韓歡慶

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，在保障基礎消防控制系統綜合集成的同時(shí)基于云平臺實(shí)現對建筑物內人員的定位與數量統計，建立建筑物BIM模型基于zigbee技術(shù)為被困人員制定合理的疏散路線(xiàn)；節點(diǎn)工作情況、火災情況皆可以在移動(dòng)端實(shí)時(shí)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(chǎn)生更大的損失。 【關(guān)鍵詞】智慧消防；云平臺；zigbee 1 概述        在“智慧物聯(lián)"“云計算"技術(shù)高速發(fā)展的今天，消防作為保證人身安全的重要環(huán)節理應引起人們的重視。而目前大多數消防監控方法仍為在消防控制室設工作人員 24 小時(shí)值班，這樣的模式在一定程度上執行困難，并存在安全隱患。同時(shí)現有的火災自動(dòng)報警系統存在各個(gè)設施孤立運行的情況，不能做到互通信息、及時(shí)反饋、協(xié)調運行的要求，反而給消防系統的管理帶來(lái)了更多問(wèn)題。該系統在將基礎消防控制系統靈活優(yōu)化整合的基礎上，還可以實(shí)現自動(dòng)報警、監控、定位救援、規劃逃生路線(xiàn)的功能，同時(shí)可在云端監控，節省了人力資源的同時(shí)也大大提高了火災監控的效率與精準輔助消防救援的能力。 2 系統設計 系統總體方案：        該系統由應用層、綜合顯示層與感知執行層構成。感知執行層連接溫度傳感器、感煙探測器等各種探測器組成各個(gè)子系統，判斷節點(diǎn)運行情況以實(shí)現基礎的消防監控報警功能。感知執行層可將信息發(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(hù)端組成，云平臺端可以實(shí)現對建筑物 BIM 模型的建立與發(fā)生火災后計算、規劃路徑的功能；同時(shí)移動(dòng)設備也可以接收云平臺發(fā)送的信息從而進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，圖1。

圖1 系統結構框圖      

 在感知執行層各個(gè)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，子控制器收到后，執行相應的操作。TCP協(xié)議把數據上傳給ARM CORTEX A9服務(wù)器，服務(wù)器中的線(xiàn)程1通過(guò)TCP收發(fā)數據，線(xiàn)程 2對數據進(jìn)行解析，線(xiàn)程3開(kāi)辟共享內存，把數據實(shí)時(shí)放入共享內存中，線(xiàn)程4把數據存放在sqlite3數據庫中，同時(shí)運行BOA服務(wù)器，通過(guò)CGI程序對Web瀏覽器數據實(shí)現雙向通信，網(wǎng)頁(yè)Web瀏覽器上實(shí)現顯示數據與控制功能。在應用層：云服務(wù)器進(jìn)行路徑規劃、BIM 三維建模與zigbee定位，用來(lái)實(shí)現火災逃生與救援功能同時(shí)也可與手機APP實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)，實(shí)現所有數據同步顯示。 消防監控報警系統：基礎的火災報警監控功能是重中之重，提供完善的基礎性保障是智慧消防的根基。本系統將消防監控報警系統下分幾個(gè)子系統：（1）火災報警系統；（2）風(fēng)控制系統；（3）防火門(mén)系統；（4）水控制系統。 3 綜合控制器設計         本系統選擇ARM CORTEX A9處理器，為了接收zigbee端的定位信息，在服務(wù)器ARM CORTEX A9的主進(jìn)程中創(chuàng )建多個(gè)線(xiàn)程，每個(gè)線(xiàn)程單獨執行相應功能。線(xiàn)程1創(chuàng )建TCP服務(wù)端，接受信息并可以反饋指令。線(xiàn)程2對接受的信息進(jìn)行歸納處理并存儲。線(xiàn)程3創(chuàng )建共享內存，可以接受從網(wǎng)頁(yè)發(fā)來(lái)的信息。線(xiàn)程4首先對串口進(jìn)行初始化，然后每隔80毫秒從串口接收 zigbee數據。線(xiàn)程5對zigbee 信息進(jìn)行分析，計算出計算點(diǎn)的信息，執行定位功能。結構功能如圖2所示。

圖2 綜合控制器設計框圖

 4 BOA服務(wù)器與WE頁(yè)面設計 4.1 BOA服務(wù)器        本系統在A(yíng)RM CORTEX A9上搭建BOA服務(wù)器，利用綜合顯示屏功能，對工作情況進(jìn)行顯示。BOA是一種非常小巧的Web服務(wù)器，其可執行代碼只有大約60KB左右。作為一種單任務(wù)Web服務(wù)器，BOA只能依次完成用戶(hù)的請求，而不會(huì )fork出新的進(jìn)程來(lái)處理并發(fā)連接請求。但BOA支持CGI，能夠為CGI程序fork出一個(gè)進(jìn)程來(lái)執行。但經(jīng)過(guò)對BOA源碼的分析可以看出，BOA 服務(wù)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(yè)面顯示在瀏覽器中。這種方式使入侵者很容易找到源文件，隱蔽性和安全性很差所以這里在對Boa源碼進(jìn)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)的后綴代表本系統的靜態(tài)頁(yè)面，則將其修改為實(shí)際CGI程序所在路徑，并更改is_cgi變量為“CGI"。經(jīng)過(guò)這樣修改后，程序會(huì )調用CGI程序的處理函數init_cgi()，使原本的靜態(tài)請求變成動(dòng)態(tài)的CGI請求。 4.2 BOA服務(wù)器頁(yè)面設計與功能 4.2.1 綜合定位功能         輸入網(wǎng)站地址可進(jìn)入服務(wù)器首頁(yè)，系統可根據zigbee定位，實(shí)現上述對被困人員的定位，在綜合顯示屏頁(yè)面上顯示人員位置如圖3綜合顯示屏定位系統頁(yè)面所示，便于消防員進(jìn)行救援。

圖 3 綜合顯示屏定位頁(yè)面4.2.2 節點(diǎn)運行顯示功能 STM32傳感器與CAN總線(xiàn)設計：        本系統中子節點(diǎn)采用STM32f103，工作頻率可達72Mhz,在存儲器的0等待周期訪(fǎng)問(wèn)時(shí)可達1.25DMips/MHZ。系統上電后芯片先進(jìn)行初始化，然后循環(huán)讀取傳感器數據進(jìn)行數據處理，確定目標ID，封裝數據包，通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送。當火災發(fā)生時(shí)，火災報警控制子系統獲取報警信號，通過(guò)樹(shù)莓派發(fā)送信息，控制各個(gè)系統動(dòng)作。在本系統中各個(gè)系統獨立運行，可以保證穩定運行。系統上電后，CAN總線(xiàn)進(jìn)行初始化，配置過(guò)濾器初始化CAN總線(xiàn)與數據包；隨后根據狀態(tài)判斷是否發(fā)送總線(xiàn)函數還是中斷（CAN總線(xiàn)可以通過(guò)兩個(gè)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(dòng)錯誤狀態(tài)還是被動(dòng)錯誤狀態(tài)。）如圖4所示為綜合顯示屏監控數據頁(yè)面。 

圖4 運行監控數據

4.3 Web 路徑規劃頁(yè)面

本系統選擇Apache作為Web服務(wù)器，Apache開(kāi)放源代碼，支持跨平臺并且易與手機 APP 互聯(lián)。安裝Apache用到4個(gè)文件：httpd、apr、apr-util、pcre-8.40。這樣可以提高并發(fā)進(jìn)程的處理速度與數量。在路徑規劃系統頁(yè)面的人員位置處輸入著(zhù)火點(diǎn)位置，該系統即可規劃逃生路線(xiàn)。逃生路線(xiàn)如圖5所示。

圖5逃生路徑規劃頁(yè)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(yè)用戶(hù)登錄成功之后進(jìn)入首頁(yè)，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(lèi)、設備報警信息、報警分類(lèi)、報警統計、設備臺賬信息等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時(shí)可以在BIM模型中預警顯示。

5.2.2消防子系統智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統、防排煙子系統、消防水子系統、消防設備電源子系統、防火門(mén)子系統、消防設備管理子系統和視頻監控子系統等。智慧用電子系統可以接入電氣火災、孤航電弧、電氣火災主機、滅弧式保護器探測器和無(wú)線(xiàn)測溫探測器等。點(diǎn)擊智慧用電子系統進(jìn)入智慧用電監控頁(yè)面，點(diǎn)擊菜單顯示整個(gè)項目的基礎信息和該項目下的所有探測器的信息，點(diǎn)擊末級節點(diǎn)顯示具體探測器的監控頁(yè)面。

消防水子系統可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實(shí)時(shí)的監控消防水管網(wǎng)的壓力、液位、是否漏水，以及開(kāi)蓋等事件，當消防水壓不夠，管網(wǎng)漏水時(shí)，系統也能實(shí)時(shí)地發(fā)出警報，能讓相關(guān)人員及時(shí)維修維護，保障消防安全。防排煙子系統通過(guò)高靈敏的無(wú)線(xiàn)煙感報警裝置，實(shí)現對煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數據采集，實(shí)時(shí)秒級檢測煙霧，一且發(fā)現監測數劇超過(guò)風(fēng)險閾值，APP、短信報警、報警統統上陣，通過(guò)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(gè)位置的火災隱情。消防設備電源子系統實(shí)時(shí)監控消防系統各個(gè)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(gè)部件電源產(chǎn)生的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、斷路等故障報警提示?？砷L(cháng)期記錄電壓電流運行參數，自動(dòng)對消防電源一段時(shí)間的運行狀態(tài)進(jìn)行分析，對可能產(chǎn)出問(wèn)題的隱患進(jìn)行警示。防火門(mén)子系統通過(guò)與門(mén)禁報警、視頻識別的關(guān)聯(lián)，實(shí)時(shí)監控消防通道、安全出口、生命通道防火門(mén)的開(kāi)閉及消防通道堆放物情況，實(shí)現緊急情況下的開(kāi)閉控制等功能。確保防火門(mén)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，保障安全的生活、工作環(huán)境。應急照明與疏散指示子系統可實(shí)現對各個(gè)應急燈具的實(shí)時(shí)監控和控制，當發(fā)生火災時(shí)，可準確的給出安全的疏散路徑指示，智能打開(kāi)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(xiàn)，指引安全逃生方向。視頻監控子系統數據部門(mén)收到感應端各子系統報警信息后，可調出報警位置關(guān)聯(lián)的監控攝像頭圖像，查看報警現場(chǎng)視頻輔助進(jìn)行火情確認。實(shí)現火災報警子系統、消防水子系統、電氣火災子系統、防排煙子系統、消防設備電源子系統、防火門(mén)子系統和視頻監控子系統的有機結合，實(shí)現了報警點(diǎn)和監控點(diǎn)的聯(lián)動(dòng)。消防設備管理子系統能夠將每個(gè)建筑、項目節點(diǎn)的所有消防設備和資產(chǎn)納入管理，對一些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著(zhù)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(huì )聯(lián)動(dòng)GIS調度子系統進(jìn)行調度。5.2.3隱患管理隱患管理功能包括了隱患查詢(xún)、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個(gè)模塊?？梢圆榭吹卿浻脩?hù)下的所有項目的隱患信息，并進(jìn)行派發(fā)和處理操作，且對所有隱患進(jìn)行統計分析。

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(gè)模塊?？梢圆榭吹卿浻脩?hù)下的所有項目的能耗統計、同環(huán)比和報表，且按日、周、月等維度進(jìn)行能耗。

5.2.5手機APPAPP支持Android、iOS操作系統，方便用戶(hù)查看電氣火災、防排煙、消防水、消防設備電源、防火門(mén)、消防設備管理、視頻監控、火災報警等子系統的實(shí)時(shí)監控數據、報警信息、能耗統計等。

5.3推薦配置5.3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方推薦配置購買(mǎi)，或者客戶(hù)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系統現場(chǎng)推薦硬件配置清單：注：以下配置為針對1個(gè)回路選型，其中剩余電流互感器應根據現場(chǎng)回路電流大

5.4產(chǎn)品介紹電氣火災監控探測器

ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網(wǎng)絡(luò )上傳，單表流量說(shuō)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(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智慧消防也應登上消防系統發(fā)展的舞臺，本系統對建筑物建立整體 BIM 模型，并將每層劃分為普通區域與逃生區域，根據云平臺上傳的消防數據并基于 Zigbee可實(shí)現對被困人員的定位并根據反饋的“著(zhù)火點(diǎn)"避開(kāi)火情嚴重區域，從逃生區域規劃不同的逃生路線(xiàn)，并將逃生路線(xiàn)由云平臺直接發(fā)送至手機移動(dòng)端。由此可見(jiàn)，本系統不僅可以幫助人員逃生，還可以統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(dòng)端實(shí)時(shí)監控、及時(shí)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(chǎn)安全。 參考文獻[1].張吉躍,王鵬飛.基于物聯(lián)網(wǎng)與云計算技術(shù)的綜合智慧消防系統[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(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版. 作者簡(jiǎn)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。