基于物联网的分级报警与消防辅助系统

张昊琪 张海华 马晓菲 梁如鑫 杨牧青

摘 要：為提高火灾的预判能力，文章提出了一种基于物联网的分级报警与消防辅助系统，建立火灾检测系统，利用基于多无线传感器网络的火灾监控系统，确定火源位置，然后利用火灾消防系统，实现对各程度火灾的智能化消防，最后对火灾情况进行三维重塑，通过Dijkstra算法实现对人员和财产的救援。

关键词：物联网；分级警报；智能化消防

随着经济的高速发展，城市土地日益稀缺，建筑结构日趋复杂，而其中的电气设备等也越来越多，这大大提高了火灾的发生率，对于火灾报警以及消防系统有了更高要求[1]。

据统计，由于报警体系不完善，消防救援不当而造成的火灾发生比例占总火灾比例的31%以上[2]，造成巨大的生命财产安全损失。因此，必须建立完善的报警体系以及救援策略，才能够及时发现火情，快速响应，应用最精准高效的救援策略保障生命财产安全。

本系统的主要功能在于通过实时监测并进行火情等级评估，分级报警，情报传输。设计目的是为消防救援工作提供便利，为救援行动节省时间。依据采集到的相关数据对火灾等级进行评估，通过量级轻重选择不同的报警及处理方式。本系统可实时采集整栋建筑物内着火点、人流、安全通道等信息，通过三维建模和网络传输技术，在救援人员手持终端上以建筑物的3D模型体现，为救援人员提供准确、实时的情报和最佳救援路径。

1 基于物联网的分级报警与消防辅助系统

1.1 火情监测系统

人们在日常的生产生活中的行为不当就可能引发火灾的发生，往往会导致一定的人员伤亡和响应的财产损失。火灾的发生既具有随机性和突发性，同时又有一定的规律性。火灾通常伴随着温度、烟雾浓度、一氧化碳浓度、火焰强度等参数变化[3]，因此，集成温度传感器、烟雾浓度传感器等多传感器终端则成为火灾探测的主要形式。

基于此，本文提出一种基于多无线传感器网络的火灾监控系统，采用ZigBee无线传感器网络，并利用ARM嵌入式系统对火灾进行实时运算判决与定位[4]。以图1所示的环境阐述定位算法。火源置于地板上，节点1、2置于内壁，节点3置于天花板上，节点四置于Y-Z平面。利用烟雾扩散的模型，当烟雾扩散的速度为v0（m/s），节点i检测到的烟雾数据为pi时，节点i到火源的距离为ri=（p0-pi）。

1.2 智能消防系统

随着物联网技术的不断发展，妥当应用物联网技术，对火灾类别进行分类，对不同程度的火灾分级处理，才能达到智能化消防的目标[5-8]。智能消防系统如图2所示。

1.3 三维重塑情报系统

三维重塑情报系统，就是提前将建筑物3D模型录入移动设备中，将整栋建筑物按区域划分置于三相坐标系中，将各个区域整合为坐标信息，各个区域的传感器将相应的数据传输到移动设备中，在相应坐标点表示出对应信息[9-11]。三维重塑模拟图如图3所示。

Dijkstra算法的基本思想是将图中的节点分为两类：永久节点（P节点）和临时节点（T节点），P节点是那些已经找到了从起点到该点的最佳路径的节点，其余的节点为T节点。算法的核心过程是将符合条件的T节点变成P节点[12]。

通常实现此算法时，针对有N个节点的图，用一个二维数组W[N][N]来描述节点i到节点j的最佳路径权重。初始化时，如果存在节点i到节点j的有向边，则W（i，j）为该边的权重，否则，W（i，j）= +∞。在此定义如果有从节点i到节点j的有向边，称节点j为节点i的邻节点。Dijkstra算法流程如图4所示。

2 结语

本文针对目前报警体系不完善，消防救援不当的现状，提出了一种基于物联网的分级报警与消防辅助系统。利用基于多无线传感器网络的火灾监控系统能够实时检测到火灾源以及火灾形势，通过智能消防系统，对火灾程度进行分类，做出相应的处理，并将检测到的火灾情况传输到三维重塑情报系统，利用Dijkstra算法实施救援。

本文提出的基于物联网的分级报警与消防辅助系统，通过实时监测并进行火情等级评估，分级报警，情报传输，为消防救援工作提供便利，为救援行动节省时间。

[参考文献]

[1]夏中慧.高层民用建筑中电气设计要点解析[J].居舍，2018（5）：81.

[2]吴正飞.高层建筑电气火灾自动报警系统设计[J].电子技术与软件工程，2018（20）：97.

[3]李正周，缪鹏飞，刘勇，等.基于无线传感器网络的大型场所火情检测与定位算法[J].数据采集与处理，2014（6）：964-969.

[4]代文海.基于物联网技术的消防远程监控系统设计[J].居舍，2019（1）：161，191.

[5]陈小健，宋承继.基于能耗优化算法的移动无线传感器网络问题研究[J].工业仪表与自动化装置，2019（1）：123-126.

[6]彭敏，朱婷婷.基于无线传感器网络的小汽车信号预警系统设计与应用[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2019（2）：46-49.

[7]吴海峰.最短路径算法—Dijkstra及Floyd算法[J].中国新通信，2019（2）：32-33.

[8]贺长征，宋豫川，雷琦.柔性作业车间多自动导引小车和机器的集成调度[J].中国机械工程，2019（4）：1-10.

[9]SEAN T M，STEPHEN H，ANNA A S，et al.Fire behaviour of modern fa?ade materials –understanding the Grenfell Tower fire[J].Journal of Hazardous Materials，2019（8）：368.

[10]ANDR? R，NUNO L，PAULO V R.Ultimate shear strength of steel plate girders at normal and fire conditions[J].Thin-Walled Structures，2019（9）：37.

[11]POURNAGHSHBAND A，AFSHAN S，FOSTER A S J.Structural fire performance of axially and rotationally restrained stainless steel columns[J].Thin-Walled Structures，2019（12）：137.

[12]SARAH E D，HUGH D S.Ants，wind，and low litter deposition contribute to the maintenance of fire-protective clearings around Jeffrey pine（Pinus jeffreyi）[J].Forest Ecology and Management，2019（16）：438.