CN112565382B - 一种基于物联网技术的智能消防栓 - Google Patents

一种基于物联网技术的智能消防栓 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于物联网技术的智能消防栓，包括：监测模块，用于采集智能消防栓的监测数据，其中监测数据包括智能消防栓的设备状态监测数据以及火灾监测数据；处理模块，用于将获取的设备状态监测数据通过通信模块以物联网传输方式传输到本地管理终端；以及用于对采集的火灾监测数据进行分析处理，当火灾监测数据出现异常时控制报警模块发出报警信息；通信模块，用于将获取的设备状态监测数据以物联网传输方式传输到本地管理终端；报警模块，用于当处理模块分析到火灾监测数据存在异常时发出报警信息。本发明智能消防栓能够同时实现设备状态监测数据的统一本地化管理，同时也能够满足现场火灾检测的需求，能够适应大厦楼宇消防管控的智能化需求。

Description

一种基于物联网技术的智能消防栓
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是一种基于物联网技术的智能消防栓。
背景技术
目前，针对大厦楼宇等大型室内场所，通常会在指定的地方设置室内消防栓设备，以在火灾发生时进行灭火使用，而由于消防栓设备具有十分高的重要性，因此需要确保消防栓设备能够保持正常运作的状态。
现有技术中，针对消防栓设备的设备检测需要运维人员定期到各消防栓设备进行检测并记录设备状况；但是上述技术中，一方面需要投入大量的人力资源完成上述操作，另一方面管理人员无法对大厦楼宇内的整体消防栓设备的设备状态监测数据进行统一管理，不符合智能化消防管控的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种基于物联网技术的智能消防栓。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提出一种基于物联网技术的智能消防栓，包括：监测模块和处理模块；
监测模块，用于采集智能消防栓的监测数据，其中监测数据包括智能消防栓的设备状态监测数据以及火灾监测数据；
处理模块，用于将获取的设备状态监测数据通过通信模块以物联网传输方式传输到本地管理终端；以及用于对采集的火灾监测数据进行分析处理，当火灾监测数据出现异常时控制报警模块发出报警信息。
进一步，监测模块包括设备状态监测单元和火灾探测单元；其中
设备状态监测单元用于获取智能消防栓的设备状态监测数据；
火灾探测单元用于获取智能消防栓所在环境的火灾监测数据。
进一步，设备状态监测单元包括水压传感器、漏水传感器和图像传感器；其中
水压传感器用于监测智能消防栓的水压信息；
漏水传感器用于监测智能消防栓是否漏水；
图像传感器用于采集智能消防栓的图像信息；
火灾探测单元包括火灾传感器组，火灾传感器组包括烟雾传感器、温度传感器和空气湿度传感器，分别感知智能消防栓所在环境的烟雾数据、温度数据和空气湿度数据。
进一步，处理模块包括数据传输单元和数据处理单元；
数据传输单元用于将采集到的设备状态监测数据通过通信模块发送到本地管理终端；
数据处理单元用于对获取的烟雾数据、温度数据和空气湿度数据分别和设定的阈值指标进行比对，当烟雾数据、温度数据和空气湿度数据均超过对应的阈值指标时，即判断火灾发生并控制报警模块发出报警信息。
进一步，数据传输单元进一步包括：
对图像传感器采集到的智能消防栓的图像信息进行质量检测，当图像质量符合要求时，进一步将图像发送到本地管理终端。
进一步，处理模块将获取的设备状态监测数据通过通信模块以物联网传输方式传输到本地管理终端，包括：
处理模块接收下一级节点的邻域智能消防栓发出的连接建立请求，与该下一级节点建立通信连接关系；并从邻域智能消防栓中选择合适的智能消防栓作为上一级节点，与该上一级节点建立通信连接关系，并将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到上一级节点中，由上一级节点进一步发送到本地管理终端。
本发明的有益效果为：
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明公开的一种基于物联网技术的智能消防栓实施例的框架结构图。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1实施例所示一种基于物联网技术的智能消防栓，包括：监测模块、处理模块、通信模块和报警模块；
监测模块，用于采集智能消防栓的监测数据，其中监测数据包括智能消防栓的设备状态监测数据以及火灾监测数据；
处理模块，用于将获取的设备状态监测数据通过通信模块以物联网传输方式传输到本地管理终端；以及用于对采集的火灾监测数据进行分析处理，当火灾监测数据出现异常时控制报警模块发出报警信息；
通信模块，用于将获取的设备状态监测数据以物联网传输方式传输到本地管理终端；
报警模块，用于当处理模块分析到火灾监测数据存在异常时发出报警信息。
上述实施方式中，通过在智能消防栓中设置监测模块，能够实时对智能消防栓的设备状态监测数据以及消防栓所在环境的火灾监测数据进行实时采集，通过处理模块将获取的设备状态监测数据周期性通过物联网传输方式传输到设置在大厦楼宇中的本地管理终端，有助于管理人员对楼宇大厦中各智能消防栓的设备状态进行统一管理；同时采用物联网传输方式来完成数据传输，能够适应室内数据传输的环境，有效地提高数据传输的可靠性；同时处理模块还能够针对获取的火灾监测数据进行本地分析判断，当判断到现场出现火灾情况时，及时通过报警模块发出报警消息。上述智能消防栓能够同时实现设备状态监测数据的统一本地化管理，同时也能够满足现场火灾检测的需求，能够适应大厦楼宇消防管控的智能化需求。
进一步，监测模块包括设备状态监测单元和火灾探测单元；其中
设备状态监测单元用于获取智能消防栓的设备状态监测数据；
火灾探测单元用于获取智能消防栓所在环境的火灾监测数据。
进一步，设备状态监测单元包括水压传感器、漏水传感器和图像传感器；其中
水压传感器用于监测智能消防栓的水压信息；
漏水传感器用于监测智能消防栓是否漏水；
图像传感器用于采集智能消防栓的图像信息；
火灾探测单元包括火灾传感器组，火灾传感器组包括烟雾传感器、温度传感器和空气湿度传感器，分别感知智能消防栓所在环境的烟雾数据、温度数据和空气湿度数据。
进一步，处理模块包括数据传输单元和数据处理单元；
数据传输单元用于将采集到的设备状态监测数据通过通信模块发送到本地管理终端；
数据处理单元用于对获取的烟雾数据、温度数据和空气湿度数据分别和设定的阈值指标进行比对，当烟雾数据、温度数据和空气湿度数据均超过对应的阈值指标时，即判断火灾发生并控制报警模块发出报警信息。
针对智能消防栓的设备状态监测，通过设置水压传感器和漏水传感器对智能消防栓的状态进行监测，同时设置图像传感器对智能消防栓的图像信息进行记录，有助于直观地反映智能消防栓的设备状态。将上述获取的设备监测数据发送到本地管理终端进行统一管理，有助于本地管理终端/管理者进一步对获取的各智能消防栓设备状态监测数据进行统一存储和分析处理，当分析到智能消防栓存在异常时(如水压不足、出现漏水、根据图像判断消防栓出现物理损坏等)，及时安排运维人员对异常的智能消防栓进行运维和保养，一方面能够降低运维的人力成本，另一方面能够提高智能消防栓设备状态监测的智能化水平。
同时，在智能消防栓中设置火灾传感器组获取所在区域的烟雾数据、温度数据以及空气湿度数据等，通过设置在智能消防栓的数据处理单元进行火灾异常分析，当上述数据均超过设定的阈值指标时，即判断火灾发生，即控制报警模块发出报警信息；其中发出的报警信息可以是本地报警信息，也可以是发送到本地管理终端的报警信息。
进一步，数据传输单元进一步包括：
对图像传感器采集到的智能消防栓的图像信息进行质量检测，当图像质量符合要求时，进一步将图像发送到本地管理终端。
针对图像传感器采集的消防栓图像容易受到所在环境影响(如光照、噪声等)从而导致消防栓图像的清晰度较低，无法根据该图像准确获取智能消防栓的设备状态的技术问题。上述实施方式中提出了一种数据传输单元还进一步针对获取的图像数据进行质量检测的技术方案，针对获取的图像数据，当图像质量达标时，才将该图像数据发送到本地管理终端；当图像质量不达标时，则发出指令到图像传感器重新采集智能消防栓的图像信息。
进一步，数据传输单元对图像传感器采集到的智能消防栓的图像信息进行质量检测，包括：
将获取的智能消防栓图像从RGB颜色空间转换到Lab颜色空间，分别获取图像的亮度分量L、颜色分量a和颜色分量b；
针对获取的亮度分量L，根据各像素点的亮度分量值计算该图像的清晰度因子，其中采用的清晰度因子计算函数为：
Y＝ω1×(Lmean-Lw1)+ω2×(Lmax-Lmean-Lw2)+ω3×(L20％-L80％-Lw3)
式中，Y表示该智能消防栓图像的清晰度因子，Lmean表示亮度分量中各像素点的亮度分量值均值，Lmax表示亮度分量中各像素点的亮度分量值最大值，L20％和L80％分别表示将亮度分量中各像素点的亮度分量值从大到小进行排序，其中L80％表示该排序中排第前80％的亮度分量值的大小，L20％表示该排序中排第前20％的亮度分量值的大小，其中L20％＞L80％，Lw1表示设定的全局亮度判定阈值，Lw2表示设定的亮度对比度判定阈值，Lw3表示设定的全局亮度分布判定阈值，ω1、ω2、ω3分别表示设定的权重因子；
当获取智能消防栓图像的清晰度因子Y小于设定的阈值T时，则判断该智能消防栓图像不达标；否则，则判断该智能消防栓图像达标。
优选地，T＝0，
上述实施方式中，对获取的智能消防栓图像质量进行评价，针对设置在室内的智能消防栓，其获取的图像的最大影响因素是图像的亮度特征，因此上述实施方式中，基于获取的智能消防栓图像的亮度分量进行该图像的质量检测，提出了一种清晰度因子，能够准确反映图像的亮度情况，从而建立客观的判断条件准确判断图像的清晰度，能够有效地检测出亮度不达标的图像情况。将信息反馈到图像传感器，以使得图像传感器重新配合其上的照明设备重新获取智能消防栓图像。能够保证针对图像信息对智能消防栓设备状态进行监测的可靠性。
进一步，处理模块将获取的设备状态监测数据通过通信模块以物联网传输方式传输到本地管理终端，包括：
处理模块接收下一级节点的邻域智能消防栓发出的连接建立请求，与该下一级节点建立通信连接关系；并从邻域智能消防栓中选择合适的智能消防栓作为上一级节点，与该上一级节点建立通信连接关系，并将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到上一级节点中，由上一级节点进一步发送到本地管理终端。
结合下列实施方式，提出一种目标智能消防栓与邻域智能消防栓建立传输关系的技术方案。
进一步，监测模块还包括运行状态监测单元；
运行状态监测单元用于采集智能消防栓的运行状态数据，其中运行状态数据包括智能消防栓的定位信息以及剩余能量信息等；
处理模块在设定的时刻通过通信模块向其设定的最优传输半径范围内的邻域智能消防栓广播广播HELLO数据包并接收由邻域智能消防栓广播的HELLO数据包，其中HELLO数据包发出该HELLO数据包的智能消防栓的ID信息和该HELLO数据包的发出时间戳信息；处理模块根据接收到由邻域智能消防栓广播的HELLO数据包生成邻域设备列表，其中邻域设备列表包括各HELLO数据包对应的邻域智能消防栓ID信息以及收到该HELLO数据包的接收时间戳信息；
处理模块进一步根据生成的邻域设备列表计算自身的中继能力等级，其中采用的中继能力等级函数为：
式中，Y表示智能消防栓自身的中继能力等级，n表示邻域设备列表中邻域智能消防栓的数量，N表示设定的邻域智能消防栓数量阈值，f(n,N,δ)表示判断函数，其中当n＞N时，f(n，N，δ)＝1，否则f(n，N，δ)＝δ，其中δ∈[0.4，0.6]，d表示智能消防栓自身到本地管理终端之间的空间距离，β表示设定的距离阈值调节因子，E表示智能消防栓自身的当前能量，ΔE表示该智能消防栓直接发送单位数据到本地管理终端所消耗的能量，n(vm＜V1)表示该智能消防栓的邻域设备列表中HELLO数据包接收时间戳与该HELLO数据包发送时间戳之间的时间vm小于设定的第一时间阈值V1的邻域智能消防栓数量，n(vm＞V2)表示该智能消防栓的邻域设备列表中HELLO数据包接收时间戳与该HELLO数据包发送时间戳之间的时间差vm大于设定的第一时间阈值V2的邻域智能消防栓数量，Si表示该智能消防栓的数据传输速度评级，其中Si的大小与该智能消防栓广播单位数据到其邻域智能消防栓的速度相关，其中速度越快，Si的取值越大，其中Si∈[0.1]；
处理模块将计算获取的自身中继能力等级广播到邻域智能消防栓中，并接收由邻域智能消防栓广播的与邻域智能消防栓相应的中继能力等级；
当存在邻域设备列表中的邻域消防栓设备对应的中继能力等级大于自身的中继能力等级时，将中继能力等级最高的邻域智能消防栓作为自身的上一级节点，与该上一级节点建立通信连接关系；将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据(若有)，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到上一级节点中；
当不存在邻域设备列表中的邻域消防栓设备对应的中继能力等级大于自身的中继能力等级时，若自身接收到其他邻域消防栓设备发出的建立通信请求，且自身作为邻域消防栓的上一级节点时，则处理模块直接与本地管理终端建立通信连接，将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到本地管理终端；
当不存在邻域设备列表中的邻域消防栓设备对应的中继能力等级大于自身的中继能力等级时，若自身也没有成为其他邻域消防栓的上一级节点时，则将邻域设备列表中中继能力等级最高的邻域智能消防栓作为自身的上一级节点，与该上一级节点建立通信连接关系；将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据(若有)，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到上一级节点中。
其中，距离阈值调节因子β以使得各智能消防栓中距离本地管理终端空间距离最大的监测因子对应的dmax表示各智能消防栓中距离本地管理终端的空间距离最大值；
其中，当该智能消防栓广播单位数据到其邻域智能消防栓的数据传输速度si大于设定的阈值时sw，Si＝1，否则
上述实施方式中，提出了一种针对大厦楼宇中各智能消防栓自适应建立上下级节点通信连接关系的技术方案，该方案中，当到达设定的传输关系重新建立的时间时，智能消防栓将信息广播到其最优通信范围内的邻域智能消防栓，并接收由邻域智能消防栓广播的信息，根据接收到的邻域智能消防栓的信息生成邻域设备列表，并以此反映智能消防栓的通信情况；
智能消防栓的处理模块根据淋浴设备列表计算自身的中级能力等级，以此反映自身作为中继节点的能力情况，并提出一种改进的中继能力等级计算函数，该函数中分别以智能消防栓自身的运行状态情况(包括剩余能量，空间位置等)结合智能消防栓与其邻域智能消防栓的亲疏度情况(包括能够与邻域智能消防栓建立通信的数量、数据交互速度等)，从两个大的维度综合反映智能消防栓的能力情况，并真实反映智能消防栓作为中继节点的能力。
根据计算出的中继能力等级作为基础，智能消防栓进一步将自身的中继能力等级广播给邻域智能消防栓，并获取邻域智能消防栓的中继能力等级，同时根据自身的中继能力等级与其他邻域智能消防栓的中继能力等级进行比较，从而选择合适的上一级节点，或者自身成为中继节点，并与相关的上下级节点对应的智能消防栓建立通信连接，从而实现各智能消防栓基于物联网数据传输技术将获取的数据传输到本地管理终端，能够有效降低全局能耗，适用于大厦楼宇本地智能消防栓数据传输的需要。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种基于物联网技术的智能消防栓，其特征在于，包括：监测模块和处理模块；
监测模块，用于采集智能消防栓的监测数据，其中监测数据包括智能消防栓的设备状态监测数据以及火灾监测数据；
处理模块，用于将获取的设备状态监测数据通过通信模块以物联网传输方式传输到本地管理终端；以及用于对采集的火灾监测数据进行分析处理，当火灾监测数据出现异常时控制报警模块发出报警信息；
其中，所述处理模块将获取的设备状态监测数据通过所述通信模块以物联网传输方式传输到本地管理终端，包括：
处理模块接收下一级节点的邻域智能消防栓发出的连接建立请求，与该下一级节点建立通信连接关系；并从邻域智能消防栓中选择合适的智能消防栓作为上一级节点，与该上一级节点建立通信连接关系，并将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到上一级节点中，由上一级节点进一步发送到所述本地管理终端；
其中，监测模块还包括运行状态监测单元；
运行状态监测单元用于采集智能消防栓的运行状态数据，其中运行状态数据包括智能消防栓的定位信息以及剩余能量信息；
处理模块在设定的时刻通过通信模块向其设定的最优传输半径范围内的邻域智能消防栓广播广播HELLO数据包并接收由邻域智能消防栓广播的HELLO数据包，其中HELLO数据包发出该HELLO数据包的智能消防栓的ID信息和该HELLO数据包的发出时间戳信息；处理模块根据接收到由邻域智能消防栓广播的HELLO数据包生成邻域设备列表，其中邻域设备列表包括各HELLO数据包对应的邻域智能消防栓ID信息以及收到该HELLO数据包的接收时间戳信息；
处理模块进一步根据生成的邻域设备列表计算自身的中继能力等级，其中采用的中继能力等级函数为：
式中，表示智能消防栓自身的中继能力等级，/>表示邻域设备列表中邻域智能消防栓的数量，/>表示设定的邻域智能消防栓数量阈值，/>表示判断函数，其中当/>时，，否则/>，其中/>，/>表示智能消防栓自身到本地管理终端之间的空间距离，/>表示设定的距离阈值调节因子，/>表示智能消防栓自身的当前能量，/>表示该智能消防栓直接发送单位数据到本地管理终端所消耗的能量，/>表示该智能消防栓的邻域设备列表中HELLO数据包接收时间戳与该HELLO数据包发送时间戳之间的时间/>小于设定的第一时间阈值/>的邻域智能消防栓数量，/>表示该智能消防栓的邻域设备列表中HELLO数据包接收时间戳与该HELLO数据包发送时间戳之间的时间差/>大于设定的第一时间阈值/>的邻域智能消防栓数量，/>表示该智能消防栓的数据传输速度评级，其中/>的大小与该智能消防栓广播单位数据到其邻域智能消防栓的速度相关，其中速度越快，/>的取值越大，其中/>；
处理模块将计算获取的自身中继能力等级广播到邻域智能消防栓中，并接收由邻域智能消防栓广播的与邻域智能消防栓相应的中继能力等级；
当存在邻域设备列表中的邻域消防栓设备对应的中继能力等级大于自身的中继能力等级时，将中继能力等级最高的邻域智能消防栓作为自身的上一级节点，与该上一级节点建立通信连接关系；将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到上一级节点中；
当不存在邻域设备列表中的邻域消防栓设备对应的中继能力等级大于自身的中继能力等级时，若自身接收到其他邻域消防栓设备发出的建立通信请求，且自身作为邻域消防栓的上一级节点时，则处理模块直接与本地管理终端建立通信连接，将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到本地管理终端；
当不存在邻域设备列表中的邻域消防栓设备对应的中继能力等级大于自身的中继能力等级时，若自身也没有成为其他邻域消防栓的上一级节点时，则将邻域设备列表中中继能力等级最高的邻域智能消防栓作为自身的上一级节点，与该上一级节点建立通信连接关系；将接收到的由下一级节点发送的邻域智能消防栓的设备状态监测数据，连同其自身获取的设备状态监测数据一同发送到上一级节点中。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能消防栓，其特征在于，所述监测模块包括设备状态监测单元和火灾探测单元；其中
设备状态监测单元用于获取所述智能消防栓的设备状态监测数据；
火灾探测单元用于获取智能消防栓所在环境的火灾监测数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的智能消防栓，其特征在于，所述设备状态监测单元包括水压传感器、漏水传感器和图像传感器；其中
水压传感器用于监测所述智能消防栓的水压信息；
漏水传感器用于监测智能消防栓是否漏水；
图像传感器用于采集智能消防栓的图像信息；
所述火灾探测单元包括火灾传感器组，火灾传感器组包括烟雾传感器、温度传感器和空气湿度传感器，分别用于感知智能消防栓所在环境的烟雾数据、温度数据和空气湿度数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的智能消防栓，其特征在于，所述处理模块包括数据传输单元和数据处理单元；
数据传输单元用于将采集到的设备状态监测数据通过所述通信模块发送到所述本地管理终端；
数据处理单元用于对所述火灾探测单元获取的烟雾数据、温度数据和空气湿度数据分别和设定的阈值指标进行比对，当烟雾数据、温度数据和空气湿度数据均超过对应的阈值指标时，即判断火灾发生并控制所述报警模块发出报警信息。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的智能消防栓，其特征在于，所述数据传输单元进一步包括：
对所述图像传感器采集到的智能消防栓的图像信息进行质量检测，当图像质量符合要求时，进一步将图像发送到所述本地管理终端。
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