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案例詳情
淺析智慧消防云平臺的設計與應用
日期：2025-09-16 12:36
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摘要：本文提出了一種基于云平臺的新型智慧消防控制系統(tǒng)，在保障基礎消防控制系統(tǒng)綜合集成的同時基于云平臺實現對建筑物內人員的定位與數量統(tǒng)計，建立建筑物BIM模型基于zigbee技術為被困人員制定合理的疏散路線；節(jié)點工作情況、火災情況皆可以在移動端實時反饋，可以輔助消防員準確救援。大大提高了逃生與救援效率，避免火災產生更大的損失。
張娟
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】本文提出了一種基于云平臺的新型智慧消防控制系統(tǒng)，在保障基礎消防控制系統(tǒng)綜合集成的同時基于云平臺實現對建筑物內人員的定位與數量統(tǒng)計，建立建筑物BIM模型基于zigbee技術為被困人員制定合理的疏散路線；節(jié)點工作情況、火災情況皆可以在移動端實時反饋，可以輔助消防員準確救援。大大提高了逃生與救援效率，避免火災產生更大的損失。
【關鍵詞】智慧消防；云平臺；zigbee
1 概述
在“智慧物聯”“云計算”技術高速發(fā)展的今天，消防作為保證人身**的重要環(huán)節(jié)理應引起人們的重視。而目前大多數消防監(jiān)控方法仍為在消防控制室設工作人員 24 小時值班，這樣的模式在一定程度上執(zhí)行困難，并存在**隱患。同時現有的火災自動報警系統(tǒng)存在各個設施孤立運行的情況，不能做到互通信息、及時反饋、協(xié)調運行的要求，反而給消防系統(tǒng)的管理帶來了更多問題。該系統(tǒng)在將基礎消防控制系統(tǒng)靈活優(yōu)化整合的基礎上，還可以實現自動報警、監(jiān)控、定位救援、規(guī)劃逃生路線的功能，同時可在云端監(jiān)控，節(jié)省了人力資源的同時也大大提高了火災監(jiān)控的效率與精準輔助消防救援的能力。
2 系統(tǒng)設計
系統(tǒng)總體方案：
該系統(tǒng)由應用層、綜合顯示層與感知執(zhí)行層構成。感知執(zhí)行層連接溫度傳感器、感煙探測器等各種探測器組成各個子系統(tǒng)，判斷節(jié)點運行情況以實現基礎的消防監(jiān)控報警功能。感知執(zhí)行層可將信息發(fā)送給綜合顯示層顯示在綜合顯示器上并上傳至應用層。其中應用層由云平臺端與手機客戶端組成，云平臺端可以實現對建筑物 BIM 模型的建立與發(fā)生火災后計算、規(guī)劃路徑的功能；同時移動設備也可以接收云平臺發(fā)送的信息從而進行實時監(jiān)控，圖1。
圖1 系統(tǒng)結構框圖
在感知執(zhí)行層各個傳感器模塊發(fā)送存活數據包，然后周期性的上傳傳感器的數據至綜合顯示層，綜合顯示層的信息也可以與感知層交互，指定子控制器收到后，執(zhí)行相應的操作。TCP協(xié)議把數據上傳給ARM CORTEX A9服務器，服務器中的線程1通過TCP收發(fā)數據，線程 2對數據進行解析，線程3開辟共享內存，把數據實時放入共享內存中，線程4把數據存放在sqlite3數據庫中，同時運行BOA服務器，通過CGI程序對Web瀏覽器數據實現雙向通信，網頁Web瀏覽器上實現顯示數據與控制功能。在應用層：云服務器進行路徑規(guī)劃、BIM 三維建模與zigbee定位，用來實現火災逃生與救援功能同時也可與手機APP實時傳輸，同時，實現所有數據同步顯示。
消防監(jiān)控報警系統(tǒng)：基礎的火災報警監(jiān)控功能是重中之重，提供完善的基礎性保障是智慧消防的根基。本系統(tǒng)將消防監(jiān)控報警系統(tǒng)下分幾個子系統(tǒng)：（1）火災報警系統(tǒng)；（2）風控制系統(tǒng)；（3）防火門系統(tǒng)；（4）水控制系統(tǒng)。
3 綜合控制器設計
本系統(tǒng)選擇ARM CORTEX A9處理器，為了接收zigbee端的定位信息，在服務器ARM CORTEX A9的主進程中創(chuàng)建多個線程，每個線程單獨執(zhí)行相應功能。線程1創(chuàng)建TCP服務端，接受信息并可以反饋指令。線程2對接受的信息進行歸納處理并存儲。線程3創(chuàng)建共享內存，可以接受從網頁發(fā)來的信息。線程4首先對串口進行初始化，然后每隔80毫秒從串口接收 zigbee數據。線程5對zigbee 信息進行分析，計算出計算點的信息，執(zhí)行定位功能。結構功能如圖2所示。
圖2 綜合控制器設計框圖
4 BOA服務器與WE頁面設計
4.1 BOA服務器
本系統(tǒng)在ARM CORTEX A9上搭建BOA服務器，利用綜合顯示屏功能，對工作情況進行顯示。BOA是一種非常小巧的Web服務器，其可執(zhí)行代碼只有大約60KB左右。作為一種單任務Web服務器，BOA只能依次完成用戶的請求，而不會fork出新的進程來處理并發(fā)連接請求。但BOA支持CGI，能夠為CGI程序fork出一個進程來執(zhí)行。但經過對BOA源碼的分析可以看出，BOA 服務器將根據瀏覽器地址欄中輸入的文件路徑調用相應的CGI程序或靜態(tài)頁面顯示在瀏覽器中。這種方式使入侵者很容易找到源文件，隱蔽性和**性很差所以這里在對Boa源碼進行修改。在源代碼判斷是否CGI程序之前添加判斷：如果文件路徑(req→pathname)的后綴代表本系統(tǒng)指定的靜態(tài)頁面，則將其修改為實際CGI程序所在路徑，并更改is_cgi變量為“CGI”。經過這樣修改后，程序會調用CGI程序的處理函數init_cgi()，使原本的靜態(tài)請求變成動態(tài)的CGI請求。
4.2 BOA服務器頁面設計與功能
4.2.1 綜合定位功能
輸入網站地址可進入服務器首頁，系統(tǒng)可根據zigbee定位，實現上述對被困人員的定位，在綜合顯示屏頁面上顯示人員位置如圖3綜合顯示屏定位系統(tǒng)頁面所示，便于消防員進行救援。
圖 3 綜合顯示屏定位頁面
4.2.2 節(jié)點運行顯示功能
STM32傳感器與CAN總線設計：
本系統(tǒng)中子節(jié)點采用STM32f103，工作頻率可達72Mhz,在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHZ。系統(tǒng)上電后芯片先進行初始化，然后循環(huán)讀取傳感器數據進行數據處理，確定目標ID，封裝數據包，通過CAN總線發(fā)送。當火災發(fā)生時，火災報警控制子系統(tǒng)獲取報警信號，通過樹莓派發(fā)送信息，控制各個系統(tǒng)動作。在本系統(tǒng)中各個系統(tǒng)獨立運行，可以保證穩(wěn)定運行。系統(tǒng)上電后，CAN總線進行初始化，配置過濾器初始化CAN總線與數據包；隨后根據狀態(tài)判斷是否發(fā)送總線函數還是中斷（CAN總線可以通過兩個計數器：發(fā)送錯誤計數器TEC和接收錯誤計數器REC判斷處在是在主動錯誤狀態(tài)還是被動錯誤狀態(tài)。）如圖4所示為綜合顯示屏監(jiān)控數據頁面。
圖4 運行監(jiān)控數據
4.3 Web 路徑規(guī)劃頁面
本系統(tǒng)選擇Apache作為Web服務器，Apache開放源代碼，支持跨平臺并且易與手機 APP 互聯。安裝Apache用到4個文件：httpd、apr、apr-util、pcre-8.40。這樣可以提高并發(fā)進程的處理速度與數量。在路徑規(guī)劃系統(tǒng)頁面的人員位置處輸入著火點位置，該系統(tǒng)即可規(guī)劃逃生路線。逃生路線如圖5所示。
圖5逃生路徑規(guī)劃頁面
5 安科瑞智慧消防平臺介紹
5.1平臺結構
5.2平臺主要功能介紹
5.2.1首頁
用戶登錄成功之后進入首頁，如圖所示。主要展示的內容有：項目概況、設備狀態(tài)、設備分類、設備報警信息、報警分類、報警統(tǒng)計、設備臺賬信息等。其中百度地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。
5.2.2消防子系統(tǒng)
智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、消防設備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)、消防設備管理子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等。智慧用電子系統(tǒng)可以接入電氣火災、孤航電弧、電氣火災主機、滅弧式保護器探測器和無線測溫探測器等。點擊智慧用電子系統(tǒng)進入智慧用電監(jiān)控頁面，點擊菜單顯示整個項目的基礎信息和該項目下的所有探測器的信息，點擊末級節(jié)點顯示具體探測器的監(jiān)控頁面。
消防水子系統(tǒng)可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實時的監(jiān)控消防水管網的壓力、液位、是否漏水，以及開蓋等事件，當消防水壓不夠，管網漏水時，系統(tǒng)也能實時地發(fā)出警報，能讓相關人員及時維修維護，保障消防**。
防排煙子系統(tǒng)通過高靈敏的無線煙感報警裝置，實現對煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數據采集，實時秒級檢測煙霧，一且發(fā)現監(jiān)測數劇超過風險閾值，APP、短信報警、電話報警統(tǒng)統(tǒng)上陣，通過設備的標簽、地理位置定位，快速通知業(yè)主、物業(yè)消防單位是哪個位置的火災隱情。
消防設備電源子系統(tǒng)實時監(jiān)控消防系統(tǒng)各個部件（如消防報警主機、樓層顯示器、水泵、噴淋泵、電梯等）的電源工作狀態(tài)，確保消防設備供電正常，并對各個部件電源產生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障報警提示?？砷L期記錄電壓電流運行參數，自動對消防電源一段時間的運行狀態(tài)進行分析，對可能產出問題的隱患進行警示。
防火門子系統(tǒng)通過與門禁報警、視頻識別的關聯，實時監(jiān)控消防通道、**出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實現緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、不上鎖狀態(tài)及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障**的生活、工作環(huán)境。
應急照明與疏散指示子系統(tǒng)可實現對各個應急燈具的實時監(jiān)控和控制，當發(fā)生火災時，可準確的給出**的疏散路徑指示，智能打開消防應急指示燈的指示方向及應急照明燈，幫助建筑內的人群選擇逃生疏散路線，指引**逃生方向。
視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數據部門收到感應端各子系統(tǒng)報警信息后，可調出報警位置關聯的監(jiān)控攝像頭圖像，查看報警現場視頻輔助進行火情確認。實現火災報警子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、電氣火災子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防設備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有機結合，實現了報警點和監(jiān)控點的聯動。
消防設備管理子系統(tǒng)能夠將每個建筑、項目節(jié)點的所有消防設備和資產納入管理，對一些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標注，日常的巡檢和維護都需要納入計劃，在緊急情況下，會聯動GIS調度子系統(tǒng)進行調度。
5.2.3隱患管理
隱患管理功能包括了隱患查詢、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個模塊?？梢圆榭吹卿浻脩粝碌乃许椖康碾[患信息，并進行派發(fā)和處理操作，且對所有隱患進行統(tǒng)計分析。
5.2.4能耗分析
能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比、能耗環(huán)比、能耗報表和能耗預測等五個模塊?？梢圆榭吹卿浻脩粝碌乃许椖康哪芎慕y(tǒng)計、同環(huán)比和報表，且按日、周、月等維度進行能耗預測分析。
5.2.5手機APP
APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶查看電氣火災、防排煙、消防水、消防設備電源、防火門、消防設備管理、視頻監(jiān)控、火災報警等子系統(tǒng)的實時監(jiān)控數據、報警信息、能耗統(tǒng)計等。
5.3推薦配置
5.3.1平臺服務器：建議按照我方推薦配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。
推薦硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）
5.3.2系統(tǒng)現場推薦硬件配置清單：
注：以下配置為針對1個回路選型，其中剩余電流互感器應根據現場回路電流大
5.4產品介紹
電氣火災監(jiān)控探測器
ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網絡上傳，單表流量說明：
上傳間隔一分鐘，小于30M/月；
上傳間隔二分鐘，小于15M/月；
上傳間隔五分鐘，小于10M/月.
6 結論
隨著互聯網的發(fā)展，智慧消防也應登上消防系統(tǒng)發(fā)展的舞臺，本系統(tǒng)對建筑物建立整體 BIM 模型，并將每層劃分為普通區(qū)域與逃生區(qū)域，根據云平臺上傳的消防數據并基于 Zigbee可實現對被困人員的定位并根據反饋的“著火點”避開火情嚴重區(qū)域，從逃生區(qū)域規(guī)劃不同的逃生路線，并將逃生路線由云平臺直接發(fā)送至手機移動端。由此可見，本系統(tǒng)不僅可以幫助人員逃生，還可以統(tǒng)計建筑物內的人員數量信息，使輔助救援更加有效準確。在移動端實
時監(jiān)控、及時反饋建筑物運行情況可以將火災危險降到很低，提高消防人員的工作效率，保證人們的人身與財產**。
參考文獻
[1].張吉躍,王鵬飛.基于物聯網與云計算技術的綜合智慧消防系統(tǒng)[J].智能建筑,2018(05):36-40.
[2].牛嘉傲，陳偉利.基于云平臺的智慧消防控制系統(tǒng)設計
[3].安科瑞AcrelCloud-6800智慧消防管理云平臺2020版.
[4].安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介：張娟，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧消防平臺的設計與應用
