物联网技术在智慧消防检查中的有效应用

王伟，曹卓媛

（杭州市消防救援支队，杭州 310000）

1 引言

当前城市建筑环境日益复杂，对消防安全提出了更高的要求，使建筑防火检查难度增加，通过物联网的应用可创建智慧消防系统，可自动识别危险源、实时监控消防设施、及时报警火灾等，为灭火指挥、火情防控、科学方案的制订等提供了必要保障，还可使经济损失降到最低。

2 物联网建筑安防系统架构

2.1 主控中心

采用mini2440实验板，CPU主频调节为400 MHz，接口分别为1个以太网接口、1个USB接口、1个SD卡接口、3个串行接口；内存为64M的SDRAM，32 bit数据总线，时钟频率为100 MHz。该系统主控中心的硬件结构如图1所示。

图1 主控中心结构图

2.2 烟雾传感器

采用型号为MQ-2的烟雾传感器，将其设置在消防检查节点位置。该设备采用SnO2，在清洁空气内电导率较低，当检测到运行环境内气体浓度增加时，气敏材料的电导率便会发生变化，设备阻值受被测气体浓度影响，将浓度信号变为电信号。在运行环境下，电阻值与烟雾浓度间的联系用灵敏度K表示，计算公式如下：

式中，K为灵敏度；R为电阻值；R0为传感器在正常环境下的阻值。因烟雾类型不同，K值有所区别，但均遵循以下规律：

式中，m为探测器的敏感性，在1/3～1/2取值；A为烟雾浓度；N为气敏材料温度。

2.3 现场报警电路

该电路包括继电器与警号两部分，设置在智能建筑安防消防探测系统内，当出现火灾情况时发出警示作用，使值班人员能够针对突发情况采取解决对策。该系统内的报警电路采用继电器驱动警号，在ZigBee终端节点P0-3与三极管相连，在火灾状态下输出低电平，此时三极管处于闭合状态，继电器驱动警号，实现现场报警，反之则警号不启动，电路连接如图2所示[1]。

图2 现场报警电路图

3 物联网在智慧消防检查中的应用措施

3.1 在防火检查业务中的应用

3.1.1 创建防火数据库

该数据库由传感矩阵、采集程序等构成，具有消防资源管理、信息监测、监督执法等功能，对建筑消防安全进行全面管控，包括楼道杂物堆积、电气系统运行、楼内温度变化、烟雾浓度等。当出现火灾时，楼内温度与烟雾浓度会逐渐提升，根据上述数据便可进行火灾自动预警，使信息更为准确，为火情评估提供充分的数据支持。针对采集的温度、烟雾、CO浓度等信息，纳入模糊神经网络之前进行预处理，因神经网络内输入的物理量间差异较大，且受环境因素的影响，需要将其归一化处理，数值量还会影响系统矫正时间，二者具有正比关系，如若未对数据进行归一化处理，大数据将会“吃掉”小数据，导致误差增加，经过归一化处理后纳入模糊神经系统内进行深入处理。将烟雾浓度、温度、CO浓度等信息作为检测对象，对火灾发生概率进行判断。第一步是对输入信号模糊化处理，根据隶属函数创建模糊规则模型；第二步是对采集信号进行训练，结合训练结果调整权值；第三步是按照模糊神经网络对火灾发生率进行判断，并将概率值输出，火灾信号处理过程如图3所示[2]。

图3 火灾信号处理流程

3.1.2 构建防火检查系统

通过现代化信息技术的应用，采集消防检查相关信息，使防火检查系统更加完善。例如，数据管理技术应用中，通过信息整合、统一处理，可借助虚拟化技术进行模拟演练，再利用Web数据挖掘技术进行信息预处理，使建筑内的消防安全等级得到精准客观的评估，使消防监督、防火检查等功能更具针对性，节约大量人力与物力成本投入，促进监督检查效率提升。将烟雾浓度、CO浓度、温度值作为传入信号，创建模糊神经网络模型，如图4所示[3]。

图4 模糊神经网络结构图

图中，S为烟雾浓度；T为温度值；C为一氧化碳浓度，将三者数值进行预处理后输出；W1～W4分别代表的是不同层次间的权值；X、Z、D分别代表模糊推理中的“小”“中”“大”，利用W1和W2将信号分成不同的等级，在利用W3选择相应的迷糊规则，最后用W4将规则归一化处理，将火灾发生概率输出，用N表示“无火灾”；用Y代表“引燃”；用M代表“明火”；P为最终状态。根据上图可知，首层中的S、T和C属于输入量，第二和三层为模糊化层，第四层为推理层，第五层为归一化层。为使建筑防火系统报警更加准确，在多种环境下仍可准确报警，可结合实际环境设置模糊规则与隶属函数，使火灾报警更加准确可靠。

3.2 在救援管理中的应用

一方面，创建建筑身份系统。对不同位置的建筑物进行身份确认，如结构、使用情况、改造程度等，利用物联网将采集的信息设置成电子标签（RFID）。在发生火情时，工作人员可利用终端设备了解建筑状态，便于及时为消防人员提供信息；一旦发生异常情况，芯片能够及时识别并做出初步判断，并向管理者发出警报。消防人员可及时了解建筑受灾情况，凭借楼内的温度传感器了解现场温度，便于有效开展救援工作。如若报警人员对信息不了解，则指挥人员便要先确认建筑信息，由此确定火灾位置，再实施救援。另一方面，完善消防安全责任平台。在智慧消防系统中增设安全责任平台，该平台的作用是对管辖范围内的消防部门、办公大楼、小区等进行等级划分，对于人员流动较多的区域，如写字楼、民用建筑等，需要确定建筑出入口数量、具体位置、楼层高度等，有助于在出现火情时消防车可以通过最短路径达到现场，开展高效的救援工作。上述区域相关责任主体也应协调配合，使防火监督更具针对性，引导从业者树立安全责任意识，全面掌握区域内人员信息，实施安全责任监督常态化管理。该系统中还设置了社会消防安全管理模块，使监管部门在防火工作中的作用得以充分发挥，各部门树立安全责任意识，负责好各自行业内的消防管理工作，再由统一的安全管理系统进行监督，将现代化信息技术充分应用到内部消防管理系统中，使网上查询、网上录入、监督与考评得到贯彻落实，从而节约更多的资源与成本，促进消防检查整体效率提升。

3.3 在消防设施管理中的应用

3.3.1 消火栓

建筑安全需要完善的消防设施来保障，消火栓作为重要的消防设施之一，对其定期检查和管理十分必要，可以保证其随时可用，降低火灾损失。因建筑防火等级不同，应采取分级质检标准，常规检查为期1～2 a，但因传统消防设施检查力度不强，管理技术落后，导致设施管理效率始终无法提升。在智慧建筑背景下，可将消火栓管理体系与物联网相连接，实时反馈运行状态，物联网可直接在消火栓中安装各类传感设备、智能芯片等，依靠RFID技术进行管理。智能芯片是在云计算的支持下，对消火栓的相关信息进行采集，并将其整理成标准格式后传递到当地消防中心，使消防单位能够随时掌握消火栓的准确信息，快速响应并解决。

3.3.2 火灾识别系统

物联网智慧消防系统安装了烟雾传感器、温度探头等，适用于不同的火灾识别报警设备中，将其与智能楼宇系统相连后，当火灾识别设备发现建筑内出现火情时，便会将火情预警信息经过物联网传输到楼宇系统中，再由楼宇系统发出警报，使楼内居民能够及时知晓险情，并有序撤离；还可将其与当地的消防中心相连，可在火灾发生的第一时间将信息传达到消防单位，使消防队伍能够快速到达火灾现场，组织开展灭火救灾工作；还可便于消防机构采集最新火情信息，迅速定位起火区域、易燃易爆物体位置等，发挥强大的灭火辅助作用，使灭火救援效率进一步提升。

3.3.3 消防供水系统

建筑火灾控制受水资源供给的影响较大，如若供水系统不完善，会增加灭火难度。将物联网与供水系统相连接，可对供水状态进行动态监控，实时掌握现场水源供应情况，如水流压力、流量等，消防中心可根据上述信息综合分析现场火情，预测灭火所需的水资源总量，必要时还可提前从周围区域抽调，确保火灾现场水源供应稳定持续，尽可能地减少火灾造成的财产损失。在供水系统中安装消防水源传感器，应与居民建筑间保持约2 m的距离。传感器可将水源位置、水量等重要信息实时传递，便于消防管理方案制定，提高防火与灭火效率。

4 结语

智慧消防在物联网的支持下已经普遍应用到建筑防火工作中，在防火检查、救援管理、消防设施管理等方面发挥着重要作用。在智慧安防系统中，通过温度、烟雾传感器、智能芯片等能够及时发觉楼内温度、烟雾浓度等异常情况，及时发起警报，促使值班人员及时予以解决，一旦出现火灾事故，报警电路便会立即启动，告知消防中心，消防人员根据物联网技术可快速定位火灾位置，并以最短路线到达现场，使火情尽快得到控制；还应加强消火栓、供水系统等管理，确保在发生火情时能够正常投入使用，最大限度减少人员伤亡与财产损失。