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      【智慧消防】物聯網技術在智慧消防中的應用研究

      中通服咨詢設計研究院有限公司,胡劍飛,丁 寧瀏覽00

      摘要:現有消防系統由于基礎數據感知點有限,難以實現對消防場所及消防設施的全監控和數據完善。文中通過對不同制式物聯網技術進行比較分析,為消防物聯網的構建,提供有益的參考。

      關鍵詞:物聯網  智慧消防  智慧消防物聯網

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      一、背景

      根據應急管理部消防救援局網站統計數據,近十年全國消防部門總接報火災228.2萬起,火災造成死亡人數超過1.5萬人。伴隨著城市建設的快速發展,城市消防安全風險的不斷上升,城市高層、超高層建筑和大型建筑日益增多,建筑消防安全問題越來越突出。消防工作面臨著前所未有的挑戰,傳統工作方式與新形勢、新任務不相適應的矛盾日益凸顯。

      近年來,隨著信息技術飛速發展,現代城市的信息化水平有了很大提高,逐步形成了智慧城市的建設理念。城市消防安全作為城市建設的重要一環,逐步形成智慧城市相匹配的智慧消防。智慧消防已成為大勢所趨。

       

      二、智慧消防

      近年來,隨著物聯網、大數據、云計算、人工智能等一系列科學技術的發展,火災科學、消防技術與消防軟科學等領域作為消防科學技術研究的主要方向。智慧消防行業逐漸向多級啟動、智能化、滅火提效、特殊領域應用等方向發展。具體來說,智慧消防就是利用物聯網、人工智能、虛擬現實、移動互聯網+等*新技術,配合大數據云計算平臺、火警智能研判等專業應用,實現城市的消防的智能化,是智慧城市消防信息服務的數字化基礎,也是智慧城市智慧感知、互聯互通、智慧化應用架構的重要組成部分。

      20171010日,公安部消防局發布了《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》,意見中提出建設“智慧消防”的重點任務和明確工作目標。根據該指導意見,智慧消防提出了五大重點任務

      1)建設城市物聯網消防遠程監控系統;

      2)建設基于大數據”“一張圖實戰指揮平臺;

      3)建設高層住宅智能消防預警系統;

      4)建設數字化預案編制和管理應用平臺;

      5)建設智慧社會消防安全管理系統;

      消防物聯網的構建作為五大重點任務之一,對于相關消防信息的獲取至關重要。也是其他重點任務完成的基礎。

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      三、物聯網相關技術介紹及對比

      國 際電信聯盟( ITU) 發布的ITU 互聯網報告,對物聯網做了如下定義:通過二維碼識讀設備、射頻識別(RFID) 裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網相連接,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

      物聯網的無線通信技術很多,主要可以分為兩大類:

      (1)短距離通信技術:ZIGBEE、WIFI、藍牙、Z-WAVE等;

      (2)廣域網通信技術:LPWAN,低功耗廣域網。

      其中低功耗廣域網(LPWAN,LOW POWER WIDE AREA NETWORK)技術是一種革命性的物聯網無線接入新技術,與WI-FI、藍牙、ZIGBEE等現有成熟商用的無線技術相比,具有遠距離、低功耗、低成本、覆蓋容量大等優點,適合于在長距離發送小數據量且使用電池供電方式的物聯網終端設備。

      由于消防設施分布的區域比較廣,業務主要適用于廣域網技術。因此本文重點針對LPWAN,廣域網通信技術進行對比說明。

      3.1、物聯網技術對比

      目前面向物聯網的LPWAN(低功耗廣域技術)技術可以分為兩類:一是授權頻段的廣域網技術,以3GPP定義的NB-IOT、LTE演進技術eMTC等為代表;另一類是非授權頻段的廣域網技術,包括LoRa、Sigfox等技術,不同類別的LPWAN技術的主導方、部署方式、服務模式均存在差異。

      1NB-IOT 2017616日,NB-IoT技術協議獲得了3GPP 無線接入網(RAN)技術規范組會議通過。同年,工信部發公告稱,在已分配的GSMFDD方式的IMT系統頻段上,電信運營商可根據需要選擇帶內工作模式、保護帶工作模式、獨立工作模式部署NB-IoT系統。頻率使用有效期與相應頻段的公眾移動通信系統頻率有效期一致。即該技術需要應用在運營商已有頻段上。

      2eMTC:基于LTE協議演進而來。使用授權頻段,較NB-IOT來說,更適應于滿足中等速率業務。

      3LoRa:由Semtech公司研發的低功耗廣域網無線通信技術。使用非授權頻段,主要包括433 MHz、868 MHz、915 MHz等。

      4SigfoxSigfox成立于2009年,主要用于低功耗物聯網。使用非授權頻段,法國Sigfox公司對其技術進行嚴格控制,相對封閉,生態系統構建相對緩慢。

      3.1  各種制式的物聯網技術的技術對比

      序號

      制式

      特點

      頻譜

      信道帶寬

      吞吐量

      覆蓋

      模組成本

      功耗

      建網

      1

      NB-IOT

      國 際標準

      授權頻段

      180kHz

      <200kbps

      164dB

      <5$

      10

      LTE軟件升級

      2

      eMTC

      國 際標準

      授權頻段

      1.4MHz

      <1Mbps

      155dB

      510$

      10

      LTE軟件升級

      3

      LORA

      私有技術

      非授權

      125kHz/500kHz

      <37.5kbps

      155dB

      <7$

      10

      新建網絡

      4

      SigFox

      私有技術

      非授權

      100Hz

      <100bps

      162dB

      <5$

      10

      新建網絡

      3.2、物聯網技術定位對比

      各種制式的物聯網技術的定位對比如下表所示:

      3.2  各種制式的物聯網技術的定位對比

      分類

      技術制式

      網絡特點

      網絡定位

      國 際標準

      NB-IOT

      廣域物聯網技術:低成本、電信級、高可靠性、安全性

      可與現蜂窩網絡融合演進的低成本電信級的高可靠性、高安全性廣域物聯網技術

      eMTC

      廣域物聯網技術:電信級、高可靠性、安全性

      電信級、LTEUE等級或演進技術;部分業務具有移動性與語音要求

      私有技術

      LoRa

      局域網物聯網技術:獨立建網、無執照頻段、有風險

      需獨立建網、無執照波段的高風險局域網物聯技術

      Sigfox

      國內無頻譜、不需要傳輸信令、速率低、覆蓋廣,但每天上傳數據有限,不適合數據傳送頻率較高的應用

      不適配國內無執照波段,由Sigfox建網與運營商合作的高成本高風險物聯網技術

       

      四、物聯網在智慧消防中的應用

      消防物聯網是指通過物聯網信息傳感與通訊等技術,采用“感、傳、知、用”等物聯網技術手段,綜合利用 RFID、無線傳感、云計算、大數據等技術,通過互聯網、無線通信網、專網等通信網絡,對消防設施、器材、人員等狀態進行智能化感知、識別、定位與跟蹤,實現實時、動態、互動、融合的消防信息采集、傳遞和處理,通過信息處理、數據挖掘和態勢分析。將消防設施通過社會化消防監督管理和公安機關消防機構滅火救援涉及的各位要素所需的消防信息鏈接起來,實現實時、動態、互動、融合的消防信息采集,傳遞和處理。為政府及相關機構提供必要和可靠的信息,為消防部門提供高價值安全管理解決方案,利用消防物聯網為消防關鍵業務流程服務,利用大數據智慧輔助消防決策,提升城市消防安全水平。從而全面促進與提高社會消防監督與管理水平,顯著增強公安機關消防機構滅火救援的指揮、調度、決策和處置能力。

      通過物聯網技術,構建火災自動報警系統、電氣火災監控系統、消防水源監控系統、消防設施監控系統、消防通道監控系統、九小場所監控系統等。通過這些系統完成1)自動信息采集匯總:重點目標檢測設備、消防設施自動檢測、移動信息采集;2)分級分類遠程監督檢查;(3)滅火救援信息支撐。

      由于多數業務屬于小流量,大連接的業務,同時考慮安全性、可靠性以及穩定性,目前通過租用運營商NB-IOT網絡或自建LoRa網絡來構建消防物聯網成為可選途經。

       

      五、小結

      智慧消防是城市消防建設的必然趨勢,智慧消防物聯網建設順應智慧城市的建設潮流,是智慧城市和消防信息化建設的重要內容。本文通過對LPWAN(低功耗廣域技術)各種制式技術的對比,以及對智慧消防應用的業務類型分析,提出相應的網絡選擇策略,為加快推進智慧消防提供有益的思路。


      關鍵詞: 智慧消防 
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