1.引言

    火災(zāi)是城市災(zāi)害中一個突出方面，隨著科技的進步，現(xiàn)代建筑的自動化及智能化水平的提高,人們的安全意識不斷加強，對消防安全要求越來也越高[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸成熟發(fā)展起來，并應(yīng)用于各個行業(yè)，它向傳統(tǒng)住宅產(chǎn)業(yè)以及人們現(xiàn)代生活滲透成為一種必然結(jié)果[2-5]。隨著智能化住宅和智能小區(qū)近年來取得的快速發(fā)展，建立新一代智能化消防應(yīng)屆疏散系統(tǒng)勢在必行[6-7]。

    本文主要介紹基于物聯(lián)網(wǎng)的消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)的原理及應(yīng)用。本系統(tǒng)是融合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過設(shè)計各個子系統(tǒng)后，實現(xiàn)對火災(zāi)的感知、處理以及對人員疏散，有效防止人員傷亡和國家財產(chǎn)損失。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)生火災(zāi)時做到安全的消防應(yīng)急疏散功能，能夠?qū)φ麄€現(xiàn)場進行監(jiān)控和實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

    2.消防安全融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

    物聯(lián)網(wǎng)簡稱IOT（TheInternetofThings），它集合了射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等[9-10]。對消防安全系統(tǒng)中的每個監(jiān)測對象進行編碼，將消防系統(tǒng)中的每個實體通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)監(jiān)測實體之間的信息交換和通訊，并通過消防疏散系統(tǒng)實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理。

    在建筑物火災(zāi)中，消防應(yīng)急安全疏散是指在火災(zāi)煙氣、火焰熱等尚未危害人員生命的狀態(tài)之前，把建筑物種的所有人員通過設(shè)定的路線進行撤離，撤離到安全范圍內(nèi)[11-13]。消防應(yīng)急疏散設(shè)計是指在系統(tǒng)設(shè)定的火災(zāi)條件之下，針對災(zāi)害及疏散形式的預(yù)測，采取一系列防火措施保證人員的安全和防止國家財產(chǎn)的巨大損失。消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)提供多種疏散方式，保證在任何時間、任何位置的所有人員都能夠自由的進行疏散和人員的安全。消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)通過合理的疏散設(shè)計或改造減少火災(zāi)給人員帶來的危險，提高火災(zāi)中人員的安全性，提高消防工作的水平和效率。

    建立消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)的目的是在火災(zāi)發(fā)生時安全、準確、迅速地引導(dǎo)人員疏散[14]。通過各種不同的燈具和報警系統(tǒng)，使用消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)及時探測火勢信息并采用其中通訊方式，幫助人員在火災(zāi)中逃生。現(xiàn)在消防應(yīng)急設(shè)備主要是以單體形式獨立存在的，因此在火災(zāi)中指導(dǎo)人員逃生存在滯后現(xiàn)象[15],對于身在火災(zāi)中的人員是極大地危害。因此建立新型消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一管理成為必然趨勢。

    基于物聯(lián)網(wǎng)的消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)，實現(xiàn)消防系統(tǒng)中的每個實體通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，每個監(jiān)測實體之間能夠信息交換和通訊，對樓宇內(nèi)的消防應(yīng)急標志燈統(tǒng)一管理和監(jiān)控，實時監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的每個燈具，以及正常維護。并從實際建筑物的結(jié)構(gòu)和環(huán)境出發(fā)，提出相應(yīng)的火災(zāi)應(yīng)急疏散預(yù)案。樓宇消防應(yīng)急疏散指標可以分為疏散指標、引導(dǎo)系統(tǒng)、疏散路線和管理措施四個方面。

    3.基于物聯(lián)網(wǎng)的消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

    本系統(tǒng)采用計算機、通訊等技術(shù)將樓宇內(nèi)的消防應(yīng)急燈接入統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)通訊平臺。消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)由五個子系統(tǒng)構(gòu)成，即火情感知、火情處理、火災(zāi)救助、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)、后臺管理等子系統(tǒng)，主要組件包括：處理器，通訊路由設(shè)備，傳感器，消防應(yīng)急標志燈具

    各子系統(tǒng)設(shè)計如下：

    （一）火情感知子系統(tǒng)：探測火焰并對火源進行定位。

    火焰探測器：熱紅外傳感器+MCU+無線收發(fā)模塊

    煙霧探測器：煙霧傳感器+MCU+無線收發(fā)模塊

    溫濕度探測器：溫濕度傳感器+MCU+無線收發(fā)模塊

    熱紅外視頻采集編碼器：紅外和視頻傳感器+DSP+寬帶無線發(fā)送模塊

    上述各種探測器的定位功能（帶定位感知模塊）

    （二）火情自動處理子系統(tǒng)：記錄火情、分析火勢、火情預(yù)警、火焰自動隔離。

    火情記錄儀（火情黑匣子）：CPU+寬帶無線接收模塊+存儲器

    火情警報器：MCU+無線收發(fā)模塊+警報蜂鳴器

    火焰隔離卷閘門：控制器（MCU+無線收發(fā)模塊）+電動卷閘門

    火情報警處理：根據(jù)感知子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析進行短信報警（集成到GSM/3G無線模塊的智能網(wǎng)關(guān)里和外接短信modem）

    火勢分析處理：火災(zāi)現(xiàn)場火勢分析——前端（集成到智能網(wǎng)關(guān)里）或后端（后臺服務(wù)器完成）

    （三）火災(zāi)輔助救助子系統(tǒng)

    強發(fā)光標簽：MCU+無線收發(fā)模塊+發(fā)光材料（地腳線或地面）

    應(yīng)急激光指示器：MCU+無線收發(fā)模塊+應(yīng)急激光燈+語音模塊

    穿透型激光燈：MCU+無線收發(fā)模塊+穿透型激光燈+語音模塊

    逃生路線規(guī)劃算法：根據(jù)火情感知和火勢分析規(guī)劃逃生路線

    （四）網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)

    支持多種網(wǎng)絡(luò)接入的智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)：

    IP方式：以太網(wǎng)/電力線/WiFi/GPRS/3G

    非IP方式：433M/Bluetooth/Zigbee

    異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

    核心算法集成：

    火情報警處理算法

    火勢分析處理算法

    傳輸控制：

    無縫傳輸與控制方法

    報警控制

    電動卷閘門控制

    逃生路線指示控制

    （五）后臺服務(wù)器子系統(tǒng)（傳感器數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)維護與管理）

    MTalk協(xié)議：跨網(wǎng)傳輸

    傳感器云Sensor-cloud：傳感器數(shù)據(jù)收集與管理

    錄播服務(wù)器管理：數(shù)據(jù)管理與再現(xiàn)

    本系統(tǒng)主要包括以上五部分火情感知、火情處理、火災(zāi)救助、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)、后臺管理等子系統(tǒng)。

由熱紅外傳感器、紅外和視頻傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器以及他們的定位模塊等組成的火情感知子系統(tǒng)，可以在發(fā)生火災(zāi)時，通過無線收發(fā)模塊把火災(zāi)源頭傳輸?shù)奖鞠到y(tǒng)中進行及時定位。由火情記錄儀、火情警報器、火勢分析處理、火情報警處理和火焰隔離卷閘門組成的火情處理子系統(tǒng)，可以在發(fā)生火災(zāi)時，自動對火情進行記錄并且做出相應(yīng)報警以及火勢分析。由強發(fā)光標簽、逃生路線規(guī)劃算法、穿透型激光燈、應(yīng)急激光指示器等消防產(chǎn)品組成的火災(zāi)救助子系統(tǒng)可以根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場情形給人員提供最佳逃生路線。系統(tǒng)支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，各種消防產(chǎn)品均可應(yīng)用于本系統(tǒng)中，實現(xiàn)對火災(zāi)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控管理。該網(wǎng)關(guān)不僅支持多種協(xié)議接入，比如WiFi、433協(xié)議等，便于消防無線產(chǎn)品的擴展。還實現(xiàn)了對這些協(xié)議的抽象融合，最終實現(xiàn)對基于這些協(xié)議的設(shè)備進行統(tǒng)一的監(jiān)控和控制。后臺服務(wù)器子系統(tǒng)實現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)的收集，并對火災(zāi)現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)進行記錄和管理。

    通過傳感器感知火情狀況，通過應(yīng)急疏散指示燈疏散人員，通過XMPP協(xié)議連接消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)中的各個設(shè)備，實現(xiàn)各個設(shè)備之間的互聯(lián)互操作。并通過無線通訊設(shè)備，把采集到的建筑物內(nèi)的狀況及時發(fā)送到第三方監(jiān)控端，實現(xiàn)第三方對火災(zāi)現(xiàn)場的監(jiān)控和管理，使在火災(zāi)發(fā)生時，更有效的指揮人員的疏散。

    4.系統(tǒng)的使用及維護

    本消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)和報警系統(tǒng)連接在一起，把報警系統(tǒng)中的每個產(chǎn)品聯(lián)系起來。在建筑物出口處設(shè)置語音安全出口標志燈，走道內(nèi)設(shè)置低位雙向可調(diào)標志燈，大空間內(nèi)設(shè)置智能應(yīng)急照明燈具。在日常維護中報警顯示各種設(shè)備的故障，只需在消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)中心檢查故障燈具即可，無需到現(xiàn)場排查，提高了消防工作效率。疏散燈具采用電子編碼方式，每個標志燈都有唯一的地址編碼，主機通過燈具的唯一地址24小時不間斷地對燈具進行巡檢，檢測其故障、連線的開路、短路等情況，以便于及時進行維護。

    火災(zāi)發(fā)生時，消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)主機通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊或標準串行端口（RS232）連接[16-17]，接收來自火災(zāi)報警系統(tǒng)的聯(lián)動信息，確定火災(zāi)危險區(qū)域的位置，選擇相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案；同時實時監(jiān)控底層設(shè)備的工作狀態(tài)信息；改變相關(guān)雙向可調(diào)標志燈具和語音燈具的工作狀態(tài)，打開應(yīng)急照明燈具，語音和頻閃作用增強了對煙霧的穿透力，實現(xiàn)安全疏散。

    5.結(jié)論

    本系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)建立了五個子系統(tǒng)即火情感知、火情處理、火災(zāi)救助、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)、后臺管理子。系統(tǒng)包括傳感器、微處理器、無線收發(fā)模塊、消防報警產(chǎn)品以及語音模塊，實現(xiàn)對火源定位、火災(zāi)記錄以及規(guī)劃救助路線。通過消防建審、施工、驗收環(huán)節(jié)后，投入運行。表明消防應(yīng)急疏散系統(tǒng)既可以應(yīng)用到消防產(chǎn)品的日常維護中，也可以在火災(zāi)發(fā)生時，啟動報警系統(tǒng)，通過信號燈為逃生人員自動指示最佳逃生路線。系統(tǒng)有效的提高了消防工作的效率，提高了人員在火災(zāi)現(xiàn)場的逃生生存幾率。

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