基于LPWAN网络智能消防预警系统的融合发展

崔铁良

摘要：本文简要介绍智能消防预警系统的发展和研究现状，突出基于LPWAN网络的智能消防预警系统的长距离、大范围覆盖、低成本和高度集中化管理等特点和优势，指出了LPWAN网络的智能消防预警系统的组成包括智能终端设备无线探测器（各种智能终端）、LPWAN基站系统、云平台和应用软件系统四个部分。最后介绍了智能消防预警系统的组网和建设。

关键词：LPWAN网络；智能消防报警系统；物联网；融合

一、引言

基于LPWAN网络的无线报警系统兼容传统消防需求和物联网智能设备的接入，可以实现对烟、水、电、火、视频、RFID等传感数据的采集。这种系统利用云计算和数据挖掘分析等技术，将不同的探测终端、信号模式和角色融合在一个信息平台上，提供智能一体化的作业链。这意味着系统可以在火灾初期监测到火灾信号，并通过多种信息传输方式及时通知消防安全责任人、管理人员和相关人员。这样可以及时采取扑救火灾的措施，并提醒人员进行安全疏散。

此外，该系统还可以结合设备的日常运行情况，为消防安全管理提供辅助决策服务。通过对大量数据的分析和挖掘，可以发现潜在的风险和问题，并提供相应的解决方案。综上所述，基于物联网和云计算的无线报警系统在消防安全领域的应用具有很大的潜力，并可以为消防安全管理提供更加智能化和高效率的服务。

二、基于LPWAN网络的智能消防预警系统

（一）低功耗广域物联网

LPWAN网络（Low Power Wide Area Network：低功耗广域网络）[2] 是由无线探测器（各种智能终端）、LoRa主机系统和系统终端等组成。该网络通过优化物联网的各种应用场景，对碎片化的信息数据进行科学处理。它采用模块化组成方式，按需接入包括无线探测器在内的各种智能化终端和各个应用管理模块，实现大面积的区域性低成本、低功耗全覆盖。

（二）基于LoRa技术的智能消防系统融合发展优势

LoRa无线智能消防预警系统包括多层次的各种智能化应用，可以通过不同的终端设备进行信息查询和管理操作。使用单位的消防安全责任人、消防安全管理人、工程维护部门能够根据系统设置的角色管理权限，在不同场景下随时随地适时获取并处理各种预警信息、风险提示和相关管理信息，有助于各个岗位的工作效率提升。基于LoRa技术的无线智能消防预警系统具有以下突出优点：

1.传输距离长，覆盖范围大

LoRa技术网关可以在5km以上范围内实现无障碍数据传输。在大规模数据交互的情况下，其容量大，成本、适用性、稳定性和可靠性优于其他无线传输技术。特别适合应用于学校、工业园区、城镇居民区等场景集中应用。

2.融合各种网络终端信息

系统可以有效解析各种智能终端设备信息数据，融合多媒体、物联网等多种信息通信技术，最大程度兼容地理信息技术和Internet等通信协议。通过容错、纠错机制避免单点故障、信息误报等情况的发生。采用文本记录、短信推送、电话推送、微信等各种通知手段，以及穿透性技术的应用，提高信息推送的效率、可靠性和准确性。

3.智能终端的全方位感知

系统实时采集传统报警系统控制柜和包括无线报警探测器在内的各种智能终端的运行信息，实现大范围的报警信息全方位感知。通过终端传感器和地理信息技术、AR技术的应用，建立对应关系，实现可视化准确报警。同时，系统还支持日常防火巡查和检查的智能化管理，并在发生火警时自动关联相关资源数据，为决策提供辅助信息。

4.优化省电模式算法

通过算法模型优化故障报警和自动巡检模式，在同样条件下，最大可能提升电池的使用寿命，确保无线报警探测器和其他智能终端的长时间可靠运行。当电池电压不足或智能终端发生其他数据错误时，相关故障信息数据会上传信息平台，并根据设定的角色推送给相关人员。一旦故障或错误消除，系统会自动恢复正常运行。

5.成本低、扩展性强

LoRa技術具有传输距离长、穿透性高的特点。结合省电模式的优化算法，系统在低成本施工和运行的基础上实现了模块化管理，增加了使用单位的选择余地，可以按需选择所需的应用功能模块和无线智能终端。系统的升级更新和数据融合也更加便捷。使用单位可以根据自身行业特点增加和调整消防安全管理、消防安全培训、宣传、风险提示等各种扩展功能。

6.集约化管理程度高

系统可以兼容不同厂家、传统报警和无线报警、监控视频信号、RFID等多种信息数据。它支持多种接入传输方式，轻松实现原有报警系统的升级。通过数据分析和容错处理，避免关键信息丢失和系统宕机等情况的发生。用户的不同角色可以根据设定的权限，通过平板、手机、电脑、多媒体等各种终端随时了解系统的工作状态，实现可视化管理。信息的传输及时性和可靠性大大提高。单位的消防安全责任制能够在一个信息平台上轻松实现各项消防安全管理工作，并且数据和各个落实环节都可追溯。

（三）智能消防预警系统的组成

消防预警管理系统通过智能无线探测设备，利用LPWAN智能基站系统和综合业务服务器，实现消防设备数据的实时上报、消防数据远程获取、消防设备的智能监管、GIS指导、定位以及消防知识推送等功能。智能消防预警系统建设内容包括智能终端设备无线探测器、各种智能终端、LPWAN基站系统、云平台和应用软件系统四个部分。

1.智能终端设备无线探测器和各种智能终端

智能终端设备实时采集火灾自动报警系统消防设施的工作状态、故障报警和火灾报警等信息，并将这些信息传输到数据中心。同时，通过安装简便、使用范围广、高稳定性等特点，通过安全智能消防物联网软件系统和平台实现在辖区监控中心的集中监管。

2.LPWAN基站系统

LoRa无线主机是连接前端设备与中心控制系统的中间通信部分。LoRa主机包括LoRa网关和网络服务器两个部分。其中，网关是建设低功耗广域网的关键节点设备，负责接入烟感、温感、水、电、监控等节点的报警信息，触发声光警报器并将火灾报警信息上传到平台。网络服务器则实现消防报警信息的集中化管理，对数据进行进一步处理，可由客户决定是上传到消防管理平台还是电话通知相应人员进行火灾处理。

3.云平台

NS（Network Server）网络服务器产品是设备和网络管理服务器，主要用于复核LoRaWAN设备管理、GateWay网管与配置、节点配置及OTA服务、与应用服务器数据交互、基于源数据选择最佳的下游路径、节点定位及数据广播、调度下行流量。与其他云服务提供商相比，它不仅实现了设备接入云及智能控制，还能够深入客户内部，为用户整合碎片数据，统一内部平台，帮助客户向智能化过渡。

4.应用软件系统

云计算利用互联网、WEB2.0、虚拟化技术、分布式计算、集群及存储技术等，满足不断扩展规模并增加复杂度的业务应用，提供分布式WEB服务支撑和数据存储应用的技术模式。物联网通过传感设备和物物通信模式，将物体通过接入网与互联网连接，形成巨大智能网络，实现对物体的智能识别、定位、跟踪、监控和管理。基于LoRa消防方案，云端主要用于智能处理，云计算数学模型与模糊容错数学分析的深度融合，能在短时间内处理和分析海量信息和数据。在万物相连的基础上，实现智能化管理和控制的目的。

同时，通过一系列终端应用软件，用户可以通过Web或PC客户端实现账户权限管理，并实时查看消防終端设备的状态情况，包括设备电量情况、故障管理、历史数据获取等。通过在线用户/设备、新增用户/设备、活跃用户/设备等关键指标数据，分析用户/设备总体趋势。对设备故障进行上报，对故障进行分类，并指派维修人员进行设备维修。当发生火灾时，能够实时报警，并触发119报警。

（四）智能消防预警系统的组网和建设

如图1所示，智能消防预警系统的组网可以看出，LoRa无线智能预警系统由无线感烟火灾探测器、无线感温火灾探测警报器、监控等各种智能终端设备以及无线主机（包括网关和服务器）组成。当某一部位发生火灾时，探测器将精确预警，并自动将数据上传到主机（LoRa网关+服务器）。主机将持续拨打报警电话或发送消息至火灾负责人的手机，通知相关人员采取应对措施。主机还可将数据报送给消防管理平台，方便消防进行出警。

三、结束语

综上所述，基于LPWAN网络的智能消防预警系统具有长距离、大范围覆盖、低成本和高度集中化管理等特点和优势。研究LPWAN网络智能消防预警系统的组成、各种智能终端设备（包括无线探测器、LPWAN基站系统、云平台和应用软件系统四个部分）以及智能消防预警系统的组网和融合发展是非常有意义的。可以预见，未来基于LPWAN网络的智能消防预警系统在安防领域会研究得更加深入。

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