CN108416987A - 九小场所智慧消防物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种九小场所智慧消防物联网系统，包括：传感单元、采集控制单元、通信单元、数据解析单元、数据存储单元和报警单元；传感单元用于采集各类消防数据；采集控制单元用于根据采集任务向采集单元的设备端发送数据采集指令，并接收返回数据；数据解析单元用于转换采样数据，在采样数据超出预设阈值时向报警单元发送报警指令。通过本发明的技术方案，将多种功能模块集成为整体的物联网系统，彼此既可以独立运行，有具有互相协作功能，实现了基于物联网技术的消防报警、预警，可查询记录，信息反馈和信息分析能力强等智慧消防服务功能。

Description

九小场所智慧消防物联网系统

技术领域

本发明涉及消防装置技术领域，尤其涉及一种九小场所智慧消防物联网 系统。

背景技术

九小场所包括小学校或幼儿园、小医院、小商店、小餐饮场所、小旅馆、 小歌舞娱乐场所、小网吧、小美容洗浴场所、小生产加工企业，统称为九小 场所。这些地方往往具有建筑设计不规范、材料抗燃性差、可燃物多、火灾 蔓延快、取水困难、人员集中、疏散难度大、管理不到位、安全意识淡薄、 人员自防自救能力差等特点，所以存在大量安全隐患，而且人员密集，事故 发生往往是一刹那，容易造成重大人员伤亡。

早在2001年公安部启动金盾工程，为公安消防信息化建设提供了第一次 大的发展机遇。在2008年国家财政部批复《武警消防部队信息化建设项目总 体实施方案》为标志，消防信息化建设迎来了第二次跨越式发展的重大机遇， 以信息化带动消防工作的正规化和执法工作的规范化，突出完善应急救援指 挥体系和建立消防信息综合统计分析平台，研制开发了五大平台为支撑的消 防信息化应用体系。具备独立的故障告警和线路巡检功能，实现了GIS电子 地图、多方通话、GPS时钟同步、电子出车单、同步录音录时等功能。近年来，随着大数据、云计算、物联网和人工智能等信息新技术的发展，产业界 和政府部门提出了智慧城市的理念，于是智慧消防也在消防行业被提出。在 2015年公安部消防局沈阳消防所提出了智慧消防整体框架设计，并在2017年 初制定了国家消防信息化总体规划，接着在2017年10月10日发布了重要的 297号文，全面推进智慧消防建设。

但是，目前的消防监控系统远没有达到智慧消防的水平，基本上还是各 单位独立选购安装、独立工作，很容易导致火灾信息漏报、迟报甚至大量误 报，报警设备出现故障没有及时恢复开通，对设备的故障更是无法判断、预 测等。如图1所示，现有技术提出了一种多设备联动报警系统，通过传统传 感器报警联动现场网络摄像头，现场工业控制计算机智能分析网络摄像头采 集的现场视频，应用视频图像烟火检测算法分析视频火灾情况，并将分析结 果传输到客户端，同时在客户端标出灾情发生的区域位置，这样相关工作人 员能够根据探测器报警和联动的现场视频画面分析结果，快速做出决策，提 高调度人员处理火灾事故的能力和速度，很大程度上减少了火灾损失。

针对大规模建筑集群发生火灾可能造成的严重灾难问题，现有技术中存 在将消防物联网与互联网结合的方案，具体为，利用物联网技术对建筑物内 的消防设施，如红外传感器、烟雾传感器、楼层摄像头等，进行全时段全动 态监测监控内部情况，楼宇内每一层安装若干AP(AccessPoint)用来定位手机， 在发生火情时，通过区域消防互联网中心平台推送火情信息给该大型楼字内 部所有人员，通过手机APP指引人员按照推送楼宇内部通道立体地图有序疏 散逃生。同时，消防救援力量通过手持终端，能快速准确获知需要救援的人 员数量、位置及消防设施、设备的信息，为制定高效的救援方案提供科学数 据，有助于整体调度，及时实施对被困人员的救助，充分发挥现场消防设施 的效能，从而有效防止人员伤亡和财产损失。该系统包含消防信息采集、物 联网信息初步分析、互联网消防信息云计算、信息、推送与执行等环节，其 系统结构图如图2所示。该系统可以结合灭火机器人进行联动，对无法进入 火灾现场的情况具有一定优势。

针对九小场所，还有人提出了一种智慧消防方案，主要由航天追踪联网 监管平台、远程消防网关(接收无线感烟探测器和无线中继器发送的报警信 号)、无线消防中继器和终端探头构成。

早在2012年，美国标准技术研究院(NIST)发起了名为“智慧消防”(Smart FireFighting)的研究项目，开始了对智慧消防的研究。其目标是通过开展对 测量科学的研究，使建筑、设备、个人保护装备及机器人中的信息物理系统 (CPS)得以融合，达到提升态势感知、操作效能及消防员个人安全的目的。 研究包括三项任务：智慧建筑技术与机器人、智能消防员装备与机器人、智 能灭火仪器与设备。同时，消防人员的智能防护服项目也与智慧消防项目进 行融合，专门开发了应急灾害人员用及受伤人员用的可穿戴织物系统，包括：带有心率传感器、呼吸传感器和温度传感器的T恤，带有温度传感器、检测 活动的加速计，数据处理单元(个人电子盒子)，通讯用织物天线，柔性电池， 声、光警报的外套，带有气体传感器的靴子，等，大大提高了消防一线人员 的装备智能化水平。

根据上述介绍，无论国内还是国外情况，政府以及业界对智慧消防都非 常重视，提出了很多规范、理论、方案等，但对于九小场所的智慧消防问题， 普遍存在以下问题：

(1)有报警无预警。火灾报警以78摄氏度为阈值，一旦探测器超过这 个阈值进行报警，发送短信。而对火灾发生前的温度变化异常没有预警功能， 这可能导致救灾不及时而造成重大损失。

(2)有记录无追溯。以往系统只是对部分点位进行监控画面、视频的记 录，在发生问题后难于追溯责任。

(3)缺少充分调动人人防灾的主观能动性功能。

(4)缺少基于地图的附近水源功能。

(5)缺少专家分析功能。

(6)缺少信息反馈能力。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种九小场所智慧消防物联 网系统，通过对安装的环境温度、烟感、可燃气体等进行数据采集，在温度 急速上升、可燃气体超标或烟感触发时发出报警信号，提示现场人员紧急疏 散，监测到剩余电流过大时迅速断电，以防止漏电造成火灾，在就地做出处 置反应，同时以短信或其他通信形式通知相关负责人和处理单位，做好火灾 应急预案，将多种功能模块集成在一起，彼此既可以独立运行，有具有互相 协作功能，实现了基于物联网技术的智慧消防服务功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种九小场所智慧消防物联网系统，包 括：传感单元、采集控制单元、通信单元、数据解析单元、数据存储单元和 报警单元；所述传感单元用于采集消防区域的各类消防数据；所述采集控制 单元用于根据预设的采集任务向所述采集单元的设备端发送数据采集指令， 并将设备返回的数据发送到所述数据解析单元和所述数据存储单元；所述通 信单元用于各单元之间的数据通信；所述数据解析单元用于将设备返回的原 始数据按照数据解析规则转换为常规的采样数据，判断所述采样数据是否超 出预设的监控阈值，并在采样数据超出监控阈值时向所述报警单元发送报警 指令；所述数据存储单元用于存储所述原始数据和报警数据，所述报警单元 用于发出报警信号。

在上述技术方案中，优选地，所述采集控制单元包括任务扫描器、采集 指令发送器和数据分类存储器，所述任务扫描器用于扫描并及时添加或修改 采集任务，所述采集指令发送器用于根据所述采集任务对应的频率向所述采 集单元发送数据采集指令，所述数据分类存储器用于将所述采集单元采集到 的不同类数据分类型发送到所述数据存储单元。

在上述技术方案中，优选地，所述数据解析单元包括实时参数接口、实 时报警接口、历史数据接口和报表接口，所述实时参数接口用于与监控显示 器相连以显示实时数据，所述实时报警接口用于与所述监控显示器相连以显 示报警信息，所述历史数据接口用于调用存储的历史数据，所述报表接口用 于生成统计报表。

在上述技术方案中，优选地，所述传感单元包括漏电采集模块、温度传 感器、烟雾传感器、可燃气体传感器和音视频监控装置，所述漏电采集模块 用于监测电路中是否发生漏电，所述温度传感器用于监测空气温度，所述烟 雾传感器用于监测烟雾浓度，所述可燃气体传感器用于监测可燃气体浓度， 所述音视频监控装置用于采集音频和视频数据。

在上述技术方案中，优选地，所述采集控制单元还用于在发送异常或预 设时间内接收不到所述采集单元反馈的数据超过预设次数时向所述报警单元 发送报警指令。

在上述技术方案中，优选地，所述报警单元包括声光报警器和通信模块， 所述声光报警器在报警指令的触发下发出声光报警，所述通信模块用于在接 收到报警指令时通过通信单元向指定的移动通信设备发送信息提醒。

在上述技术方案中，优选地，所述采集任务包括采样频率、设备端IP、 端口参数和数据点参数。

在上述技术方案中，优选地，所述数据存储单元包括关系型数据库和非 关系型数据库，所述关系型数据库用于采样历史数据，所述非关系型数据库 用于采样实时数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过对安装的环境温度、烟感、 可燃气体等进行数据采集，在温度急速上升、可燃气体超标或烟感触发时发 出报警信号，提示现场人员紧急疏散，监测到剩余电流过大时迅速断电，以 防止漏电造成火灾，在就地做出处置反应，同时以短信或其他通信形式通知 相关负责人和处理单位，做好火灾应急预案，将多种功能模块集成在一起， 彼此既可以独立运行，有具有互相协作功能，实现了基于物联网技术的智慧 消防服务功能。

附图说明

图1为现有技术中传统消防监控系统的原理示意图；

图2为现有技术中基于互联网的消防监控系统的结构示意框图；

图3为本发明一种实施例公开的九小场所智慧消防物联网系统的组成示 意框图；

图4为本发明一种实施例公开的九小场所智慧消防物联网系统的结构示 意图；

图5为本发明一种实施例公开的九小场所智慧消防物联网系统的逻辑结 构示意图；

图6为本发明一种实施例公开的九小场所智慧消防物联网系统的软件系 统结构示意图；

图7为本发明一种实施例公开的多任务采集的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图3至图7所示，根据本发明提供的一种九小场所智慧消防物联网系 统，包括：传感单元1、采集控制单元2、通信单元3、数据解析单元4、数 据存储单元5和报警单元6；传感单元1用于采集消防区域的各类消防数据； 采集控制单元2用于根据预设的采集任务向采集单元的设备端发送数据采集 指令，并将设备返回的数据发送到数据解析单元4和数据存储单元5；通信单 元3用于各单元之间的数据通信；数据解析单元4用于将设备返回的原始数 据按照数据解析规则转换为常规的采样数据，判断采样数据是否超出预设的 监控阈值，并在采样数据超出监控阈值时向报警单元6发送报警指令；数据 存储单元5用于存储原始数据和报警数据，报警单元6用于发出报警信号。

具体地，本发明提出的智慧消防物联网系统由本地监控和远程服务两部 分组成。本地监控部分对安装的环境温度、烟雾浓度、可燃气体浓度、电气 参数和音视频进行数据采集，在温度急速上升、烟感触发或可燃气体超标时 做出相应处理，提示现场人员紧急疏散，监测到剩余电流过大时迅速断电， 以防止漏电造成火灾，在就地做出处置反应的同时，远程服务部分以短信形 式或其他通信形式通知相关负责人和处理单位，做好火灾应急预案。

在上述实施例中，优选地，采集控制单元2包括任务扫描器21、采集指 令发送器22和数据分类存储器23，任务扫描器21用于在用户手动添加、修 改任务时，扫描并及时添加或修改采集任务。采集指令发送器22用于根据采 集任务对应的频率向采集单元发送数据采集指令，并等待设备端返回数据， 将数据移交至数据解析单元4。数据分类存储器23用于将采集单元采集到的 不同类数据根据类型发送到数据存储单元5，实现各种类型、时间粒度、差值 计算存储、同比环比数据计算存储等指标类型的数据计算和存储。

数据采集通过采集器组件来按照指定的频率向设备发送采集指令，并获 取设备返回的原始数据。采集器为用于采集数据的各类硬件和软件的组合功 能型组件，采集器通过任务扫描器21获取当前用户所设置的采集任务的信息， 采集任务包括采集器要采集的设备端的IP、端口、采集指令等。采集器通过 状态自检的方式来监听当前采集任务是否正常，当前设备、网络等不可抗拒 的因素出现时，能及时上报处理，并能在故障恢复时，立即启动数据采集。 智慧消防物联网系统提供用户通过界面的方式新增、修改、启动、暂停当前采集器的任务执行状态。针对采集到的设备原始数据的解析，并通过设定的 数据监控阈值对比，对当前采集的设备所返回的数据进行监控，一旦出现告 警数据，立即上报。采集程序针对解析过后的设备数据，进行分析、处理、 存放；定时任务分为：分、时、天、月、年；针对采集的数据进行时间粒度 的分类存储。保留热点数据在内存数据，并存入历史数据。数据采集过程为： 首先向设备发送采集指令，接下来等待接收设备返回的应答数据。

优选地，在采集器配置完成以后，系统正常运转，数据发送并汇总至云 数据中心和监控中心，分别由不同应用软件子系统进行处理，实现灾害预警 和报警功能，以及灾情溯源和数据分析功能。采集站的运行参数可以从云端 下发，云端可以实时了解各个采集器的工作情况，可以远程控制采集器运行 的采集程序。其中，软件系统的PC终端功能系统主要包括：智能消防水源管 理系统(含附近水源)、消防电源智能监控系统、电气火灾智能监控系统、防排 烟智能监控系统、消防控制室智能监控系统、智能消防PGIS管理系统、可燃气体智能监测管理系统、移动APP智能消防交互子系统，等多个针对性功能 子系统，全方位解决九小场所的智慧消防问题。

在上述实施例中，优选地，数据解析单元4包括实时参数接口、实时报 警接口、历史数据接口和报表接口，实时参数接口用于与监控显示器相连以 显示实时数据，实时报警接口用于与监控显示器相连以显示报警信息，历史 数据接口用于调用存储的历史数据，报表接口用于生成统计报表。

在上述实施例中，优选地，传感单元1包括漏电采集模块、温度传感器、 烟雾传感器、可燃气体传感器和音视频监控装置，漏电采集模块用于监测电 路中是否发生漏电，温度传感器用于监测空气温度，烟雾传感器用于监测烟 雾浓度，可燃气体传感器用于监测可燃气体浓度，音视频监控装置用于采集 音频和视频数据。本系统为分布式结构，集中控制器轮询所连接的漏电采集 模块以及温度、烟雾传感器数据，取得的数据进入控制器内部寄存器。如果 在300ms内，控制器接收不到传感器的响应信息或响应信息错误，则认为本 次通信过程失败，如控制器查询信息超过报警寄存器的阈值(如室内温度过 高、烟雾浓度过高、可燃气体浓度超标等)，控制器给声光报警器一个触发信 号，并且主动发送异常信息到相关人员，并上报远程服务系统。

在上述实施例中，优选地，采集控制单元2还用于在发送异常或预设时 间内接收不到采集单元反馈的数据超过预设次数时向报警单元6发送报警指 令。

在上述实施例中，优选地，报警单元6包括声光报警器和通信模块，声 光报警器在报警指令的触发下发出声光报警，通信模块用于在接收到报警指 令时通过通信单元向指定的移动通信设备发送信息提醒。

在上述实施例中，优选地，采集任务包括采样频率、设备端IP、端口参 数和数据点参数。

在上述实施例中，优选地，数据存储单元5包括关系型数据库和非关系 型数据库，关系型数据库用于采样历史数据，非关系型数据库用于采样实时 数据。

本发明提出的九小场所智慧消防物联网系统，基于Netty开发的高性能， 以事件驱动的异步的非堵塞的IO框架，通过人机交互界面可以针对每一个采 集任务配置相关参数，灵活拆分采样任务以满足不同设备需要，支持的数据 链路包括TCPServer/TCPClient(RS485/RS232在转换后也可以处理)，在达到 触发条件后设备发送相关指令，发送异常或接收超时达到一定次数后报警提 示，若获取设备返回的原始数据满足校验后利用反射机制动态调用相关的解 析方法(已经支持的协议ModbusTCP/ModbusRTU/DLT97/DLT07)，解析完成 的数据根据配置关系对应到相应的数据采样点，采集任务挂起等待下次触发。 采集程序按照配置参数从云端拉取数据，包括采样频率、数据点相关参数、 反向控制指令等等，在网络异常无法更新上述参数，程序按照之前最后一次 更新参数继续运行，直到网络恢复，运行参数采样的历史数据以配置文件形 式存在于硬盘空间，在系统突然断电等异常情况保障数据不丢失，再次运行 后可以从硬盘自动加载，采样历史数据支持第三方关系型(MySQL/SQLServer) 数据库存储，采样实时数据支持第三方非关系型(MongoDB/Redis)数据库存 储，并且支持接口调用。物联网系统中，任务的灵活调度体现在可以根据物 理连接数量自动分配线程，并且统一管理，如果采集程序的硬件性能有限， 可以限定线程数量，从而降低系统资源的开销。该物联网系统兼容主流的 Modbus协议，但又不局限于此类协议，可以灵活配置发送的指令的数据报文， 相关解析方式，收发超时时间等等，并且在运行时可以通过云端远程更新当 前指令参数，不需要重启任务，直接按照最新配置运行。此外，对于标准协 议Modbus和DLT可以完全支持，如果有非标准协议接入，可以按照相应的 数据报文运算按byte运算得到相应数据，系统不但支持加、减、乘、除、开 方、乘方等基础运算，而且支持中值滤波等检测方法，并且引入JS引擎来辅 助使用人员二次计算采样数据。

此外，系统把数据分为变量型和增量型两种，变量型数据不仅在多级报 警对应相应处理，而且引入变化率报警概念，从多个维度量化采样参数，增 量型数据按照不同时间粒度自动结算和存储，并且便于外部接口调用。

以上所述为本发明的实施方式，根据本发明提出的九小场所智慧消防物 联网系统，通过对安装的环境温度、烟感、可燃气体等进行数据采集，在温 度急速上升、可燃气体超标或烟感触发时发出报警信号，提示现场人员紧急 疏散，监测到剩余电流过大时迅速断电，以防止漏电造成火灾，在就地做出 处置反应，同时以短信或其他通信形式通知相关负责人和处理单位，做好火 灾应急预案，将多种功能模块集成在一起，彼此既可以独立运行，有具有互 相协作功能，实现了基于物联网技术的智慧消防服务功能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。

Claims (8)

1.一种九小场所智慧消防物联网系统，其特征在于，包括：传感单元、采集控制单元、通信单元、数据解析单元、数据存储单元和报警单元；

所述传感单元用于采集消防区域的各类消防数据；

所述采集控制单元用于根据预设的采集任务向所述采集单元的设备端发送数据采集指令，并将设备返回的数据发送到所述数据解析单元和所述数据存储单元，所述通信单元用于各单元之间的数据通信；

所述数据解析单元用于将设备返回的原始数据按照数据解析规则转换为常规的采样数据，判断所述采样数据是否超出预设的监控阈值，并在采样数据超出监控阈值时向所述报警单元发送报警指令；

所述数据存储单元用于存储所述原始数据和报警数据，所述报警单元用于发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的九小场所智慧消防物联网系统，其特征在于，所述采集控制单元包括任务扫描器、采集指令发送器和数据分类存储器，所述任务扫描器用于扫描并及时添加或修改采集任务，所述采集指令发送器用于根据所述采集任务对应的频率向所述采集单元发送数据采集指令，所述数据分类存储器用于将所述采集单元采集到的不同类数据分类型发送到所述数据存储单元。

3.根据权利要求1所述的九小场所智慧消防物联网系统，其特征在于，所述数据解析单元包括实时参数接口、实时报警接口、历史数据接口和报表接口，所述实时参数接口用于与监控显示器相连以显示实时数据，所述实时报警接口用于与所述监控显示器相连以显示报警信息，所述历史数据接口用于调用存储的历史数据，所述报表接口用于生成统计报表。

4.根据权利要求1所述的九小场所智慧消防物联网系统，其特征在于，所述传感单元包括漏电采集模块、温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器和音视频监控装置，所述漏电采集模块用于监测电路中是否发生漏电，所述温度传感器用于监测空气温度，所述烟雾传感器用于监测烟雾浓度，所述可燃气体传感器用于监测可燃气体浓度，所述音视频监控装置用于采集音频和视频数据。

5.根据权利要求1所述的九小场所智慧消防物联网系统，其特征在于，所述采集控制单元还用于在发送异常或预设时间内接收不到所述采集单元反馈的数据超过预设次数时向所述报警单元发送报警指令。

6.根据权利要求1所述的九小场所智慧消防物联网系统，其特征在于，所述报警单元包括声光报警器和通信模块，所述声光报警器在报警指令的触发下发出声光报警，所述通信模块用于在接收到报警指令时通过通信单元向指定的移动通信设备发送信息提醒。

7.根据权利要求1或2所述的九小场所智慧消防物联网系统，其特征在于，所述采集任务包括采样频率、设备端IP、端口参数和数据点参数。

8.根据权利要求1所述的九小场所智慧消防物联网系统，其特征在于，所述数据存储单元包括关系型数据库和非关系型数据库，所述关系型数据库用于采样历史数据，所述非关系型数据库用于采样实时数据。