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          基于消防物聯網技術的社會化消防安全管理系統設計研究

          發布時間: 2021-08-23 來源: 武漢市消防救援支隊 作者: 蔣京君 范彥

          1 前言

          近年來,隨著社會經濟的持續快速發展,城市規模不斷擴大,高層、地下、商業綜合體、地鐵、隧道等建筑發展迅猛,一個新一線以上的城市每天有數以萬計的工地同時施工,建筑結構、體量、功能日趨復雜,同時大部分城市還存在連片的老舊居民區、大型倉儲物流及工業園區、“多合一”密集區等火災高發區域,隱患日益增多,各類災害事故呈現出風險高、危害大的特點,社會公共安全需求日益倍增。加之,隨著消防改制轉隸和新的監督管理體系的逐步形成,消防安全監督管理、專項整治以及各種事務性消防工作量大類雜與現有監督管理人員數量不足的矛盾日益凸顯,始終維護城市消防安全形勢穩定,任務十分繁重[1,2]。加之,城市總體規劃和公共消防安全基礎建設、建筑固有消防安全屬性和單位消防管理的能力水平、人民群眾的消防安全意識和素質等,都對城市的總體消防安全指數產生重大影響,這些都迫切需要我們更新理念、創新管理,加快推進技術革新,通過信息化手段提升社會消防安全管理水平[3]。

          針對上述情況,本文以是否設置建筑固定消防設施為切入點,引入物聯網、移動互聯網、圖像識別等技術,設計了一種能夠為社會單位、家庭場所、維保公司、監控中心、消防部門5個主要用戶對象提供消防安全預警、管理、分析、決策的智能化消防管理平臺,并提出了該系統的整體架構設計方案。

          2 系統平臺架構

          系統應能通過前端物聯感知設備實現異構設備與協議的接入、解析、編碼與傳輸,譬如社會單位的火災報警信號、消防水系統狀態(室內消火栓系統、噴淋系統、消防水箱、消防水池、室內外消火栓)、消防控制柜狀態(噴淋泵、消火栓泵、穩壓泵、傳輸泵、泡沫泵、風機等)、視頻監控數據(消防控制室監控、泵房監控、單位內部視頻監控系統),以及建筑高度不大于100米的住宅建筑居住部位和未設置建筑固定消防設施保護的小型經營性場所的火災報警數據等,第一時間辨別社會單位和家庭場所的火災情況,全面、實時地監測消防設施設備實時狀態和消防安全自主管理情況,為火災防控工作提供及時、準確的數據支撐,并通過建立火災識別、隱患辨識、安全監控等模型,運用云計算、大數據分析等技術,采取B/S+APP模式,實現對數據的動態追蹤、轉換挖掘、分析處理和點對點推送,為火災早發現早處置、隱患早巡查早消除,提供科學、有效的決策數據[4,5]。系統總體架構圖如圖1所示。

          圖1 消防物聯網感知系統總體架構圖

          1.物聯設備層:通過加裝的物聯感知設備獲取聯網單位和家庭場所用戶的消防設備設施狀態監測數據。

          1. 網絡通信通信層(云平臺):根據設備特性與安裝條件,采用無線網絡(如NB-IoT、LoRa、5G)與有線寬帶網絡結合的方式將前端感知信息上傳至數據處理層。

          3.數據處理層:集中處理分析前端感知的各類消防數據,對監測信號進行分級分類存儲上報。

          4.業務邏輯層:基于數據分析支撐,實現設備管理、統計報表、監管信息、預警監控、火警監控、風險評估等消防業務功能。

          5.平臺應用層:采用PC電腦端、APP移動端相結合的方式,全面呈現和處理監測信息,并實現相關應用。

          3 關鍵技術介紹

          3.1 數據模型設計

          針對社會單位,要充分考慮1個單位對應1個建筑、1個單位對應多個建筑以及1個建筑包含多個單位的多對多關系,綜合考量單位的基礎信息、消防信息、人員信息、檔案信息這4類靜態數據,以及設施設備狀態、防火巡查管理、設施維保管理這3類動態數據,還需要采集建筑平面布置圖、火災自動報警編碼電子圖、視頻監控點位平面圖以及消防報警主機點位編碼表、視頻監控信息表數據,從而實現點對點的精準報警。

          針對家庭場所,除了建立每個家庭場所點的基礎數據外,還需要建立戶主(業主)、物業、社區的三級關系網,以便發揮當事人、保安、網格員、志愿消防隊員等一線力量作用,實現就近處置、打早打小。

          3.2 信號接入匯集

          物聯信號通過火災報警控制器、單位內部已建的視頻系統、多種類型的物聯感知設備三種方式接入,將物聯信息推送至物聯信息分析處理模塊,進行接入信號數據的挖掘分析,三種物聯信號接入方式實現如下:

          • 火災報警控制器(消防報警主機)信號

          通過用戶信息傳輸裝置將火災報警控制器信號中接入系統,采集火災報警控制器的火災探測報警系統、自動噴水滅火系統、室內消火栓系統、防排煙系統等消防系統中各項設備信息和工作狀態。

          • 視頻信號

          接入的視頻信號包括社會單位內部已建視頻資源和單位消防控制室、水泵房的新建視頻資源,其中,消防控制室新建視頻資源需要包含語音通話功能和人員在崗監測自動識別功能,在視頻整合的基礎上,實現視頻靈活調閱、緊急視頻存儲等基礎應用。

          • 加裝的物聯感知設備信號

          通過在社會單位加裝液位傳感器、壓力傳感器、控制柜狀態模塊、視頻監控設備等前端物聯感知設備,運用窄帶和寬帶互聯網技術,實現對數據的解析傳輸和相應消防設施、環境狀態的實時監測。通過在家庭場所加裝智能煙感、智能可燃氣體等探測器,實現對火災狀態的監測預警。

          3.3 后臺支撐規則數據處理模型

          聯網設備會產生大量的不同類型的數據,例如有些是設備運行信息,有些是設備故障提示、有些則是反映現場火災狀態的報警信息。

          (1)數據分級推送規則

          把匯集的所有消防設施信號按照火災報警、設施故障程度、消防控制室脫崗等情況進行分類、分級建模,并按照不同等級向聯網單位、監控中心和消防部門的不同角色人員進行推送,通過建立數據分級推送規則使得每個角色根據崗位職責可定向接收他最關心的數據,從而提高軟件交互能力和使用率。

          圖2 物聯網分級預警圖

          (2)告警信號甄別規則

          法律賦予社會單位應該履行的消防安全職責使得消防控制室值班人員和社會單位消防管理人員成為該系統所有告警信號的第一接受方和處理方,同時需要設置告警信號甄別規則讓監控中心成為督促單位及時核實信號真偽以及本級核實信號真偽的第二道防線,確保消防部門和聯網單位接收到的重要告警信號是準確的、真實的。

          (3)火災風險評估模型

          要在傳統的、線下的火災風險評估模型的基礎上,將單位的靜態基礎數據、靜態消防數據與動態的消防設施數據、消防管理數據等結合起來,建立單位、建筑火災風險評估模型;同時綜合考慮消防設施維保及家庭場所火災發生歷史等情況,將其作為評估因子納入為區域性、城市級的火災風險評估模型之中。

          3.4 特色功能應用

          本文對數據傳輸、匯集等基本系統功能不再進行闡述,重點提出安消聯動、屏蔽備案、一鍵報警三個特色應用。應用系統分布如表1所示。

          表1 城市物聯網遠程監控系統應用系統分布表

          (1)安消聯動

          將每一個監控探頭與火災報警點位相綁定(系統根據消防竣工圖建立精確的點位空間模型),一旦產生火災報警信號,系統智能聯動報警點位周邊的視頻攝像頭,單位人員和消防部門不用到達火災現場,就能多視角知曉現場情況,判斷是否誤報,并且可以通過辨別燃燒物質和煙氣顏色,從而有針對性的采取火災撲救措施。

          (2)屏蔽備案

          除發生火災導致的消防報警主機動作外,還可能因建筑裝修施工、系統維保檢測、消防檢查演練、設施設備誤報等各種原因導致系統產生告警信號,這些原因將給系統運行帶來較大負擔。需要結合建筑平面圖、報警設施點位圖等數據,給社會單位提供消防報警主機點位屏蔽功能,切實降低不必要的系統誤報。

          (3)一鍵報警

          針對沒有設置火災報警探測器的區域發生火災的情況,提供聯網單位進行火警直報的功能。該報警無需經過監控中心核實,直接由聯網單位發起,系統同步將該單位的基本情況、人員情況、設施情況、平面情況、滅火預案、火災現場情況等上報給消防部門和單位其他角色人員,以便減少電話報警時間和準確制定救災策略。

          4 實際應用

          武漢市于2020年建成了城市級的消防物聯網遠程監控系統,該系統實現了對全市290家大型消防安全重點單位的聯網監測管理,對750個小型餐飲場所的燃氣泄漏情況監測和對1474戶老弱病殘家庭的火災監測,并將這些聯網單位對應的211個消防維保公司納入聯網范圍,市消防救援支隊和19個區消防救援大隊參與了聯網管理。該系統針對社會單位、維保公司、家庭場所、監控中心、消防部門5類用戶對象共開發了4個PC端和4個APP端,涉及41個一級功能頁面、142個二級功能頁面和230個三級功能頁面,構建了社會單位自主管理、家庭場所及時預警、監控中心協同監督、監管部門精準防控的武漢市火災防控四級網絡,如圖3所示。

          圖3 武漢市城市物聯網遠程監控系統

          (1)有效助力社會單位提升消防安全自主管理水平。系統設置了“單位百科”、“防火巡查”、“遠程監測”等多個實用性強的功能模塊,單位管理層可以遠程查看本單位的基本情況、建筑情況、設施運行情況、消防控制室值班情況、防火巡查情況、隱患整改情況等,便于管理層實時掌握員工的履職情況,從而加大安全管理力度。

          (2)探索約束消防設施維保行為。系統為聯網單位和維保公司搭建了互通渠道,聯網單位可向維保公司進行設備維修線上申請,維保公司對維修單的接收及內部派單情況、維保人員的到場情況、維保結果的線上反情況等,都是消防部門的抽查內容,促使維保單位及時恢復設施狀態。

          (3)閉環記錄火災發生、發展、消滅全過程。武漢市消防物聯網遠程監控系統與市消防救援支隊119指揮調度系統實現了聯動,從火災報警探測器探測到火災開始,閉環記錄了單位核實告警信號、監控中心甄別告警信號、消防部門出動滅火的全過程,同時系統還向聯網單位提供火災現場的圖像、影音記錄功能,并自動存儲消防報警主機的動作信號。

          (4)多維度分析建筑、城市消防安全現狀。系統可在單位類別、所在區域、設備類型、告警類型、告警時間等多個條件中進行設置,對單位基礎信息、單位消防信息、機構及人員、聯網設施、防火巡查、維保檢測、檔案信息等多個項目進行綜合評分,得分低于60分的,系統將向消防部門端進行預警推送。系統以行政區劃為對象,綜合評估聯網單位和家庭場所的消防安全狀況,并形成火災風險評估報告。

          5 結論及展望

          為有效提升社會面火災防控能力,優先將重要級別高、防范能力弱的單位、場所納入聯網監測范圍,并根據城市經濟能力逐步擴充物聯種類、完善軟件功能、擴大聯網體量,十分必要。隨著信息技術的不斷發展,物聯感知設備將覆蓋更多領域,感知到的數據將擁有更多傳輸方式,軟件的應用功能將更加強大。但就當前實踐情況而言,仍有一些方面值得探索,有一些問題亟需解決。譬如NB信號覆蓋能力和傳輸能力受基站分布和物聯感知設備安裝位置的影響具有不確定性,監測數據可能無法有效傳輸,同時設備頻繁發送信號也將縮短硬件壽命;譬如本文未提及智慧用電技術的應用,筆者認為目前市場上智慧用電產品種類繁多、功能不盡相同、價格相差甚遠,如何在經濟投入和經濟效益之間達到平衡,從技術實現和成本控制上仍需探索;譬如消防中介市場的行業管理還不夠規范,雖然現在已經取消設置門檻,但如何使用信息化手段規范維保行為、保障聯網單位消防設施完整好用,還需要大膽嘗試;譬如消防物聯網系統的建設及運維模式還需進一步完善頂層設計,硬件購置、軟件功能、項目維保、監控中心運營等方面都需要投入大量資金,如何有效減少當地政府經費投入同時讓這種監管方式具有生命力,有效提高社會單位參與度并實現每年逐步擴容聯網,需要從建設模式、資金渠道、當地政策等方面認真研究、探索。

          當前,國家標準--《城市消防遠程監控系統技術規范》已經再次進行修訂并即將出臺,其中的新思路、新技術將進一步打開我們的視野;少數省、市已經出臺地方性標準,將實行聯網管理與消防控制室1人值班政策相掛鉤,以推動加速物聯網系統擴容進程。無論是消防監管部門還是聯網社會單位,無論是軟件研發公司還是硬件研制企業,都有很大的空間去推動物聯網系統建設及運維模式不斷健全、技術產品不斷革新、軟件功能不能完善,形成當地政府、消防部門、社會單位、技術公司4者共贏的格局。

           

          參考文獻

          1 路亞彬,朱蕾,查俊.基于“互聯網+安全保險服務”的消防社會化服務模式探討和研究[J].消防論壇,2020,6:26-30.

          2 吳延昌.基于物聯網的社區智慧消防管理系統設計[J].物聯網技術,2018,10:54-56.

          3 王培平,陳朝陽,管佳林,尚文權,廣龍.基于物聯網技術的消防安全管理創新實踐[J].工業安全與環保,2020,46(11):74-77.

          4 車輝,邢慧芬,樊玉琦,鄭淑麗.基于大數據的火災智能預警系統[J].計算機系統應用,2020,29(10):126-126.

          5 程超,黃曉家,謝水波,吳懂禮,蔣為.智慧城市與智慧消防的發展與未來[J].消防科學與技術,2018,37(6):841-844.

           

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