劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

【摘要】該文提出種基于阿里云的智能消防系統(tǒng)。利用NB-IOT技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶可以通過(guò)手機(jī)App隨時(shí)隨地監(jiān)控智能終端設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和所處環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)由煙霧報(bào)警系統(tǒng)、云平臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)和移動(dòng)終端系統(tǒng)構(gòu)成，用戶可以對(duì)遠(yuǎn)端的智能消防設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并能及時(shí)的收到遠(yuǎn)程的異常報(bào)警信息，從而可以及時(shí)地對(duì)異常情況進(jìn)行處理，降低災(zāi)害所帶來(lái)的損失。

【關(guān)鍵詞】智能消防；阿里云；智能終端；物聯(lián)網(wǎng)

0引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）技術(shù)的高速發(fā)展，特別是近幾年來(lái)人工智能、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等新技術(shù)的飛速發(fā)展，生活中的各個(gè)領(lǐng)域都進(jìn)入了智慧建設(shè)階段，其中智慧城市就是其中的個(gè)重要的建設(shè)方向，在智慧城市中有智能交通，智慧消防等都是智慧城市建設(shè)范疇。作為保障人民生命財(cái)產(chǎn)中的重要環(huán)，智慧消防建設(shè)是智慧城市建設(shè)的重要的部分。智慧消防有兩個(gè)重要的組成部分，分別是智能化的終端設(shè)備和云端的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)[1]，基于阿里云的智慧消防系統(tǒng)綜合了物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和智能終端的各自的點(diǎn)，加上了低功耗的廣域網(wǎng)技術(shù)，充分利用智能技術(shù)、遠(yuǎn)程無(wú)線通信技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，擴(kuò)大了消防管理的廣度與深度，形成了個(gè)新型的智慧安防系統(tǒng)，可以在火災(zāi)監(jiān)測(cè)、預(yù)警、滅火救援、消防設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)等方面發(fā)揮重要作用。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)主要是依托阿里云搭建的套物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng),由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層三層架構(gòu)組成，應(yīng)用層由兩部分構(gòu)成，客戶端和云平臺(tái)端，其中客戶端分為PC端的Web和移動(dòng)端 App，云平臺(tái)端包含應(yīng)用服務(wù)器等各種服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)層由NB-IOT或4G/5G或WIFI等通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、感知層由智能消防設(shè)備組成，包含有煙霧傳感器和控制系統(tǒng)STM32等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 感知層

感知層主要功能為信息的采集，由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，本系統(tǒng)中主要由包括溫度傳感器、濕度傳感器和煙霧傳感器等感知終端，采集環(huán)境中的溫度和濕度以及煙霧等信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_(tái)端。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層

感知層采集到的數(shù)據(jù)要傳輸?shù)皆破脚_(tái)端需要通信技術(shù)的支持。通信技術(shù)可以通過(guò)現(xiàn)有的局域網(wǎng)技術(shù)（如WIFI或有線網(wǎng)線）連接Internet到云平臺(tái)端，也可以通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)（如：

3G、4G）遠(yuǎn)程連接到云平臺(tái)端。目前物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)中用得比較多的是無(wú)線通信方式，包括WIFI、3G、4G、5G 等方式。特別的，在低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)中，目前比較熱門的通信技術(shù)NB-

IOT和LoRa兩種技術(shù)。具體使用哪種技術(shù)根據(jù)實(shí)際情況選擇以滿足應(yīng)用的需要。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層由兩部分構(gòu)成，客戶端和云平臺(tái)端，其中云平臺(tái)端包含應(yīng)用服務(wù)器等各種服務(wù)器，其中Web應(yīng)用也可以直接創(chuàng)建在云平臺(tái)端。客戶端分為 PC 端的 Web和移動(dòng)端App，移動(dòng)終

端應(yīng)支持各種不同操作系統(tǒng)的手機(jī)及平板等各種移動(dòng)設(shè)備，通過(guò)這些移動(dòng)設(shè)備可以直接隨時(shí)查看云平臺(tái)端的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)接收些云平臺(tái)端推送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,云平臺(tái)推送的報(bào)警信息、設(shè)備電量信息等信息及時(shí)地被移動(dòng)端接收到，以實(shí)現(xiàn)各種異常情況的報(bào)警。同時(shí)移動(dòng)設(shè)備可以查詢歷史數(shù)據(jù)、各種狀態(tài)數(shù)據(jù)分析圖等功能。電腦終端通過(guò)Web瀏覽器與云平臺(tái)交互,除了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端App全部功能外,還具備系統(tǒng)管理和維護(hù)的功能。

2 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)介紹

阿里云是阿里巴巴旗下的款互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，主要為用戶提供云服務(wù)器、彈性計(jì)算、云存儲(chǔ)、RDS等服務(wù)，為200多個(gè)家和地區(qū)的企業(yè)、開發(fā)者和政fu機(jī)構(gòu)提供云計(jì)算基礎(chǔ)服務(wù)及解決方案。其中的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)為設(shè)備提供可靠的連接通信能力，向下連接海量設(shè)備，支撐設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云；向上提供云端API，服務(wù)端通過(guò)調(diào)用云端API將指令下發(fā)至設(shè)備端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。該平臺(tái)為各類IoT場(chǎng)景和行業(yè)開發(fā)者賦能，使開發(fā)者能夠?qū)崿F(xiàn)全qiu快速接入、跨廠商設(shè)備互聯(lián)互通、調(diào)用第三方智能服務(wù)等，快速搭建穩(wěn)定可靠的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智能消防智能終端的設(shè)計(jì)如圖2所示，以STM32F103作為主控制器，搭載溫度和濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、報(bào)警模塊和NB-IOT通信模塊。STM32F103主控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信，并根據(jù)和各模塊通信情況，并及時(shí)做出異常判斷和處理。

圖2 智能終端結(jié)構(gòu)圖

煙霧傳感器模塊傳感器用于監(jiān)測(cè)當(dāng)前環(huán)境中的煙霧濃度，并將監(jiān)測(cè)到的煙霧濃度值傳送到STM32主控制器。溫度和濕度傳感器模塊用于監(jiān)測(cè)當(dāng)前環(huán)境中的溫度和溫度，也同樣將監(jiān)

測(cè)到的溫度和溫度值傳送到STM32主控制器。NB-IOT通信模塊是智能終端和云平臺(tái)溝通的橋梁，它將智能終端設(shè)備采集到的各傳感器的數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，也將云平臺(tái)下發(fā)的指令傳遞到主控制器，用于用戶對(duì)智能終端進(jìn)行控制。報(bào)警模塊在接收到主控制器發(fā)送過(guò)來(lái)報(bào)警指令時(shí)，報(bào)警模塊將啟動(dòng)聲光報(bào)警，以提示用戶出現(xiàn)了異常情況。主控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信，并根據(jù)和各模塊通信情況，并及時(shí)做出異常判斷和處理。主控制器在收到各傳感模塊傳送過(guò)來(lái)的值之后將數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，管理系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，如果煙霧濃度和溫濕度達(dá)到了報(bào)警的閾值則通過(guò)云平臺(tái)下發(fā)報(bào)警指令，主控制器啟動(dòng)報(bào)警模塊進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。NB-IOT 通信模塊與阿里云平臺(tái)通過(guò) MQTT 協(xié)議進(jìn)行通

信。在STM32主控制器中的主要的連接代碼和步驟如下。

（1）：阿里云產(chǎn)品三元素的設(shè)置。

#define ProductKey "a1Qgy*****K"

#define DeviceName "W*****"

#define DeviceSecret "e8f35b629a918**********f5228b0d"

（2）：通過(guò)MQTT協(xié)議以下指令登錄到阿里云服務(wù)器。

lAT+CIMI

lAT+CSQ

lAT+CGATT

lAT+QMTCFG

lAT+QMTOPEN

lAT+QMTCONN

（3）：向阿里云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)

lAT+QSOSEND

3.2 云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

云平臺(tái)端的設(shè)計(jì)主要是有設(shè)備模型的設(shè)計(jì)，設(shè)備的管理，設(shè)備的監(jiān)控等，包括有Web端和手機(jī)移動(dòng)端。先要?jiǎng)?chuàng)建個(gè)消防設(shè)備產(chǎn)品模型。如圖3所示。

圖3 智慧消防產(chǎn)品設(shè)備模型的創(chuàng)建

智慧消防產(chǎn)品創(chuàng)建好之后，這類型的產(chǎn)品下面就可以創(chuàng)具體的設(shè)備，與真實(shí)的硬件設(shè)備進(jìn)行映射。設(shè)備的創(chuàng)建如圖4所示。

圖4 智慧消防設(shè)備的創(chuàng)建

消防設(shè)備創(chuàng)建好之后，啟動(dòng)智能終端，智能終端會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到阿里云平臺(tái)，如圖5所示。在阿里云平臺(tái)將顯示該設(shè)備為在線狀態(tài)，并且會(huì)顯示溫度，濕度和煙霧濃度信息。這些信息可以在云平臺(tái)端和本地端進(jìn)行管理，設(shè)置報(bào)警閾值，旦達(dá)到報(bào)警的條件，將通過(guò)發(fā)送短信或撥da電話的方式通知用戶，同時(shí)向智能終端下發(fā)報(bào)警指令，智能終端的報(bào)警模塊將觸發(fā)聲光報(bào)警。

圖5 云平臺(tái)數(shù)據(jù)的顯示

3.3 移動(dòng)端的設(shè)計(jì)

移動(dòng)端設(shè)計(jì)為了個(gè)手機(jī)App軟件，可實(shí)現(xiàn)掌上在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，歷史數(shù)據(jù)在線查詢，設(shè)備的綁定和基本的設(shè)備管理等功能，以確保設(shè)備始終健康運(yùn)行，防患于未“燃”。

4安科瑞智慧消防平臺(tái)介紹

4.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)

4.2平臺(tái)主要功能介紹

4.2.1頁(yè)

用戶登錄成功之后進(jìn)入頁(yè)，如圖所示。主要展示的內(nèi)容有：項(xiàng)目概況、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備分類、設(shè)備報(bào)警信息、報(bào)警分類、報(bào)警統(tǒng)計(jì)、設(shè)備臺(tái)賬信息等。其中百du地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報(bào)警時(shí)可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

4.2.2消防子系統(tǒng)

智慧消防管理云平臺(tái)包含了智慧用電子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、消防設(shè)備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)、消防設(shè)備管理子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等。智慧用電子系統(tǒng)可以接入電氣火災(zāi)、孤航電弧、電氣火災(zāi)主機(jī)、滅弧式保護(hù)器探測(cè)器和無(wú)線測(cè)溫探測(cè)器等。點(diǎn)擊智慧用電子系統(tǒng)進(jìn)入智慧用電監(jiān)控頁(yè)面，點(diǎn)擊菜單顯示整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)信息和該項(xiàng)目下的所有探測(cè)器的信息，點(diǎn)擊末級(jí)節(jié)點(diǎn)顯示具體探測(cè)器的監(jiān)控頁(yè)面。

消防水子系統(tǒng)可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實(shí)時(shí)的監(jiān)控消防水管網(wǎng)的壓力、液位、是否漏水，以及開蓋等事件，當(dāng)消防水壓不夠，管網(wǎng)漏水時(shí)，系統(tǒng)也能實(shí)時(shí)地發(fā)出警報(bào)，能讓相關(guān)人員及時(shí)維修維護(hù)，保障消防。

防排煙子系統(tǒng)通過(guò)高靈敏的無(wú)線煙感報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)秒級(jí)檢測(cè)煙霧，且發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)劇超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)閾值，APP、短信報(bào)警、電話報(bào)警統(tǒng)統(tǒng)上陣，通過(guò)設(shè)備的標(biāo)簽、地理位置定位，快速通知業(yè)主、物業(yè)消防單位是哪個(gè)位置的火災(zāi)隱情。

消防設(shè)備電源子系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控消防系統(tǒng)各個(gè)部件（如消防報(bào)警主機(jī)、樓層顯示器、水泵、噴淋泵、電梯等）的電源工作狀態(tài)，確保消防設(shè)備供電正常，并對(duì)各個(gè)部件電源產(chǎn)生的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、斷路等故障報(bào)警提示。可長(zhǎng)期記錄電壓電流運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)對(duì)消防電源段時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)可能產(chǎn)出問(wèn)題的隱患進(jìn)行警shi。

防火門子系統(tǒng)通過(guò)與門禁報(bào)警、視頻識(shí)別的關(guān)聯(lián)，實(shí)時(shí)監(jiān)控消防通道、出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、不上鎖狀態(tài)及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障的生活、工作環(huán)境。

應(yīng)急照明與疏散指示子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)應(yīng)急燈具的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可準(zhǔn)確的給出的疏散路徑指示，智能打開消防應(yīng)急指示燈的指示方向及應(yīng)急照明燈，幫助建筑內(nèi)的人群選擇逃生疏散路線，指引逃生方向。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)部門收到感應(yīng)端各子系統(tǒng)報(bào)警信息后，可調(diào)出報(bào)警位置關(guān)聯(lián)的監(jiān)控?cái)z像頭圖像，查看報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)視頻輔助進(jìn)行火情確認(rèn)。實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、電氣火災(zāi)子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防設(shè)備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)的聯(lián)動(dòng)。

消防設(shè)備管理子系統(tǒng)能夠?qū)⒚總€(gè)建筑、項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)的所有消防設(shè)備和資產(chǎn)納入管理，對(duì)些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊(duì)地址等著重標(biāo)注，日常的巡檢和維護(hù)都需要納入計(jì)劃，在緊急情況下，會(huì)聯(lián)動(dòng)GIS調(diào)度子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。

4.2.3隱患管理

隱患管理功能包括了隱患查詢、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個(gè)模塊。可以查看登錄用戶下的所有項(xiàng)目的隱患信息，并進(jìn)行派發(fā)和處理操作，且對(duì)所有隱患進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4.2.4能耗分析

能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比、能耗環(huán)比、能耗報(bào)表和能耗預(yù)測(cè)等五個(gè)模塊。可以查看登錄用戶下的所有項(xiàng)目的能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比和報(bào)表，且按日、周、月等維度進(jìn)行能耗預(yù)測(cè)分析。

4.2.5手機(jī)APP

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶查看電氣火災(zāi)、防排煙、消防水、消防設(shè)備電源、防火門、消防設(shè)備管理、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警等子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、報(bào)警信息、能耗統(tǒng)計(jì)等。

4.3配置

  4.3.1平臺(tái)服務(wù)器：建議按照我方配置購(gòu)買，或者客戶自己租用阿里云資源。

硬件配置清單：（如申請(qǐng)阿里云可忽略）

4.3.2系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)硬件配置清單： 

注：以下配置為針對(duì)1個(gè)回路選型，其中剩余電流互感器應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回路電流大

4.4產(chǎn)品介紹

電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網(wǎng)絡(luò)上傳，單表流量說(shuō)明： 

上傳間隔分鐘，小于30M/月；

上傳間隔二分鐘，小于15M/月；

上傳間隔五分鐘，小于10M/月

5結(jié)語(yǔ)

本文利用阿里的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)智能消防產(chǎn)品的實(shí)時(shí)監(jiān)控。智能感知終端通過(guò)傳感器采集用戶環(huán)境的數(shù)據(jù)，通過(guò)NB-IOT通信模塊將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到阿里云平臺(tái)，

當(dāng)云平臺(tái)分析到這些采集到的數(shù)據(jù)異常時(shí)，向主控制器下發(fā)報(bào)警指令觸發(fā)報(bào)警，并向用戶發(fā)送報(bào)警信息或撥da報(bào)警電話，使得用戶能遠(yuǎn)程獲取異常報(bào)警情況，通過(guò)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控及時(shí)處理異常信息，從而降低災(zāi)害所帶來(lái)的損失。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉細(xì)鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧消防平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。