基于地理信息的消防安全智能传感终端系统

摘 要：面向消防灾害现场信息获取与灾害预警需求，本文在基于地理信息、物联网等多技术融合的基础上，设计低功耗消防智能传感终端、中间设备和整套管理应用系统软件，以解决城市消防建筑单位的监测网络化、智能化和远程化问题。

关键词：地理信息 智能传感 消防安全

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0030-02

物联网是继计算机、互联网和移动通信网之后，世界信息技术革命的第三次浪潮。物联网技术的出现，可使自动获取的信息日益增加，为了从信息洪流中筛选有效信息必须让信息空间可视化，这时可利用地理信息技术（遥感RS、全球卫星导航系统GNSS、地理信息系统GIS），通过空间位置的关联，将采集的感知数据进行空间显示、智能分析和管理。[1]

消防灾害事件具有突发性、紧急性和高度不确定性的特点，安全隐患越早被识别，处理就可以越及时，损失就越小。为了突破面向消防安全事件的监测薄弱环节，本文提出了基于地理信息的消防安全智能传感终端系统，结合地理信息技术、物联网技术，解决消防安全管理中的预先感知和感知信息定位显示问题，实现感知数据的快速获取、监测、预警；同时，通过GIS可视化技术手段，提供全面的消防安全决策信息，形成一个动态智能化的消防安全监测预警体系。本文将从采用的关键技术、系统功能设计等方面进行研究。

1 采用的关键技术

1.1 基于接收信号强度及其权重的综合定位算法

数据的可靠传输是数据收集的关键问题，其目的是保证数据从感知节点可靠地传输到汇聚节点。[2]基于接收信号强度的定位原理是依赖于空间距离对无线电信号的衰减特性分析归纳而来的定位算法，通常采用三边定位算法，但在应用中，由于无线电信号的实际衰减情况受建筑物、室内物品、人员等影响巨大，通用的衰减模型与实际情况有较大偏差且偏差缺乏一致性。本算法提出对接收信号强度值根据其信号来源和传输路径等赋予不同的权重，对不同权重的计算而得的定位结果进行综合拟合，从而提高室内定位的精度和实用性。

1.2 多源协调zigbee网络再生重建技术

协调器在zigbee网络中负责网络的发起、网络标号、维护和管理网络节点，存储网络节点信息，寻找一对节点的路由消息等，是zigbee网络的核心设备。按照协议要求和载波侦听-冲突避免机制，网络中只允许存在一个协调器，因此当协调器失效后，如何迅速侦测失效设备，迅速生成一个新的协调器并对网络进行组织再生，是zigbee网络可靠性的重要问题。本技术实现多个协调器的工作状态监测和实时动态候补，极大地提高了zigbee网络的鲁棒性。

2 系统功能设计

2.1 智能终端研发设计

消防安全智能传感终端，不仅在部署时就拥有明确的地理位置信息，而且能监测该位置的温度、湿度、烟雾浓度等，并能自动将数据以无线方式转送到监控后台，保证现场监控的实时性。终端的基本单元，由处理器模块、无线通信模块、传感器模块和电源管理模块组成（见图1）。

2.2 终端软件设计

基于通用性和便于开发的考虑，根据终端的工作流程进行设计。节点在不同的工作模式下的功耗差别非常大，需要将体眠、唤醒、工作等这些不同的工作模式有机的组合起来，保证最大限度地减少能耗（见图2）。

2.3 后台管理软件设计

消防安全监测预警系统，主要包括实时数据汇集、可视化显示、在线监控、查询统计、预警分析等功能模块。

2.3.1 实时数据汇集模块

系统可实时采集智能传终端传回的数据，包括实时的温度、压力等，并将数据传输、保存到数据库，系统用它来分析灾情和监测设备工作状态。

2.3.2 可视化显示模块

系统主要以电子地图为背景，通过GIS可视化技术手段，在电子地图上显示智能终端的定位信息。

2.3.3 在线监控模块

系统可以实现在线实时监控，通过显示各终端的温度、湿度、气压等情况，实现消防安全动态目标的实时监控，从而为现场环境要素进行分析及评估奠定基础。通过本模块，值班人员可以一目了然的看清当前监测点位的现场数据。

2.3.4 查询统计模块

系统可以按终端编号、时间、位置等查询条件，查询符合条件的监测信息。查询结果将以柱状图、曲线图、等值线面图等形式进行展现。

2.3.5 预警分析模块

预警分析主要是综合各种实时采集数据，根据事先确定的预警阈值，对现场监测数据进行预警分析。当传感器节点检测到异常情况，超过阈值时，将自动向软件发出报警信息。系统可以自动获得并存储监测设施参数、记录参数超限预警和报警信息、报警时自动屏幕弹出等。系统主要以电子地图为背景，通过GIS可视化技术手段，在发生预警时，终端图标闪烁，并以不同颜色显示。

2.3.6 预警管理模块

预警管理可对预警类型注册、预警条目注册等进行设置管理（见图3）。

3 结语

基于地理信息的消防安全智能传感终端系统的提出，这一发展方向代表了地理信息技术、物联网技术与消防安全结合的最新发展趋势，有助于改变消防安全监管的管理模式、提高预防机制的有效性，加强安全监管预防工作的深度、广度。

参考文献

[1] 张鸿恩，童丽闺.基于物联网/3S集成的天地一体智能感知系统[J].测绘与空间地理信息，2013，169（5）：114-115.

[2] 胡永利，孙艳丰，等，物联网信息感知与交互技术[J].计算机学报，2012，35（6）：1148-1163.endprint

摘 要：面向消防灾害现场信息获取与灾害预警需求，本文在基于地理信息、物联网等多技术融合的基础上，设计低功耗消防智能传感终端、中间设备和整套管理应用系统软件，以解决城市消防建筑单位的监测网络化、智能化和远程化问题。

关键词：地理信息 智能传感 消防安全

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0030-02

物联网是继计算机、互联网和移动通信网之后，世界信息技术革命的第三次浪潮。物联网技术的出现，可使自动获取的信息日益增加，为了从信息洪流中筛选有效信息必须让信息空间可视化，这时可利用地理信息技术（遥感RS、全球卫星导航系统GNSS、地理信息系统GIS），通过空间位置的关联，将采集的感知数据进行空间显示、智能分析和管理。[1]

消防灾害事件具有突发性、紧急性和高度不确定性的特点，安全隐患越早被识别，处理就可以越及时，损失就越小。为了突破面向消防安全事件的监测薄弱环节，本文提出了基于地理信息的消防安全智能传感终端系统，结合地理信息技术、物联网技术，解决消防安全管理中的预先感知和感知信息定位显示问题，实现感知数据的快速获取、监测、预警；同时，通过GIS可视化技术手段，提供全面的消防安全决策信息，形成一个动态智能化的消防安全监测预警体系。本文将从采用的关键技术、系统功能设计等方面进行研究。

1 采用的关键技术

1.1 基于接收信号强度及其权重的综合定位算法

数据的可靠传输是数据收集的关键问题，其目的是保证数据从感知节点可靠地传输到汇聚节点。[2]基于接收信号强度的定位原理是依赖于空间距离对无线电信号的衰减特性分析归纳而来的定位算法，通常采用三边定位算法，但在应用中，由于无线电信号的实际衰减情况受建筑物、室内物品、人员等影响巨大，通用的衰减模型与实际情况有较大偏差且偏差缺乏一致性。本算法提出对接收信号强度值根据其信号来源和传输路径等赋予不同的权重，对不同权重的计算而得的定位结果进行综合拟合，从而提高室内定位的精度和实用性。

1.2 多源协调zigbee网络再生重建技术

协调器在zigbee网络中负责网络的发起、网络标号、维护和管理网络节点，存储网络节点信息，寻找一对节点的路由消息等，是zigbee网络的核心设备。按照协议要求和载波侦听-冲突避免机制，网络中只允许存在一个协调器，因此当协调器失效后，如何迅速侦测失效设备，迅速生成一个新的协调器并对网络进行组织再生，是zigbee网络可靠性的重要问题。本技术实现多个协调器的工作状态监测和实时动态候补，极大地提高了zigbee网络的鲁棒性。

2 系统功能设计

2.1 智能终端研发设计

消防安全智能传感终端，不仅在部署时就拥有明确的地理位置信息，而且能监测该位置的温度、湿度、烟雾浓度等，并能自动将数据以无线方式转送到监控后台，保证现场监控的实时性。终端的基本单元，由处理器模块、无线通信模块、传感器模块和电源管理模块组成（见图1）。

2.2 终端软件设计

基于通用性和便于开发的考虑，根据终端的工作流程进行设计。节点在不同的工作模式下的功耗差别非常大，需要将体眠、唤醒、工作等这些不同的工作模式有机的组合起来，保证最大限度地减少能耗（见图2）。

2.3 后台管理软件设计

消防安全监测预警系统，主要包括实时数据汇集、可视化显示、在线监控、查询统计、预警分析等功能模块。

2.3.1 实时数据汇集模块

系统可实时采集智能传终端传回的数据，包括实时的温度、压力等，并将数据传输、保存到数据库，系统用它来分析灾情和监测设备工作状态。

2.3.2 可视化显示模块

系统主要以电子地图为背景，通过GIS可视化技术手段，在电子地图上显示智能终端的定位信息。

2.3.3 在线监控模块

系统可以实现在线实时监控，通过显示各终端的温度、湿度、气压等情况，实现消防安全动态目标的实时监控，从而为现场环境要素进行分析及评估奠定基础。通过本模块，值班人员可以一目了然的看清当前监测点位的现场数据。

2.3.4 查询统计模块

系统可以按终端编号、时间、位置等查询条件，查询符合条件的监测信息。查询结果将以柱状图、曲线图、等值线面图等形式进行展现。

2.3.5 预警分析模块

预警分析主要是综合各种实时采集数据，根据事先确定的预警阈值，对现场监测数据进行预警分析。当传感器节点检测到异常情况，超过阈值时，将自动向软件发出报警信息。系统可以自动获得并存储监测设施参数、记录参数超限预警和报警信息、报警时自动屏幕弹出等。系统主要以电子地图为背景，通过GIS可视化技术手段，在发生预警时，终端图标闪烁，并以不同颜色显示。

2.3.6 预警管理模块

预警管理可对预警类型注册、预警条目注册等进行设置管理（见图3）。

3 结语

基于地理信息的消防安全智能传感终端系统的提出，这一发展方向代表了地理信息技术、物联网技术与消防安全结合的最新发展趋势，有助于改变消防安全监管的管理模式、提高预防机制的有效性，加强安全监管预防工作的深度、广度。

参考文献

[1] 张鸿恩，童丽闺.基于物联网/3S集成的天地一体智能感知系统[J].测绘与空间地理信息，2013，169（5）：114-115.

[2] 胡永利，孙艳丰，等，物联网信息感知与交互技术[J].计算机学报，2012，35（6）：1148-1163.endprint

摘 要：面向消防灾害现场信息获取与灾害预警需求，本文在基于地理信息、物联网等多技术融合的基础上，设计低功耗消防智能传感终端、中间设备和整套管理应用系统软件，以解决城市消防建筑单位的监测网络化、智能化和远程化问题。

关键词：地理信息 智能传感 消防安全

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0030-02

物联网是继计算机、互联网和移动通信网之后，世界信息技术革命的第三次浪潮。物联网技术的出现，可使自动获取的信息日益增加，为了从信息洪流中筛选有效信息必须让信息空间可视化，这时可利用地理信息技术（遥感RS、全球卫星导航系统GNSS、地理信息系统GIS），通过空间位置的关联，将采集的感知数据进行空间显示、智能分析和管理。[1]

消防灾害事件具有突发性、紧急性和高度不确定性的特点，安全隐患越早被识别，处理就可以越及时，损失就越小。为了突破面向消防安全事件的监测薄弱环节，本文提出了基于地理信息的消防安全智能传感终端系统，结合地理信息技术、物联网技术，解决消防安全管理中的预先感知和感知信息定位显示问题，实现感知数据的快速获取、监测、预警；同时，通过GIS可视化技术手段，提供全面的消防安全决策信息，形成一个动态智能化的消防安全监测预警体系。本文将从采用的关键技术、系统功能设计等方面进行研究。

1 采用的关键技术

1.1 基于接收信号强度及其权重的综合定位算法

数据的可靠传输是数据收集的关键问题，其目的是保证数据从感知节点可靠地传输到汇聚节点。[2]基于接收信号强度的定位原理是依赖于空间距离对无线电信号的衰减特性分析归纳而来的定位算法，通常采用三边定位算法，但在应用中，由于无线电信号的实际衰减情况受建筑物、室内物品、人员等影响巨大，通用的衰减模型与实际情况有较大偏差且偏差缺乏一致性。本算法提出对接收信号强度值根据其信号来源和传输路径等赋予不同的权重，对不同权重的计算而得的定位结果进行综合拟合，从而提高室内定位的精度和实用性。

1.2 多源协调zigbee网络再生重建技术

协调器在zigbee网络中负责网络的发起、网络标号、维护和管理网络节点，存储网络节点信息，寻找一对节点的路由消息等，是zigbee网络的核心设备。按照协议要求和载波侦听-冲突避免机制，网络中只允许存在一个协调器，因此当协调器失效后，如何迅速侦测失效设备，迅速生成一个新的协调器并对网络进行组织再生，是zigbee网络可靠性的重要问题。本技术实现多个协调器的工作状态监测和实时动态候补，极大地提高了zigbee网络的鲁棒性。

2 系统功能设计

2.1 智能终端研发设计

消防安全智能传感终端，不仅在部署时就拥有明确的地理位置信息，而且能监测该位置的温度、湿度、烟雾浓度等，并能自动将数据以无线方式转送到监控后台，保证现场监控的实时性。终端的基本单元，由处理器模块、无线通信模块、传感器模块和电源管理模块组成（见图1）。

2.2 终端软件设计

基于通用性和便于开发的考虑，根据终端的工作流程进行设计。节点在不同的工作模式下的功耗差别非常大，需要将体眠、唤醒、工作等这些不同的工作模式有机的组合起来，保证最大限度地减少能耗（见图2）。

2.3 后台管理软件设计

消防安全监测预警系统，主要包括实时数据汇集、可视化显示、在线监控、查询统计、预警分析等功能模块。

2.3.1 实时数据汇集模块

系统可实时采集智能传终端传回的数据，包括实时的温度、压力等，并将数据传输、保存到数据库，系统用它来分析灾情和监测设备工作状态。

2.3.2 可视化显示模块

系统主要以电子地图为背景，通过GIS可视化技术手段，在电子地图上显示智能终端的定位信息。

2.3.3 在线监控模块

系统可以实现在线实时监控，通过显示各终端的温度、湿度、气压等情况，实现消防安全动态目标的实时监控，从而为现场环境要素进行分析及评估奠定基础。通过本模块，值班人员可以一目了然的看清当前监测点位的现场数据。

2.3.4 查询统计模块

系统可以按终端编号、时间、位置等查询条件，查询符合条件的监测信息。查询结果将以柱状图、曲线图、等值线面图等形式进行展现。

2.3.5 预警分析模块

预警分析主要是综合各种实时采集数据，根据事先确定的预警阈值，对现场监测数据进行预警分析。当传感器节点检测到异常情况，超过阈值时，将自动向软件发出报警信息。系统可以自动获得并存储监测设施参数、记录参数超限预警和报警信息、报警时自动屏幕弹出等。系统主要以电子地图为背景，通过GIS可视化技术手段，在发生预警时，终端图标闪烁，并以不同颜色显示。

2.3.6 预警管理模块

预警管理可对预警类型注册、预警条目注册等进行设置管理（见图3）。

3 结语

基于地理信息的消防安全智能传感终端系统的提出，这一发展方向代表了地理信息技术、物联网技术与消防安全结合的最新发展趋势，有助于改变消防安全监管的管理模式、提高预防机制的有效性，加强安全监管预防工作的深度、广度。

参考文献

[1] 张鸿恩，童丽闺.基于物联网/3S集成的天地一体智能感知系统[J].测绘与空间地理信息，2013，169（5）：114-115.

[2] 胡永利，孙艳丰，等，物联网信息感知与交互技术[J].计算机学报，2012，35（6）：1148-1163.endprint