CN115086794B - 一种消防阀的网络化监测系统及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种消防阀的网络化监测系统及预警方法，内容包括消防阀的云平台在线监测系统，以及消防阀异常时的预警方法。其中云平台在线监测系统包括感应层、数据链路层、网络层、云平台和应用层。消防阀异常预警方法划分为检修模式下预警方法和非检修模式下预警方法，并采用LoRa模块和NB‑IoT模块结合的无线通信方式。消防阀的预警方法是通过压力传感器和声发射传感器监测的阀门状态信息，以及摄像头采集的图像来判定消防阀是否处于异常状态。消防阀监测系统采用两级网络的无线通信方式，使得技术人员能够快速排查消防阀监测系统的通信故障，有效保障消防阀监测系统通信的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及消防阀状态监测与预警领域，具体是涉及一种消防阀的网络化监测系统及预警方法。
背景技术
在住宅、办公、工业等场所，消防阀为保障人们生命财产安全发挥着重要的作用。随着传感技术、物联网技术和云平台技术的不断发展，建立一种智能化、网络化的消防阀监测系统变得不再遥不可及。
在设计智能化、网络化的消防阀监测系统的同时，必须考虑消防阀量多、分布较广，需定期检修排水，且包含水压、泄漏、杂物堆积、阀门破损、阀门锈蚀等较多待预警信息的特点。现有的消防栓预警、火灾预警等安防技术，或多或少存在一些不足，如对消防阀泄漏缺乏有效监测、未针对性考虑消防阀检修模式下带来的影响、无线通信模块存在传输距离短或信号不稳定等问题。
在无线通信技术中，基于信号穿透力、低功耗、远距离传输的考虑，可供选择的无线通信技术主要有远距离无线电技术LoRa（Long Range Radio）和窄带物联网NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）。其中LoRa技术虽然不需要支付网络费用，但采用非蜂窝通信，即需要通过网关才能将数据转发到因特网；NB-IoT基于蜂窝通信，数据虽然能直接转发至因特网，但需要定期支付网络费用。
发明内容
基于上述背景分析，本发明提出一种消防阀的网络化监测系统及预警方法，具体采用压力传感器、声发射传感器和摄像头作为采集模块。通过声发射传感器来监测消防阀内漏问题，通过摄像头采集消防阀图像来监测消防阀破损、外漏、杂物堆积，以及阀门表面的锈蚀情况。通过压力传感器检测消防阀水压变化情况，结合采集的消防阀图像，来对应监测消防阀水压异常、检修时阀门未打开排水和消防盗水时阀门异常打开的情况。将消防阀异常预警方法划分为检修模式下预警方法和非检修模式下预警方法，并采用LoRa模块和NB-IoT模块结合的无线通信方式。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种消防阀的网络化监测系统，它包括消防阀的云平台在线监测系统；所述云平台在线监测系统包括感应层、数据链路层、网络层、云平台和应用层；所述感应层与数据链路层之间通过LoRa无线通信模块相连；所述数据链路层与网络层之间通过NB-IoT无线通信模块相连；所述云平台与应用层相连；
云平台在线监测系统首先是云平台基于设定的周期采样策略，通过无线通信技术向消防阀监测网络节点发送数据采集指令；感应层中消防阀监测网络节点接收到消防阀状态信息采集指令后，进行相应的数据采集；采集的消防阀信息数据通过无线通信技术传输至数据链路层中的现场控制总机，现场控制总机将消防阀监测网络节点采集的数据进行打包；通过网络层将消防阀信息数据传输至云平台，云平台将消防阀信息数据进行分析、存储和管理；应用层则是云平台提供的云平台用户操作界面，用户可通过该界面查看消防阀运行状态信息，与此同时，用户可以通过云平台用户操作界面或现场控制总机来对消防阀监测系统进行消防阀的检修/非检修模式、阀门安全运行阈值范围的设定。
所述感应层包括传感器模块、电源模块、摄像模块、LoRa无线通信模块、报警模块、存储模块和控制模块；所述传感器模块包括压力传感器和声发射传感器，实现对消防阀状态信息进行采集；所述传感器模块与控制模块的信号输入端相连，所述摄像模块实现对消防阀图像信息进行采集，并与控制模块的信号输入端相连；所述控制模块的信号输出端与报警模块以及存储模块相连；所述电源模块同时给传感器模块、摄像模块和控制模块进行供电；所述LoRa无线通信模块与控制模块相连。
所述数据链路层包括电源模块、报警模块、显示模块、控制模块、存储模块、LoRa无线通信模块和NB-IoT无线通信模块；所述控制模块同时与LoRa无线通信模块和NB-IoT无线通信模块相连；所述数据链路层中的LoRa无线通信模块与感应层的LoRa无线通信模块构成主从式自组网结构，实现高速率数据传输的同时，完全避免了LoRa网关带来的成本压力；其中控制模块包括单片机和一些控制按钮，显示模块采用可视化界面用于显示消防阀的异常信息及异常消防阀位置。
每个所述LoRa无线通信模块在使用前通过PC端配置固定的ID，消防阀异常时，能够通过异常终端的ID和设备分布简图判定该消防阀监测网络节点所处的位置；现场控制总机的可视化界面和云平台的用户操作界面在显示消防阀有无异常、异常类型同时，会显示异常消防阀所处的位置。
所述网络层包括物联网基站及核心网，具体结构是利用NB-IoT无线通信模块将消防阀监测数据传输至NB-IoT基站，再通过NB-IoT基站将数据传输到核心网。
所述云平台包括CoAP服务器和相应的用户操作界面，通过CoAP服务器来解核心网上的消防阀状态数据信息，并进行指令的发送、采集数据的接收、分析、存储和管理；基于消防阀状态较为稳定的特点，在云平台中CoAP服务器参数设定中，选择周期性采集策略，减少消防阀监测网络节点的采集次数，进而减少数值相近的消防阀状态数据采集量。
所述应用层是云平台提供的云平台用户操作界面，用户能够通过云平台的账号和密码，借助有网PC端自由的进入该界面，设定阀门安全运行参数和查看消防阀运行状态信息，与此同时，云平台也会通过短信、邮件或微信公众号向用户发送消防阀异常报警信息；
所述云平台在储存大量消防阀状态数据的同时，能够通过大数据分析，得出消防阀使用过程中重要的损耗因素、消防阀状况变化趋势等相关参数，进一步实现消防阀的智能预警。
所述无线通信主要采用两级网络的模式，其中，一级网络为多个现场控制总机通过NB-IoT无线通信模块无线通信的方式，将采集的数据传输至云平台，采用NB-IoT无线通信模块通信时，其设备直接可以分配到IP地址，直接通过IP进行通信，而不需要智能网关；二级网络为多个消防阀监测网络节点通过LoRa无线通信模块主从式自组网的方式，将传感器采集的信息汇聚传输至现场控制总机。
采用消防阀的网络化监测系统对消防阀进行预警的方法，具体实现步骤如下：
步骤1：每个LoRa无线通信模块在使用前通过PC端配置ID和通信频率，使各个LoRa无线通信模块具备一个固定的ID；
步骤2：搭建云平台在线监测系统，给云平台在线监测系统通电，完成主从式LoRa无线通信模块自组网和NB-IoT无线通信模块的无线通信；
步骤3：登录云平台提供的云平台用户操作界面，设置周期采样策略，通过云平台操作界面或现场控制总机设置消防阀运行模式、压力信号和声发射信号频率的安全阈值范围；
步骤4：搭建好消防阀云平台在线监测系统后，云平台通过无线通信模块向感应层中消防阀监测网络节点发送消防阀状态采集指令；
步骤5：消防阀监测网络节点采集消防阀状态信息后，通过LoRa无线通信模块将采集的消防阀状态信息传输至现场控制总机；
步骤6：现场控制总机将多个消防阀监测网络节点的数据进行汇聚，通过NB-IoT无线通信模块传输至云平台；
步骤7：CoAP服务器对采集的电信号进行数据分析，在非检修模式下，当压力传感器测定值超出所设定的阈值范围，便会直接触发云平台的报警机制；
步骤8：在非检修模式下，CoAP服务器对采集的声发射信号进行放大、滤波和频谱分析，与设定的阈值范围对比来判定阀门是否存在内漏；若测得的频率处于所设定的阈值范围，则判定阀门内漏，触发报警模块；
步骤9：云平台对采集的信号进行数据分析，并通过无线通信模块将分析结果依次传输至现场控制总机和消防阀监测网络节点，现场控制总机的可视化界面可显示消防阀有无异常、异常类型同时，会显示异常消防阀所处的位置；
步骤10：云平台进行消防阀的状态参数信息存储和管理；
步骤11：通过消防阀云平台在线监测系统提供的消防阀状态信息、消防阀监测图像和预警提示，从而实现消防阀的远程监控和智能预警；
步骤12：云平台将采集数据和历史数据进行对比分析，通过大数据分析，得出消防阀使用过程中重要的损耗因素、消防阀状况变化趋势相关参数，进一步实现消防阀的智能监控和预警。
对于消防阀需定期检修和排水的特性，为避免消防阀检修排水时产生的误报警情况，将消防阀异常时的预警方法划分为检修模式下预警方法和非检修模式下预警方法；
在检修模式下，云平台的报警触发机制将处于“静默”状态，即不再通过无线通信技术向现场控制总机或消防阀监测网络节点发送消防阀异常信息；现场控制总机上“检修模式”按钮上的指示灯会亮起；云平台在此期间不再通过短信、邮件或微信公众号向用户发送消防阀异常报警信息；云平台用户操作界面上的“检修模式”按钮会变成灰色，然而，消防阀的云平台在线监测系统的其它模块仍会保持正常运行，以监测消防阀检修过程中出现意外敲击造成阀门泄漏、检修时阀门未打开排水、检修后阀门未关闭完全的消防阀异常情况；
在非检修模式下，当压力信号数值超出现场控制总机或云平台所设定的阈值范围范围，或经云平台分析后的声发射信号频率为泄漏频率时，会使得云平台触发报警机制；当云平台报警机制触发后，云平台将阀门异常信息通过无线通信技术上传到每一楼层或每一楼栋的现场控制总机和消防阀监测网络节点。
本发明提出的一种消防阀的网络化监测系统及预警方法，采用上述技术方案可以取得如下技术成果：
1、本消防阀监测系统采用技术较为成熟的声发射传感技术来监测消防阀内漏问题，能够实现消防阀内漏的有效监测。
2、采用主从式LoRa无线通信模块自组网结构，实现高速率数据传输的同时，完全避免了LoRa网关带来的成本压力；采用LoRa无线通信模块和NB-IoT无线通信模块结合的无线通信方式，与终端通信采用LoRa无线通信模块，与云平台通信采用NB-IoT无线通信模块，利用NB-IoT无线通信模块能够便捷地进行大范围通信的同时，采用LoRa无线通信模块能够降低经济成本，实现局部稳定通信。
3、无线通信主要采用两级网络的模式，其中一级网络为多个现场控制总机通过NB-IoT无线通信模块无线通信的方式，二级网络为多个消防阀监测网络节点通过LoRa无线通信模块主从式自组网的方式。两级网络的无线通信方式使得技术人员能够快速排查消防阀监测系统的通信故障，有效保障消防阀监测系统通信的稳定性和可靠性。
4、采用声发射传感器来监测消防阀内漏问题，通过摄像头采集消防阀图像来监测消防阀破损、外漏、杂物堆积，以及阀门表面的锈蚀情况。通过压力传感器检测消防法水压变化情况，结合采集的消防阀图像，来对应监测消防阀水压异常、检修时阀门未打开排水和消防盗水时阀门异常打开的情况。并将消防阀预警方法按检修和非检修模式进行划分，实现较为全面的消防阀运行状态的监测。
5、结合现有云服务技术，将采集的消防阀状态信息处理环节放置在云端，采用周期采集消防阀状态信息的策略，有效降低的消防阀监测网络节点的硬件损耗，提高了监测系统的稳定性和使用寿命。
6、云平台在储存大量消防阀状态数据的同时，可将采集数据和历史数据进行对比分析，通过大数据分析，得出消防阀使用过程中重要的损耗因素、消防阀状况变化趋势等相关参数，进一步实现消防阀的智能监控和预警。
7、与现有消防阀预警技术相比，本发明结合传感技术、物联网技术和云平台技术，通过搭建起消防阀的网络化监测系统，有效实现了各部门对于消防阀状态检测信息的互联互通，并针对性解决消防阀数量众多、须定期检测等问题，实现多方面监测和保障消防阀运行状态的同时，通过云平台来分析、存储、管理传感器和摄像头长期工作产生的海量数据，提高了消防阀异常时的预警能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1本发明整体系统图。
图2本发明云平台在线监测系统结构示意图。
图3本发明现场控制总机示意图。
图4本发明异常消防阀监测机制。
图5本发明消防阀监测系统流程图。
图6本发明消防阀监测系统预警方法。
具体实施方式
参见图1-6，一种消防阀的网络化监测系统及预警方法，它包括消防阀的云平台在线监测系统；所述云平台在线监测系统包括感应层、数据链路层、网络层、云平台和应用层；所述感应层与数据链路层之间通过LoRa无线通信模块相连；所述数据链路层与网络层之间通过NB-IoT无线通信模块相连；所述云平台与应用层相连；云平台在线监测系统首先是云平台基于设定的周期采样策略，通过无线通信技术向消防阀监测网络节点发送数据采集指令；感应层中消防阀监测网络节点接收到消防阀状态信息采集指令后，进行相应的数据采集；采集的消防阀信息数据通过无线通信技术传输至数据链路层中的现场控制总机，现场控制总机将消防阀监测网络节点采集的数据进行打包；通过网络层将消防阀信息数据传输至云平台，云平台将消防阀信息数据进行分析、存储和管理；应用层则是云平台提供的云平台用户操作界面，用户可通过该界面查看消防阀运行状态信息，与此同时，用户可以通过云平台用户操作界面或现场控制总机来对消防阀监测系统进行消防阀的检修/非检修模式、阀门安全运行阈值范围的设定。
参见图2，进一步的，所述感应层包括传感器模块、电源模块、摄像模块、LoRa无线通信模块、报警模块、存储模块和控制模块；所述传感器模块包括压力传感器和声发射传感器，实现对消防阀状态信息进行采集；所述传感器模块与控制模块的信号输入端相连，所述摄像模块实现对消防阀图像信息进行采集，并与控制模块的信号输入端相连；所述控制模块的信号输出端与报警模块以及存储模块相连；所述电源模块同时给传感器模块、摄像模块和控制模块进行供电；所述LoRa无线通信模块与控制模块相连。
优选的，参见图4，所述感应层为基于传感技术实现对消防阀状态信息采集和阀门异常预警，其信息采集设备主要包括压力传感器和声发射传感器和摄像头。具体运行过程中：采用压力传感器、声发射传感器和摄像头作为采集模块。通过声发射传感器来监测消防阀内漏问题，通过摄像头采集消防阀图像来监测消防阀破损、外漏、杂物堆积，以及阀门表面的锈蚀情况。通过压力传感器检测消防阀水压变化情况，结合采集的消防阀图像，来对应监测消防阀水压异常、检修时阀门未打开排水和消防盗水时阀门异常打开的情况。将消防阀异常预警方法划分为检修模式下预警方法和非检修模式下预警方法，并采用LoRa无线通信模块和NB-IoT无线通信模块结合的无线通信方式。
优选的，在设计消防阀状态监测系统的同时，有效的消防阀异常预警方法同样显得尤为重要。本发明提出的消防阀预警方法是通过压力传感器和声发射传感器监测的阀门状态信息，以及摄像头定期采集的图像来判定消防阀是否处于异常状态。
压力传感器安装在消防阀入水口的管道处，用于检测消防阀水压变化情况。其中压力传感器通过RS485总线与消防阀监测网络节点的控制模块相连，采集的电信号通过无线通信模块依次传输至现场控制总机和云平台。
阀门泄漏的主要形式分为内漏和外漏，内漏是介质通过阀门通径时，不被阀瓣、阀板等关闭阻塞，仍有介质向出口流动的现象，由阀体、阀体与阀盖密封面、阀杆或阀门其他部分的缺陷，导致介质泄漏至阀门外部的现象称为阀门外漏。
当阀门因密封性能不好而泄漏时，阀体内材质会从密封面的缝隙喷射而出形成紊流，此紊流对密封表面产生冲击而激发弹性波，即声发射信号，简称AE信号。大量实验数据分析和对比表明，阀门公称直径、阀门类型以及压强不会改变阀门泄漏声发射信号的频带，但压强和阀门类型会影响泄漏信号的幅值。
然而由于声发射检测面临不同的声发源，产生的波形形状、强度不一样等太多未知的影响因素，所以声发射检测一般不用于状况复杂的阀门外漏检测。对此，本发明通过摄像头采集的图像来直接监测消防阀外漏的情况，通过声发射传感器来监测消防阀内漏的情况。
声发射传感器的安装位置将对阀门泄漏检测强度造成影响，为更好地检测阀门内漏的情况，将声发射传感器固定在消防阀上。声发射传感器通过RS485总线与消防阀监测网络节点的控制模块相连，采集的电信号通过无线通信模块依次传输至现场控制总机和云平台。云平台中云服务器对采集的声发射信号进行周期采样分析，具体为依次对声发射信号进行放大、滤波和频谱分析。基于阀门内漏产生的声发射信号为超声波信号，其频率范围在31kHz~33kHz，对比频率可分析得出消防阀门泄漏监测结果，并通过无线通信模块可将监测分析结果传输至现场控制总机和云平台。
摄像模块包括消防阀图像采集的摄像头、环境亮度检测的光敏传感器，以及用于黑暗条件下的照明灯。其中摄像头安装在消防阀上方或与消防阀同高度的侧方，其布局方式遵循最大化、清晰采集阀门外观图像的原则。摄像模块内含光敏传感器，在夜间或光亮条件较差的情况下，摄像模块中的照明灯电路将自动接通。摄像模块通过将定期采集的消防阀图像传输至云平台，直接向用户呈现消防阀是否出现破损、外漏、杂物堆积，以及阀门表面的锈蚀情况。
优选的，压力传感器可采用隔膜式压力变送器，摄像头可采用带FIFO OV2640摄像头模块模组，其中带FIFO OV2640摄像头模块模组中的FIFO芯片可提供3M内存，摄像头最高分辨率为1622×1200，支持拍照时自动曝光功能。
优选的，控制模块可采用单片机STM32F407系列，该系列单片机集成了新的DSP和FPU指令，具有能够连接CMOS照相机传感器的8~14位并行照相机接口的同时，具备高性能的数据处理功能。
准备好上述主要设备后，按附图2连接上述设备。
进一步的，所述数据链路层包括电源模块、报警模块、显示模块、控制模块、存储模块、LoRa无线通信模块和NB-IoT无线通信模块；所述控制模块同时与LoRa无线通信模块和NB-IoT无线通信模块相连；所述数据链路层中的LoRa无线通信模块与感应层的LoRa无线通信模块构成主从式自组网结构，实现高速率数据传输的同时，完全避免了LoRa网关带来的成本压力；其中控制模块包括单片机和一些控制按钮，显示模块采用可视化界面用于显示消防阀的异常信息及异常消防阀位置。
进一步的，每个所述LoRa无线通信模块在使用前通过PC端配置固定的ID，消防阀异常时，能够通过异常终端的ID和设备分布简图判定该消防阀监测网络节点所处的位置；现场控制总机的可视化界面和云平台的用户操作界面在显示消防阀有无异常、异常类型同时，会显示异常消防阀所处的位置。
进一步的，所述网络层包括物联网基站及核心网，具体结构是利用NB-IoT无线通信模块将消防阀监测数据传输至NB-IoT基站，再通过NB-IoT基站将数据传输到核心网。
进一步的，所述云平台包括CoAP服务器和相应的用户操作界面，通过CoAP服务器来解核心网上的消防阀状态数据信息，并进行指令的发送、采集数据的接收、分析、存储和管理；基于消防阀状态较为稳定的特点，在云平台中CoAP服务器参数设定中，选择周期性采集策略，减少消防阀监测网络节点的采集次数，进而减少数值相近的消防阀状态数据采集量。
进一步的，所述应用层是云平台提供的云平台用户操作界面，用户能够通过云平台的账号和密码，借助有网PC端自由的进入该界面，设定阀门安全运行参数和查看消防阀运行状态信息，与此同时，云平台也会通过短信、邮件或微信公众号向用户发送消防阀异常报警信息；
进一步的，所述云平台在储存大量消防阀状态数据的同时，能够通过大数据分析，得出消防阀使用过程中重要的损耗因素、消防阀状况变化趋势等相关参数，进一步实现消防阀的智能预警。
进一步的，所述无线通信主要采用两级网络的模式，其中，一级网络为多个现场控制总机通过NB-IoT无线通信模块无线通信的方式，将采集的数据传输至云平台，采用NB-IoT无线通信模块通信时，其设备直接可以分配到IP地址，直接通过IP进行通信，而不需要智能网关；二级网络为多个消防阀监测网络节点通过LoRa无线通信模块主从式自组网的方式，将传感器采集的信息汇聚传输至现场控制总机。
异常消防阀监测机制如附图3所示，通过压力传感器检测消防法水压变化情况，结合采集的消防阀图像，来对应监测消防阀水压异常、检修时阀门未打开排水和消防盗水时阀门异常打开的情况。通过声发射传感器采集的声发射信号，来监测消防阀内漏问题。通过摄像头采集的消防阀图像，来监测消防阀是否出现破损、外漏、杂物堆积，以及阀门表面的锈蚀情况。
现场控制总机示意图如附图3所示。现场控制总机包含可视化界面、“开/关机”、“检修模式”、“报警解除”和一些其他的功能按键。其中“检修模式”按键的右上角有个红色状态指示灯，便于人们判定消防阀监测系统是否处于检修模式，若消防阀监测系统处于检修模式，则该红色指示灯亮起，反之，则为熄灭状态。现场控制总机的可视化界面在显示消防阀有无异常、异常类型同时，会显示异常消防阀所处的位置。
消防阀监测系统和预警方法实现的步骤如附图5所示。在将LoRa无线通信模块参数配置和监测系统搭建依次完成后，给消防阀监测系统通电，LoRa无线通信模块的实现主从式自组网。用户登录云平台提供的云平台用户操作界面，设置周期采样策略。通过云平台操作界面或现场控制总机设置消防阀运行模式、压力信号和声发射信号频率的安全阈值范围。云平台在线监测系统首先是云平台基于设定的周期采样策略，通过无线通信技术向消防阀监测网络节点发送数据采集指令采集的消防阀门状态信息通过无线通信技术从消防阀监测网络节点依次传输至现场控制总机和云平台，并在云端对采集的信号数据进行分析处理。
当压力信号数值超出现场控制总机或云平台所设定的阈值范围范围，或经云服务器采样、分析后的声发射信号频率为泄漏频率时，会使得云平台触发报警机制。当压力信号数值超出现场控制总机或云平台所设定的阈值范围范围，或经云服务器采样、分析后的声发射信号频率为泄漏频率时，会使得云平台触发报警机制。当云平台报警机制触发后，云平台通过NB-IoT无线通信模块和LoRa无线通信模块组网，依次将消防阀异常信息上传到每一楼层或每一楼栋的现场控制总机和消防阀监测网络节点。现场控制总机和消防阀监测网络节点接收到消防阀异常报警信息后，相应的报警模块将会通电，红色闪烁灯亮起的同时蜂鸣器会响起。每个LoRa无线通信模块都要在使用前通过PC端配置固定的ID，通过终端ID和设备分布简图可判断该消防阀监测网络节点所处的位置。在消除上述消防阀异常后，用户通过现场控制总机操作“解除报警”按钮可以完全使消防阀云平台在线监测系统的报警模块断路，否则“解除报警”按钮仅能使蜂鸣器断路，报警红色闪烁灯仍将处于通电状态。此外，用户可以通过云平台用户操作界面上的“解除报警”按钮，一键解除报警模块中蜂鸣器和红色闪烁灯报警提示，以便于进行消防阀监测系统的调试工作。
当压力信号数值未超出所设定的阈值范围，以及声发射信号的频率不为泄漏频率时，云平台将所采集的消防阀状态信息进行数据分析、存储和管理后，直接通过云平台提供的云平台用户操作界面，再将消防阀运行状态信息呈现给用户。
消防阀监测系统的预警方法如附图6所示。对于消防阀需定期检修和排水的特性，为避免消防阀检修排水时产生的误报警情况，将消防阀异常时的预警方法划分为检修模式下预警方法和非检修模式下预警方法。
在检修模式下，云平台的报警触发机制将处于“静默”状态，即不再通过无线通信技术向现场控制总机或消防阀监测网络节点发送消防阀异常信息；现场控制总机上“检修模式”按钮上的指示灯会亮起；云平台在此期间不再通过短信、邮件或微信公众号向用户发送消防阀异常报警信息；云平台用户操作界面上的“检修模式”按钮会变成灰色。然而，消防阀的云平台在线监测系统的其他模块仍会保持正常运行，以监测消防阀检修过程中出现意外敲击造成阀门泄漏、检修时阀门未打开排水、检修后阀门未关闭完全等消防阀异常的情况。
在非检修模式下，当压力信号数值超出现场控制总机或云平台所设定的阈值范围，或经云端分析后的声发射信号频率为泄漏频率时，会使得云平台触发报警机制。当云平台报警机制触发后，云平台通过NB-IoT无线通信模块和LoRa无线通信模块自组网，依次将消防阀异常信息上传到每一楼层或每一楼栋的现场控制总机和消防阀监测网络节点。现场控制总机和消防阀监测网络节点接收到消防阀异常报警信息后，相应的报警模块将会通电，红色闪烁灯亮起的同时蜂鸣器会响起。每个LoRa无线通信模块在使用前都通过PC端配置固定的ID，通过终端ID和设备分布简图可判断该异常消防阀监测网络节点所处的位置。在消除上述消防阀异常后，用户通过现场控制总机操作“解除报警”按钮可以完全使消防阀云平台在线监测系统的报警模块断路，否则“解除报警”按钮仅能使蜂鸣器断路，报警红色闪烁灯仍将处于通电状态。此外，用户可以通过云平台用户操作界面上的“解除报警”按钮，一键解除报警模块中蜂鸣器和红色闪烁灯报警提示，以便于进行消防阀监测系统的调试工作。
在非检修模式下，当压力信号数值未超出所设定的阈值范围，以及声发射信号的频率不为泄漏频率时，云平台将所采集的消防阀状态信息进行数据分析、存储和管理后，直接通过云平台提供的云平台用户操作界面，将消防阀运行状态信息呈现给用户。
实施例2：
采用消防阀的网络化监测系统对消防阀进行预警的方法，具体实现步骤如下：
步骤1：每个LoRa无线通信模块在使用前通过PC端配置ID和通信频率，使各个LoRa无线通信模块具备一个固定的ID；
步骤2：搭建云平台在线监测系统，给云平台在线监测系统通电，完成主从式LoRa无线通信模块自组网和NB-IoT无线通信模块的无线通信；
步骤3：登录云平台提供的云平台用户操作界面，设置周期采样策略，通过云平台操作界面或现场控制总机设置消防阀运行模式、压力信号和声发射信号频率的安全阈值范围；
步骤4：搭建好消防阀云平台在线监测系统后，云平台通过无线通信模块向感应层中消防阀监测网络节点发送消防阀状态采集指令；
步骤5：消防阀监测网络节点采集消防阀状态信息后，通过LoRa无线通信模块将采集的消防阀状态信息传输至现场控制总机；
步骤6：现场控制总机将多个消防阀监测网络节点的数据进行汇聚，通过NB-IoT无线通信模块传输至云平台；
步骤7：CoAP服务器对采集的电信号进行数据分析，在非检修模式下，当压力传感器测定值超出所设定的阈值范围，便会直接触发云平台的报警机制；
步骤8：在非检修模式下，CoAP服务器对采集的声发射信号进行放大、滤波和频谱分析，与设定的阈值范围对比来判定阀门是否存在内漏；若测得的频率处于所设定的阈值范围，则判定阀门内漏，触发报警模块；
步骤9：云平台对采集的信号进行数据分析，并通过无线通信模块将分析结果依次传输至现场控制总机和消防阀监测网络节点，现场控制总机的可视化界面可显示消防阀有无异常、异常类型同时，会显示异常消防阀所处的位置；
步骤10：云平台进行消防阀的状态参数信息存储和管理；
步骤11：通过消防阀云平台在线监测系统提供的消防阀状态信息、消防阀监测图像和预警提示，从而实现消防阀的远程监控和智能预警；
步骤12：云平台将采集数据和历史数据进行对比分析，通过大数据分析，得出消防阀使用过程中重要的损耗因素、消防阀状况变化趋势相关参数，进一步实现消防阀的智能监控和预警。
Claims (8)
1.一种消防阀的网络化监测系统，其特征在于：它包括消防阀的云平台在线监测系统；所述云平台在线监测系统包括感应层、数据链路层、网络层、云平台和应用层；所述感应层与数据链路层之间通过LoRa无线通信模块相连；所述数据链路层与网络层之间通过NB-IoT无线通信模块相连；所述云平台与应用层相连；
云平台在线监测系统首先是云平台基于设定的周期采样策略，通过无线通信技术向消防阀监测网络节点发送数据采集指令；感应层中消防阀监测网络节点接收到消防阀状态信息采集指令后，进行相应的数据采集；采集的消防阀信息数据通过无线通信技术传输至数据链路层中的现场控制总机，现场控制总机将消防阀监测网络节点采集的数据进行打包；通过网络层将消防阀信息数据传输至云平台，云平台将消防阀信息数据进行分析、存储和管理；应用层则是云平台提供的云平台用户操作界面，用户可通过该界面查看消防阀运行状态信息，与此同时，用户可以通过云平台用户操作界面或现场控制总机来对消防阀监测系统进行消防阀的检修/非检修模式、阀门安全运行阈值范围的设定；
所述网络化监测系统运行如下预警方法：
步骤1：每个LoRa无线通信模块在使用前通过PC端配置ID和通信频率，使各个LoRa无线通信模块具备一个固定的ID；
步骤2：搭建云平台在线监测系统，给云平台在线监测系统通电，完成主从式LoRa无线通信模块自组网和NB-IoT无线通信模块的无线通信；
步骤3：登录云平台提供的云平台用户操作界面，设置周期采样策略，通过云平台操作界面或现场控制总机设置消防阀运行模式、压力信号和声发射信号频率的安全阈值范围；
步骤4：搭建好消防阀云平台在线监测系统后，云平台通过无线通信模块向感应层中消防阀监测网络节点发送消防阀状态采集指令；
步骤5：消防阀监测网络节点采集消防阀状态信息后，通过LoRa无线通信模块将采集的消防阀状态信息传输至现场控制总机；
步骤6：现场控制总机将多个消防阀监测网络节点的数据进行汇聚，通过NB-IoT无线通信模块传输至云平台；
步骤7：CoAP服务器对采集的电信号进行数据分析，在非检修模式下，当压力传感器测定值超出所设定的阈值范围，便会直接触发云平台的报警机制；
步骤8：在非检修模式下，CoAP服务器对采集的声发射信号进行放大、滤波和频谱分析，与设定的阈值范围对比来判定阀门是否存在内漏；若测得的频率处于所设定的阈值范围，则判定阀门内漏，触发报警模块；
步骤9：云平台对采集的信号进行数据分析，并通过无线通信模块将分析结果依次传输至现场控制总机和消防阀监测网络节点，现场控制总机的可视化界面可显示消防阀有无异常、异常类型同时，会显示异常消防阀所处的位置；
步骤10：云平台进行消防阀的状态参数信息存储和管理；
步骤11：通过消防阀云平台在线监测系统提供的消防阀状态信息、消防阀监测图像和预警提示，从而实现消防阀的远程监控和智能预警；
步骤12：云平台将采集数据和历史数据进行对比分析，通过大数据分析，得出消防阀使用过程中重要的损耗因素、消防阀状况变化趋势相关参数，进一步实现消防阀的智能监控和预警；
对于消防阀需定期检修和排水的特性，为避免消防阀检修排水时产生的误报警情况，将消防阀异常时的预警方法划分为检修模式下预警方法和非检修模式下预警方法；
在检修模式下，云平台的报警触发机制将处于“静默”状态，即不再通过无线通信技术向现场控制总机或消防阀监测网络节点发送消防阀异常信息；现场控制总机上“检修模式”按钮上的指示灯会亮起；云平台在此期间不再通过短信、邮件或微信公众号向用户发送消防阀异常报警信息；云平台用户操作界面上的“检修模式”按钮会变成灰色，然而，消防阀的云平台在线监测系统的其它模块仍会保持正常运行，以监测消防阀检修过程中出现意外敲击造成阀门泄漏、检修时阀门未打开排水、检修后阀门未关闭完全的消防阀异常情况；
在非检修模式下，当压力信号数值超出现场控制总机或云平台所设定的阈值范围范围，或经云平台分析后的声发射信号频率为泄漏频率时，会使得云平台触发报警机制；当云平台报警机制触发后，云平台将阀门异常信息通过无线通信技术上传到每一楼层或每一楼栋的现场控制总机和消防阀监测网络节点。
2.根据权利要求1所述一种消防阀的网络化监测系统，其特征在于：所述感应层包括传感器模块、电源模块、摄像模块、LoRa无线通信模块、报警模块、存储模块和控制模块；所述传感器模块包括压力传感器和声发射传感器，实现对消防阀状态信息进行采集；所述传感器模块与控制模块的信号输入端相连，所述摄像模块实现对消防阀图像信息进行采集，并与控制模块的信号输入端相连；所述控制模块的信号输出端与报警模块以及存储模块相连；所述电源模块同时给传感器模块、摄像模块和控制模块进行供电；所述LoRa无线通信模块与控制模块相连。
3.根据权利要求1所述一种消防阀的网络化监测系统，其特征在于：所述数据链路层包括电源模块、报警模块、显示模块、控制模块、存储模块、LoRa无线通信模块和NB-IoT无线通信模块；所述控制模块同时与LoRa无线通信模块和NB-IoT无线通信模块相连；所述数据链路层中的LoRa无线通信模块与感应层的LoRa无线通信模块构成主从式自组网结构，实现高速率数据传输的同时，完全避免了LoRa网关带来的成本压力；其中控制模块包括单片机和一些控制按钮，显示模块采用可视化界面用于显示消防阀的异常信息及异常消防阀位置。
4.根据权利要求3所述一种消防阀的网络化监测系统，其特征在于：每个所述LoRa无线通信模块在使用前通过PC端配置固定的ID，消防阀异常时，能够通过异常终端的ID和设备分布简图判定该消防阀监测网络节点所处的位置；现场控制总机的可视化界面和云平台的用户操作界面在显示消防阀有无异常、异常类型同时，会显示异常消防阀所处的位置。
5.根据权利要求1所述一种消防阀的网络化监测系统，其特征在于：所述网络层包括物联网基站及核心网，具体结构是利用NB-IoT无线通信模块将消防阀监测数据传输至NB-IoT基站，再通过NB-IoT基站将数据传输到核心网。
6.根据权利要求1所述一种消防阀的网络化监测系统，其特征在于：所述云平台包括CoAP服务器和相应的用户操作界面，通过CoAP服务器来解核心网上的消防阀状态数据信息，并进行指令的发送、采集数据的接收、分析、存储和管理；基于消防阀状态较为稳定的特点，在云平台中CoAP服务器参数设定中，选择周期性采集策略，减少消防阀监测网络节点的采集次数，进而减少数值相近的消防阀状态数据采集量。
7.根据权利要求1所述一种消防阀的网络化监测系统，其特征在于：所述应用层是云平台提供的云平台用户操作界面，用户能够通过云平台的账号和密码，借助有网PC端自由的进入该界面，设定阀门安全运行参数和查看消防阀运行状态信息，与此同时，云平台也会通过短信、邮件或微信公众号向用户发送消防阀异常报警信息；
所述云平台在储存大量消防阀状态数据的同时，能够通过大数据分析，得出消防阀使用过程中重要的损耗因素、消防阀状况变化趋势等相关参数，进一步实现消防阀的智能预警。
8.根据权利要求1所述一种消防阀的网络化监测系统，其特征在于：所述无线通信主要采用两级网络的模式，其中，一级网络为多个现场控制总机通过NB-IoT无线通信模块无线通信的方式，将采集的数据传输至云平台，采用NB-IoT无线通信模块通信时，其设备直接可以分配到IP地址，直接通过IP进行通信，而不需要智能网关；二级网络为多个消防阀监测网络节点通过LoRa无线通信模块主从式自组网的方式，将传感器采集的信息汇聚传输至现场控制总机。
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