发现;另一方面，要对4个消防水源以及村内可以使用的水道管网进行实时位置、水位水压显示，在火灾发生时为救援工作提供精准有效的消防水源引导。
　　LoRa作为一种低功耗广域网技术，具有低成本、远距离、低功耗、标准化等特点。相比于其他低功耗广域网技术，LoRa在同等发射功率下能与网关/集中器进行更长距离的通信，并且物理层利用扩频技术可以提高接收灵敏度，能够覆盖更广的范围[7]。表1为LoRa技术的关键特点及其对应的优势。
　　系统通过前端传感器、LoRa无线网关及服务器，完成数据采集、数据分析和数据的综合处理。火灾报警系统设有联动性的多个报警设备，能够凭借探测器来收集实时性的现场火情信息，然后针对特定类型的火情信息予以精确的鉴别[8]。
　　智慧消防系统的建设，在对火灾尽心预警和精准鉴别的同时，也为古村落在消防火灾防控、应急指挥、队伍管理等工作建立消防装备、应急预案、消防水源、建筑固定消防设施等信息智能采集、汇总、分析、发布及辅助决策的智能化消防数字平台[9]。这样就提高了古村落全面防范和应对火灾的能力。 　　5 结 语
　　众所周知，由于基础设施建设方面的原因，我国目前大部分农村并不适合建设智慧消防[10]。随着农村的飞速发展，其面临的火灾形势也越来越严峻。物联网技术的飞速发展为这一问题的解决提供了契机，使得大规模、分散的信息采集和处理成为可能，也为人们在古村落智慧消防建设中提供了有力的技术支撑。
　　中国传统村落是我国几千年历史沉淀的民族瑰宝。有着悠久历史的文化遗产，集物质和非物质文化于一体，蕴含着丰富的地域文化及自古传承而来的特定聚落环境[11]。因此，提高古村落消防应对能力势在必行。
　　另外，智慧消防火灾识别的精准度和火灾救援方面目前仍需要进行更加深入的研究。希望在不久的将来，识别精准、有效预测、救援到位、灭火及时的智慧消防联动系统，能够服务社会，造福人民。
　　参 考 文 献
　　[1]赵静，苏光添. LoRa无线网络技术分析[J].移动通信，2016，40（21）：50-57.
　　[2]常剑，杨晶，袁博文，等.基于LoRa技术的智慧消防报警系统设计[J].物联网技术，2019，9（1）：46-47.
　　[3]冯载荣，王虎儒，赵大良.试论现代消防发展划代及未来展望[J].消防界（电子版），2018，4（5）：112-113.
　　[4]張向祺. 基于微服务的企业移动办公平台规划设计[J].信息技术与标准化，2016，25（3）：71-74.
　　[5]张岗.物联网在消防安全领域的应用研究[J].网络安全，2011，3（24）：106-108.
　　[6]戢国芳，冯伟彪.城市智慧消防构建的几点思考[J].消防技术与产品信息，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.智慧消防应用中多设备联动火灾报警系统[J].电子技术与软件工程，2018（12）：79-80.
　　[9]丁祥郭.“智慧消防”建设与发展的思考[J].计算机安全，2012（10）：66-69.
　　[10]杨玉宝.智慧消防建设现状及发展方向探讨[J].消防技术与产品信息，2018，31（10）：47-49.
　　[11]范小菊.古村落数字化保护探究[J].现代经济信息，2016（11）：430-431.
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