基于物聯網技術的消防重大危險源監(jiān)管系統的設計

1、2012年第9期消防技術與產品信息基于物聯網技術的消防重大危險源監(jiān)管系統的設計仝貴來,張衛(wèi)軍(天津市消防總隊,天津300090摘要:設計了一套基于物聯網傳感、識別、智控等技術的重大危險源消防監(jiān)管系統,可實現重大危險源及周邊環(huán)境相關信息參數的采集和實時分析,并結合現場控制單元自動處置,有效解決了重大危險源消防監(jiān)管難度大、致災后處置困難、損失大等問題,做到預警及時、處置快速,提高對火災重大危險源的辨識、監(jiān)督、控制和管理水平。關鍵詞:物聯網;重大危險源;消防監(jiān)管系統重大危險源是指長期或臨時地加工、生產、處理、搬運、使用或者儲存危險物質,且危險物質的數量等于或超過臨界量的場所和設施,以及存在危險能量可

2、能造成重大事故的場所和設施1。重大危險源具有危險大、損失的特點,極易發(fā)生生物重特大安全事故,并且一旦發(fā)生安全事故,將會造成單位財產的重大損失和大量的人員傷亡。目前,計算機技術在重大危險源的消防監(jiān)管工作中的應用主要體現在現場監(jiān)測和信息管理兩個方面?，F場監(jiān)控主要是利用分布于現場各關鍵環(huán)節(jié)的傳感器采集重大危險源的相關工藝參數和環(huán)境狀態(tài),由現場的單片機、工控機等進行單一化的處理,由監(jiān)控人員巡視采集,進行相應處理。信息管理方面,主要是對危險源的狀態(tài)信息、日常管理信息、日常維護信息以及消防安全檢查信息等進行人員錄入計算機存檔。各類信息相對獨立,不能形成一套由采集、分析、控制、管理組成的完善監(jiān)管系統。1物聯

3、網技術近年來,物聯網技術已被廣泛應用于各個行業(yè),它是繼計算機、互聯網之后的第三次信息產業(yè)浪潮。物聯網是基于網絡從“人”的元素向“物”的元素的拓展。利用射頻識別設備等信息傳感設備,通過無線數據通信技術、射頻識別等技術,按照相關的協議,通過網絡與“物”進行連接,從而實現信息交互以及數據通信,最終完成智能化的定位、識別、監(jiān)測、跟蹤和管理2。在實際應用中,是將具備編碼、掃描和讀寫功能的感應芯片植入物聯網中的設備終端或分布各類傳感設備,并將其聯入網絡,從而實現跟蹤、識別、感知,通過智能分析與控制,完成對該物的遠程遙控和資源管理,共享信息資源。物聯網的關鍵技術主要包括以下幾類:射頻識別(RFID技術;傳感

4、器技術;認知計算和智能控制技術;網絡通信技術等。其技術構成如圖1所示 。圖1物聯網技術構成(1射頻識別技術。加載了感應芯片的目標對象的相關信息通過射頻信號被自動識別,可在各種復雜環(huán)境中應用,抗干擾能力強。射頻識別由閱讀器和應答器組成,應答器即標簽,射頻識別的作用是控制、檢測和跟蹤物體。(2傳感器技術。傳感器與探測技術是物聯網的核心技術之一,主要實現對外部環(huán)境和自身工作狀態(tài)的感知,并通過網絡系統傳輸至控制系統,進而進行處理、分析,該技術提供了最原始、最基礎的信息。(3認知計算與智能控制技術。認知計算與智能控制技術即相當于人類的大腦,通過模擬人類的感覺、認識、反應等對感知獲得的信息進行分析、處理,

5、并產生處理結果。該技術目前是人工智能的最新研究方向。(4網絡融合技術3。網絡融合旨在通過對不同的電信運營商的各類網絡在網絡層面進行融合,其技術目的在于解決由于協議和標準不同造成的信息交流不暢的問題,實現不同網絡間的互聯互通。2系統設計2.1系統概述將物聯網技術應用于重大危險源消防監(jiān)管系統的設計中,主要是利用物聯網成熟的應用架構和識別、感5仝貴來等:基于物聯網技術的消防重大危險源監(jiān)管系統的設計2012年第9期知、信息交互、分析處理等技術特點來彌補目前針對重大危險源的消防監(jiān)管系統的不足,設計一套易用、可擴展的重大危險源實時消防監(jiān)管系統。在對重大危險源的消防監(jiān)管中,通過向危險源發(fā)放智能身份證,部署傳

6、感設備,將危險源及周邊環(huán)境的動態(tài)信息實時的通過無線傳感網絡發(fā)送到監(jiān)控中心,從而可以有效的監(jiān)控危險源的工作狀況,及時預測危險源的危險狀態(tài),發(fā)現問題及時預警,最大限度地消除隱患,防止重大事故的發(fā)生。而在發(fā)生安全事故后,借助物聯網的信息反饋技術,可以快速有效地對災害點進行定位,并獲取危險源的狀態(tài)信息,便于滅火救援工作的迅速開展,第一時間對災害現場進行處置,從而最大限度地減少人員傷亡和降低財產損失4。對重大危險源進行消防監(jiān)管的信息內容主要有以下幾個方面:重大危險源的基本情況;重大危險源環(huán)境狀況;重大危險源設備經常性維護、保養(yǎng)和定期檢測檢驗情況;重大危險源實時狀態(tài)情況;重大危險源安全評估情況;重大危險源

7、消防隱患整改情況。2.2技術架構基于物聯網的應用體系架構,參照現行的重大危險源消防監(jiān)督管理的工作模式,在應用需求分析的基礎上,重大危險源監(jiān)管系統的建設內容主要涉及重大危險源的參數定義、危險源實時數據的采集和傳輸、數據模型的建立、危險源的管理等。重大危險源消防監(jiān)管系統主要包括數據分析處理中心、數據交互網絡、感知層設備等。感知層設備包括:傳感器、二次檢測儀表、邏輯控制器等。感知層設備利用溫度、壓力、可燃氣體濃度、毒害氣體濃度、濕度、液位、流量、風力、風速、風向等傳感器采集重大危險源狀況和環(huán)境實時參數,數據分析處理中心利用智能故障分析診斷軟件和災情預警軟件系統對采集參數進行分析,評估安全狀況,提出安

8、全處置意見,達到參數預定設置的閾值的情況下,系統觸發(fā)報警,同時在可控環(huán)節(jié)啟動自動關閥、關料等控制,避免發(fā)生災害事件,安全監(jiān)控人員可以根據報警提示信息(環(huán)境狀況信息、危險源狀態(tài)信息、定位信息、自動響應信息等快速采取相應措施,處置完畢經系統評估危險解除后恢復常態(tài)。從結構上看,本系統主要由以下幾個部分組成:監(jiān)控重大危險源的各種傳感器組成的無線傳感網絡單元;標志和傳送重大危險源中各個物聯網單位的各方面情況的RFID單元和基于無線射頻技術的通信工具;由定位系統構成的物聯網單位精確定位單元;由微處理器、單片機以及軟件系統和在線數據庫等構成的對重大危險源的數據進行分析和決策的主控制器。體系結構如圖2所示 。

9、圖2系統整體架構重大危險源監(jiān)管系統整體框架分為傳感檢測信息采集層、數據傳輸服務層、管理分析層等三層架構。(1第一層信息采集層。主要是對重大危險源現場環(huán)境各類狀態(tài)參數信息通過傳感器進行采集、檢測,涉及傳感檢測、機電一體化等技術。傳感檢測信息采集層位于架構的最底層,直接與閱讀器交互。其功能包括:對射頻卡上的數據進行采集;通過對Reader 數據的適配處理,進而得到統一的、格式化的數據;將數據按照用戶定義的協議進行封包,并將消息包發(fā)送到消息系統。重大危險源的裝備設施、環(huán)境狀況等信息通過現場的傳感器、探測器進行采集后,進行實時檢測和監(jiān)控處理,這些信息是時時變化的,所有變化的數據均被記載進入狀態(tài)工況實時

10、數據庫中。這為下一步利用這些信息與已建立的安全生產知識庫中的工藝流程、安全評估、事故模型等知識進行智能比對分析提供了數據基礎,據此可以對危險源的生產狀態(tài)及安全狀況進行判斷,對可能發(fā)生的安全事故進行預測,輸出預警信號,并有效做出反饋控制,同時給出操作指導及改進建議等信息,工作人員可以依據報警信息快速前往現場對生產過程及設備系統進行干預,防止災害事故的發(fā)生。(2第二層是數據傳輸服務層。負責完成重大危險源以及環(huán)境參數和狀態(tài)信息的傳輸等功能,完成信息的處理和分類,利用智能預警軟件系統進行數據分析及預警。數據傳輸服務層為用戶提供完成RFID和傳感器參數處理業(yè)務所需的服務,包括:服務定義器和服務組件。服務

11、定義器包括數據交換定義服務、邏輯定義器、路由定義器和業(yè)務過程管理。服務組件按照服務定義器定義的相關信息,提供給應用系統的相關服務。包括:Web Services接口層。這一層供給所62012年第9期消防技術與產品信息有智能終端調用的接口,沒有具體的業(yè)務實現代碼,其功能主要通過下層來實現。數據轉化器用于實現接口層數據與實體層數據的轉換。業(yè)務邏輯引擎平臺的功能主要是數據通訊,日志記錄,錯誤控制,消息中間件服務,系統監(jiān)控和版本更新等。本層主要實現了信息采集層(包括RFID 、傳感設備及相關配套設備和管理分析層的信息交互功能,將采集信息和控制信息上下傳遞,是上下層信息交互的橋梁,是軟硬件結合的橋梁,同

12、時還解決了底層各類硬件設備差異性問題。(3第三層是管理分析層。主要完成重大危險源消防監(jiān)管系統的信息處理、智能分析、綜合反饋等功能,包括數據庫、GIS 平臺和應用服務器等,是信息綜合分析處理平臺。具體功能有:重大危險源信息備審子系統。主要對危險源的基本信息進行收集,審核的內容包括信息完整性和合理性,經管理部門審核可將結果通知填報單位;重大危險源分級管理子系統。系統匯總重大危險源的各類信息,結合定級標準(危險程度、成災損失、影響范圍等,對重大危險源進行級別預置,提出定級參考;輔助智能分析決策子系統。主要是對基礎數據和動態(tài)采集的安全狀態(tài)信息進行綜合分析和評估,參考分級模型,從海量數據中進行篩選、挖掘

13、,結合預警模型做出響應;預警子系統。確認危險后,可利用多種方式發(fā)出報警信息通知相關人員,并在GIS 平臺上顯示危險源的具體位置,報警信息包括:危險源的實時狀況、環(huán)境參數情況、異常情況分析等,如有預案可按照預案開展處置;綜合查詢統計子系統:通過大量數據的收集,形成海量的數據庫,可以實現對這些數據的查詢和統計,同時基于此數據庫,結合各類參考模型,可以生成危險發(fā)展曲線,附以各類參數特征,提升了預防災害的針對性和科學性;輔助信息子系統。建立諸如預案數據庫、生產工藝、技術庫、滅火力量分布庫、專兼職消防員庫、滅火專家?guī)斓?GIS 平臺子系統:以地理信息系統做為基礎和展示平臺,危險源的位置、各類信息收集反饋

14、、報表的生成都基于此平臺,直觀、生動,并通過GIS 接口,實現基礎文字數據和實時參數狀態(tài)數據與GIS 數據交互。4結束語本文設計的重大危險源消防監(jiān)管系統通過傳感器、單片機、GPS 芯片和無線射頻模塊等硬件的協同工作,采集和傳送重大危險源現場各物聯網單元的信息,并經分析處理提供輔助決策信息,使我們可以掌握重大危險源的狀態(tài),實施消防監(jiān)管。此系統的應用可以有效提高重大危險源防預火災和撲救初期火災能力,最大限度地減少人員傷亡和財產損失,進而提升社會整體消防安全水平。參考文獻:1吳宗之論城市重大危險源監(jiān)控與應急救援體系建設J 安全,2005,26(2:6-8.2張捍東,朱林物聯網中的RFID 技術及物聯網的構建J 計算機技術與發(fā)展,2011,21(5:56-59.3劉化君物聯網體系結構研究J 中國新通信,2010