基于物聯(lián)網(wǎng)的消防設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汪洋 敬曉崗 侯其立

摘 要：針對(duì)因消防終端監(jiān)測(cè)設(shè)備部署量大、分布廣而導(dǎo)致的維護(hù)成本高、管理難度大等問題，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種消防終端監(jiān)測(cè)設(shè)備管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持有線和無線通信方式來完成用戶信息傳輸裝置、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、消火栓監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備的組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息采集和上傳功能。通過Web程序完成設(shè)備的增刪改查、實(shí)時(shí)狀態(tài)與歷史數(shù)據(jù)的展示以及設(shè)備配置等功能。實(shí)際應(yīng)用表明該設(shè)備管理系統(tǒng)能較好地對(duì)各類消防監(jiān)測(cè)終端設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的智能化管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);消防終端監(jiān)測(cè)設(shè)備;設(shè)備管理系統(tǒng);Web;信息傳輸;網(wǎng)關(guān)

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）11-00-02

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和拓展，是將各類信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)[1]，可實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居、智慧交通、智能農(nóng)業(yè)、智能安防、平安城市等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，取得了許多重要成果。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于對(duì)消防設(shè)備[2]、通信設(shè)施[3]、實(shí)驗(yàn)設(shè)備[4]、企業(yè)設(shè)備[5]等類型的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管。通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)具有設(shè)備檔案管理、設(shè)備使用管理、設(shè)備采購和庫存管理、跟蹤和定位、工作狀態(tài)監(jiān)視、查詢歷史記錄以及智能化盤點(diǎn)等功能[6]。

針對(duì)消防終端監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝數(shù)量大、部署范圍廣、安裝環(huán)境復(fù)雜等情況，如果完全依靠人力實(shí)現(xiàn)已部署設(shè)備的巡查、維護(hù)等工作，必然帶來不小的成本負(fù)擔(dān)且效率低下。為了解決以上問題，本系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的設(shè)備數(shù)據(jù)收集、監(jiān)控、故障排除、設(shè)備參數(shù)設(shè)置等一系列智能管理，降低運(yùn)營(yíng)成本，簡(jiǎn)化設(shè)備運(yùn)維。

1 系統(tǒng)描述

系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，由感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和應(yīng)用服務(wù)層組成。

感知層[7]的作用在于解決設(shè)備互聯(lián)以及設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集問題，涉及的設(shè)備包括網(wǎng)關(guān)、用戶信息傳輸裝置以及NB-IoT消火栓監(jiān)測(cè)終端等聯(lián)網(wǎng)終端和傳感器。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層的作用是實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交互，完成設(shè)備管理系統(tǒng)底層采集與上層應(yīng)用之間的可靠、安全通信。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、跟蹤數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

應(yīng)用服務(wù)層提供對(duì)設(shè)備的管理、展示和監(jiān)控。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 底層硬件連接

圖2展示了設(shè)備管理系統(tǒng)的底層設(shè)備連接，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層以及平臺(tái)層。

感知層設(shè)備主要包括有線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、4G物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、用戶信息傳輸裝置、NB-IoT消火栓監(jiān)測(cè)終端等消防終端監(jiān)測(cè)設(shè)備以及傳感器，這些消防終端監(jiān)測(cè)設(shè)備是本設(shè)備管理系統(tǒng)重點(diǎn)監(jiān)管的對(duì)象。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層涉及以太網(wǎng)，4G，NB-IoT這三種傳輸網(wǎng)絡(luò)。有線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過RS 485接口與用戶信息傳輸裝置相連，將所接傳感器的狀態(tài)以及自身狀態(tài)上傳給用戶信息傳輸裝置，然后用戶信息傳輸裝置將收到的數(shù)據(jù)以既定格式發(fā)往云平臺(tái)。4G物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)采用4G網(wǎng)絡(luò)將傳感器信息和自身狀態(tài)信息發(fā)送至云平臺(tái)。NB-IoT消火栓監(jiān)控終端、NB-IoT獨(dú)立式煙感、NB-IoT網(wǎng)關(guān)均采用NB-IoT無線通信方式傳遞狀態(tài)數(shù)據(jù)至云平臺(tái)。NB-IoT主要面向大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接應(yīng)用，與移動(dòng)通信相比具有覆蓋范圍廣、海量連接、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)[8]，是物聯(lián)網(wǎng)通信采用的主要技術(shù)之一。

云平臺(tái)接收消防監(jiān)控終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，解析后存入數(shù)據(jù)庫，為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 數(shù)據(jù)處理

圖3展示了云平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理邏輯。云平臺(tái)在接收到消防監(jiān)控終端設(shè)備發(fā)送來的數(shù)據(jù)之后，按照規(guī)定的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，解析之后進(jìn)入Rabbit MQ[9]消息隊(duì)列。Rabbit MQ是一種開源的消息中間件，提供可靠、有效的消息交互模式，能夠方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的解耦;此外，Rabbit MQ還提供了可視化的監(jiān)控頁面，有助于對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)的監(jiān)控和維護(hù)。

數(shù)據(jù)處理服務(wù)和事件處理服務(wù)從Rabbit MQ隊(duì)列中取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理服務(wù)主要處理監(jiān)控終端設(shè)備上報(bào)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，將處理后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。事件處理服務(wù)主要處理用戶信息傳輸裝置上傳的火警、聯(lián)動(dòng)等事件數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫。

針對(duì)數(shù)據(jù)形式以及業(yè)務(wù)需求，數(shù)據(jù)庫采用MySQL與Elastic Search組合的方式。MySQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)用戶、單位、設(shè)備、設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等信息，Elastic Search存儲(chǔ)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)、歷史事件數(shù)據(jù)等?？紤]到設(shè)備數(shù)量大，每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量十分可觀，MySQL數(shù)據(jù)庫對(duì)于大量數(shù)據(jù)查詢的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，即使采用查詢優(yōu)化等措施效果亦不盡如人意。而Elastic Search[10]是一種分布式海量數(shù)據(jù)搜索與分析技術(shù)，適合對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，因此選用Elastic Search存儲(chǔ)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)用從這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，核心功能如圖4所示。主要功能包含用戶權(quán)限、設(shè)備管理和設(shè)備展示。

（1）用戶權(quán)限模塊包含用戶管理、用戶登錄。

（2）設(shè)備管理功能包含設(shè)備的新增、刪除、修改、查詢與設(shè)備的參數(shù)配置。

（3）設(shè)備展示功能為設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、最新上報(bào)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)或事件等展示以及多維度的統(tǒng)計(jì)分析展示。

3 結(jié) 語

文中采用多種傳輸協(xié)議和有線、無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)多類消防監(jiān)控終端設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，并對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行信息采集。通過Web程序進(jìn)行相關(guān)操作，較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)備管理，保障設(shè)備的安全運(yùn)行，提高了維護(hù)水平，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)管控。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)管理消防終端設(shè)備相比傳統(tǒng)人工管理不僅提高了設(shè)備利用率，更增強(qiáng)了儀器設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性。

參 考 文 獻(xiàn)

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