基于NB-IoT技术的车用智能灭火设备系统设计与应用

李玉强 纪繁茂 徐捷

摘 要：汽车的普及在给生活带来便利的同时，也衍生了火灾安全隐患。目前车辆虽已配有灭火器，但由于无法及时获悉车辆状态并及时启动灭火，汽车自燃等事件仍时有发生，严重威胁人们的生命财产安全。因此，文中基于NB-IoT技术研发新型智能化灭火设备，结合智能管理系统、PC端、APP等组成车用灭火系统。与传统方式对比，所提系统可实现主动巡检、火灾预警和远程启动功能，提升灭火效率，提高车辆防火能力。

关键词：智能灭火;NB-IoT;数据传输;温度;烟雾;压力采集

中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）06-00-02

0 引 言

随着人们生活水平的提高和科学技术的不断发展，汽车保有量也逐年攀升。据中国汽车工业协数据显示：截至

2019年6月，全国汽车保有量达2.5亿辆，其中私家车的数量[1]达1.98亿辆。由于汽车属于密封空间，起火事件难以第一时间发现且蔓延迅速，车主很难直接运用已备的传统设备进行灭火，因此自燃、碰撞起火等事件时有发生。据统计，2007—2011年间，全国每年约发生1.1万～1.3万起汽车火灾[2]。

1 需求分析

1.1 汽车火灾特点

车辆空间属于密闭空间，构造复杂且汽车的构造材料中有油箱、燃油管、线束等多种可燃材料，燃烧后可能导致爆炸并产生大量有毒气体;另外，缺乏有效的预警手段，难以提前监测火灾风险，燃烧成势后才被发现。所以汽车火灾相对其他灾害，存在起因复杂、火势迅猛、损失大等特点[3-4]。

1.2 客戶需求分析

（1）车辆主管部门通过打造“物联网+智能灭火”综合信息管理平台，依托物联网技术实现车辆灭火设备监管，通过PC端和手机APP远程登录监控车辆防火设备状态。

（2）车主需求及时知晓车辆的温湿度数据。该数据发生较大变化时，及时采取相关措施进行干预，及时停止车辆运转并检车车辆状态，防止车辆发生火灾。同时，在车辆发生火灾前期，及时自动或手动启动灭火器，在火灾发生关键期进行灭火，降低生命财产损失。

2 系统设计

2.1 整体解决方案

车用智能灭火解决方案基于NB-IoT技术，目标车辆发动机所处环境的温度、烟雾、压力等数据，实时传回物联网开放平台进行相应数据分析，建立车辆火灾分析预判模型，为车主及主管单位提供智能化监管手段、有效决策依据。

2.2 联网技术选择

窄带物联网（NB-IoT）是一种全新的基于蜂窝物联网的窄带物联网技术，是3GPP组织定义的国际标准。其网络架构的设计与搭建与2G，3G，4G网络既有相似性，又有新的特征。车用智能灭火系统是基于传统车载灭火设备的智能化改造，即灭火箱体与传统灭火器一致，仅设备顶部的手动启动装置进行升级改造。NB-IoT技术以“广覆盖、低功耗、低成本、大连接”的技术特性，可更好地适应智能终端数量众多、功耗控制严格、小数据包通信、网络覆盖分散等特点，同样适用于车载灭火器的关键需求。

2.3 产品结构设计

车用智能灭火设备系统基于传统车载灭火器进行研发，将智能遥控灭火装置的灭火器顶部由原来的手动压把式，改成有控制端的遥控接收装置。该产品在功能上保证了原有灭火器的罐体及灭火材料的有效性。产品主要由温度、烟雾和压力等传感器、集成电路主板、微型计算机、灭火控制器、通信模组、天线、电池等构成。日常使用交流电运作，支持在交流电故障下启用备用电池。正向流程：采集数据、经过边缘计算后过滤有效信息并传输数据;逆向流程：被动激活设备、接受指令、启动灭火控制器并返回启动结果信息。

2.4 产品主要功能

（1）主动巡检功能。产品融合了NB-IoT通信技术，传感器采集及灭火控制等技术，根据实际场所需要对目标物体进行在线监测、报警等。监测的数据包含灭火器压力数据、周围烟雾浓度、温度数据、电池电量等。

（2）火灾预警功能。管理人员可以了解灭火器的相关关键数据，并根据温度数据建立预警机制：40 ℃预警、60 ℃严重预警、75 ℃自动灭火等多种预警和报警机制。预警包含多种方式：平台、手机APP、短信的及时提醒。

（3）远程启动功能。当达到预警值时，会发出预警和蜂鸣器提醒;当达到报警时，会自动触发灭火装置，立即现场灭火;在其他灭火手段失效的情况，可通过遥控器直接启动灭火装置。

3 系统应用效果

车用智能灭火设备数据采集终端采用IP65等级的密封工艺，保证适应车辆所处环境要求。运用NB-IoT技术低功耗特性，并优化灭火设备数据传输模型、减小数据传送量，降低终端用电功耗。经严格测试，试用期间智能灭火系统运行稳定，电池供电模式下预计供电时长为3年，产品在安徽六安警车等项目中的技术实用性得到确认。

借助改智能灭火系统，管理人员能及时获知灭火器状态及环境数据，有效提高车辆防火能力，降低生命财产风险隐患。

4 推广价值

将信息化技术与传统车载灭火器相结合，通过温湿度传感器、烟雾传感器、压力传感器等采集环境信息;采用NB-IoT技术，优化现有灭火系统中的通信技术，发挥其广覆盖低功耗特性，提高产品实用推广度;建设灭火设备数据分析及预判模型，为管理元提供有效管理手段，实时了解灭火设备状态及周围环境数据，及时采取相关措施，保障将火灾隐患消灭在第一时间。

5 结 语

物联网、大数据和云计算技术的快速发展和广泛应用，社会生产、城市管理和民众生活等方面发生了显著的变化。采用NB-IoT技术实现智能车载灭火设备管理，可以为提高车辆防火能力提供强有力的支撑手段。

本文剖析传统车辆防火的痛点，分析车辆防火需求，提出基于NB-IoT技术的智能灭火系统解决方案，给出解决方案中关键部件—智能车载灭火设备的结构及主要功能（温度采集、烟雾采集和压力采集）设计。从实际应用效果可看出，该解决方案的技术可行性、经济可行性得到了验证。

参考文献

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[2]李海江.机动车火灾统计与分析[J].中国公共安全（学术版），2013（4）：51-53.

[3]戴晓良，蔡志华，龙志军.汽车火灾发生机理与对策研究[J].汽车零部件，2010（10）：80-82.

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[8]安永东，张德生，刘发军.汽车改装技术与实例（第）[M].2版.

北京：化学工业出版社，2014.

[9]佚名.物联网系统架构[J].华东科技，2019（11）：78.

[10]黄雅妮.汽车电气火灾分析及防治策略研究[C]//自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集.重庆：出版者不详，2009：896-900.