一文讲清！智慧消防系统设计思路~
一文讲清！智慧消防系统设计思路~
2022 年国务院安全生产委员会印发了《“十四五”国家消防工作规划》，明确提出优化整合各类科技资源，推进消防科技自主创新，提高消防工作的科学化、专业化、智能化、精细化水平。未来医院的消防工作必将快速朝向智能化和精细化方向发展。本文详细阐述了“智慧消防”的设计思路。
一、整体设计思路
医院“智慧消防”是利用移动互联网 +、虚拟现实、人工智能、物联网等技术，结合火警智能研判、云计算平台的大数据分析等专业应用，将传统消防向智慧消防转换，利用网格化管理、消防设施器材数字化管理，大幅提升医院消防智能化水平，加强消除火灾隐患的能力。优化自动消防设施联动系统，建立消防设施巡检信息、火警信息、自动消防设施故障信息、安全管理信息数据库，实现实时查看现场视频、实时监控处理警情，日常维护操作简便，全面满足消防安全的需求。通过监控强化火灾事故的预防和早期处置，为灭火救援和疏散逃生争取最佳时间，实现闭环管理，保障医院安全运行 。
二、四个智慧应用场景设计
智慧消防系统将“智慧”融入传统消防过程中，其主要体现出四大优势――智慧防控、智慧管理、智慧“作战”、智慧指挥，并覆盖医院全场所 。
1. 智慧防控
区别于人工巡检，智慧消防系统集成了成熟的感知设备，用于实时收集环境信息，结合高科技智能终端将收集信息处理加工，并通过物联网技术将数据发送至云平台的大数据分析中心。最终云平台将数据的处理结果第一时间传送至各个监控终端，并对异常状态发出预警。人员可以第一时间做出反应，及时处理险情，做到及时有效的智慧防控。
2. 智慧管理
优化传统的人工检查设备的模式，智慧消防系统中的消防设备配置了自检功能，配合平台实现智慧管理功能。智慧消防系统集成了智能消防设备，这些设备内部实现了相关自检功能，能够定期将自检状态信息传送回云平台，当设备出现异常，平台会第一时间发出警告并给出异常判断结果，让用户能够精准定位设备异常情况并及时处理。
3. 智慧“作战”
智慧消防系统提供了智慧“作战”功能，视频监控和物联网的整合应用，构建了范围更广、涉及面更全的信息数据平台，实现了现场数据的自动化采集和实景状况的获取，并保持动态更新。通过终端为消防人员提供更全面的数据，确保“作战”安排精准高效。
4. 智慧指挥
借助多种技术支持，智慧消防系统可以实现现场图像的自动化搜索和检测，并通过网络实时传输信息，为救援人员提供可视化、动态化的参考资料。智慧消防系统通过现场可视化图像辅助消防抢险救灾，实现对消防装备、消防车辆、消防水源、消防救援人员等各类资源的智能化快速调度。合理配置消防资源、规划消防路径，最大限度地发挥资源利用率，以最短时间完成救援工作，降低财产损失和人员伤亡 。
三、三层架构设计
智慧消防系统架构分为三层结构：感知层、传输层、处理层（图 1）。
图 1 智慧消防系统层次结构图
1. 系统感知层
感知层的功能是对监测环境的实时数据信息进行采集、对相关消防设备进行控制。在感知层中，通过在监测环境中部署多种传感器采集相关数据，并通过单片机进行简单处理得到环境信息。消防设备主要包括消防灭火弹、喷水器等，通过控制设备能够对各种消防设备进行控制，如引爆灭火弹、打开喷水器等。当环境中发生火灾时，监控设备检测到火源并向云端发出警报，同时借助无线传输模块将警报信息共享给控制设备。控制设备通过对警报信息进行分析，决定应对措施，如引爆灭火弹、打开喷水器等。
2. 系统传输层
传输层负责维护感知层与处理层之间的数据交互，主要包含整合数据、屏蔽感知层数据传输对处理层造成的影响等功能。当感知层须要上传数据至处理层时，将通过自身的传输模块，如 LoRa、 wifi、5G 等形式将数据传输至网关，网关将数据整合处理，通过以太网统一传输至处理层。当处理层须要下发命令时，先将命令传输至网关，由网关对命令进行解析，根据解析结果通过感知层相应设备所实现的通信方式下发命令。在传输过程中，感知层的通信差异将被传输层屏蔽，处理层收到的数据将是规整的，通信方式也是统一的。传输层的设置降低了处理层和感知层的耦合度，有利于处理层的扩展和感知层设备的多样化部署。
3. 系统处理层
处理层主要功能是数据分析和信息展示。数据分析是将感知层上传的数据进行分析，得到对环境的深层认知，如火情发生、火灾蔓延路径、最佳逃生路径等。信息展示功能为用户提供了远程可控的环境监测，让用户能够实现远程处理、实时监控。处理层主要包括用于数据处理的云服务端和用户交互的监控端――Web 端或相关设备的 App。通过监测平台，能实时监控各类安全基础设施的运行状态，监测院区各防区的火灾隐患信息，及时发现并处置火灾隐患。
四、主要功能设计
系统主要包含了实时采集底层环境信息、实时远程上传数据的功能，且系统能够融合底层数据进行选择性上报，进一步筛选适当的数据。系统还具有实时远程下发指令的功能，让用户及时远程控制，提高消防效率。此外系统还集成了自动感知火灾和自动灭火功能（图 2）。借助于传感器、摄像头以及其他信息获取装置感知物体后，能够利用各类网络进行信息资料的准确传送，进而将其传输到处理层，完成预警自动化管理和驱动自动灭火 。
图 2 系统功能划分图
1. 实时采集底层环境信息
系统使用多种传感器采集现场数据，如温湿度、烟雾、火焰等，用摄像头进行远程实时监控。
2. 融合底层数据选择性上报
终端节点采集到相应环境信息时，会将数据通过网关共享给平台。当网关节点接收到数据信息时，会对数据进行进一步整理，并将整理后的数据上传至云服务器。在整理的过程中，网关会剔除重复数据或无变化数据等，做出数据优化后上传，减少能耗并降低时延，达到提高传输效率的目的。
3. 实时远程上传数据
网关节点实时汇总底层采集的环境数据，并通过稳定的网络实时向云服务器同步底层数据。云服务器将数据整合处理后，向各监控终端同步环境状态，如 Web 端或相关设备的 App。用户可以很容易地通过监控终端远程获取信息。网关节点使用上行NB 模块采用 UDP 连接与云服务器进行实时通信，将融合后的数据按存储格式发给云服务器。为防止NB 掉出网络，模拟 4G/5G 的连接方式向基站不断发送心跳包维持通信链路。
4. 实时远程下发指令
底层消防灭火弹、消防喷淋器等灭火设备连接控制器。控制器可以接收网关下发的控制指令对其所控制的设备执行操作，如引爆灭火弹等。用户可以根据监控终端提供的命令操作，将命令传至服务器，再由服务器转发至相应的网关节点，最终由网关节点下发至相应的消防设备，完成远程控制。
5. 自动感知火灾
底层监控设备具有一定程度的智能算法，如整合烟雾、温湿度等信息计算出火灾的发生概率，并通过预学习好的人工智能模型来判断火灾发生的可能性。当决策结果表示火灾即将发生或者已经发生，能够自主发出警报并向云端推送警报信息。
6. 自动灭火
底层监控设备除了具有对环境进行监控的功能外，也会被部署一定的智能判定程序，能够判定出紧急情况，如火灾已经发生等。当出现紧急判定结果时，设备会向消防控制设备发出紧急灭火指令，如打开喷淋头等，实现及时应对火灾，提升了感知预警能力和应急处置能力，起到更早发现、更快处理的作用，将火灾风险和影响降到最低。