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1、第3 6 卷第l o 期2 0 1 0 年1 0 月信息化研究I n f o r m a t i z a t i o nR e s e a r c hV 0 1 3 6N o 1 00 c t 2 0 l O基于物联网的城市消防远程监控系统张辉，陈古典(中山大学工学院智能交通系统重点实验室，广东省广州市5 1 0 0 0 6)摘要：根据物联网的概念和体系结构，结合视频监控系统，建立了基于物联网的城市消防远程监控系统结构，从监控指挥中心、公安消防管理部门和联网单位等系统用户的角度，分析了远程监控系统的功能，并主要论述了远程监控系统在感知层实现所需要的关键技术，包括不同厂家的消防主机联网及报警数据
2、通信协议制定，以及不同厂家视频监控系统的联网及视频控制协议制定。关键词：物联网；消防远程监控系统；火灾报警系统；视频监控中图分类号：T P 3 9 3 0 20 引言随着社会和社会经济的不断发展，城市高层建筑、大型建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，关乎到人民群众生命和财产安全的消防工作日益重要。目前很多建筑安装了消防火灾自动报警系统，可在一定程度上做到了火灾预警。这些消防监控系统基本上都是各单位独立选购安装与独立工作的，监控系统一旦发现火灾就会发出警报，单位值班人员收到警报后立即验证，确认火灾后通知消防单位，由消防单位进行扑救。但是由于人为因素导致火灾信息漏报、迟报，报警设备出现故障没有及时恢
3、复开通的情况时有发生，由此造成火势蔓延，酿成巨大损失。因此，现实的状况要求现代化的城市消防必须形成一个有效的城市消防远程监控系统，时刻监控城市建筑的情况。当发生异常情况时，立即向监控部门报警，及早确定火情，将火灾控制、消灭在萌芽阶段，以减少城市火灾带来的灾难。同时，对部署了安防视频监控系统的单位来说，当发生火灾报警时，能够实现对报警区域进行联动视频监控，不仅可以对消防指挥中心部门判断火灾报警提供详实的依据，更可以为火灾救援单位提供报警现场的视频图像，能够使救援单位更有效、明确的开展火灾救援工作。因此，建立城市消防远程监控系统并结合视频监控系统势在必行。物联网的概念最早在1 9 9 9 年提出，
4、是由许多在空间上分布的自动装置通过无线、有线等通信网络连接组成的计算机应用网络，通过该网络实现信息采集、分析处理和设备监控等功能，从而达到对物品跟踪、监控、管理等目的。因此将物联网的建设思路引入到城市消防远程监收稿日期：2 0 1 0-0 8 1 6。控系统，可以更有效的对城市消防建筑单位进行监控与管理，降低火灾发生的机会，减小火灾造成的危害。1 物联网的结构物联网从应用出发，利用互联网、无线通信网络将用户终端设备联网结合，构建一个实现终端物品信息实时共享的巨大网络结构J。物联网应该具备三个特征：一是全面感知，即利用R F I D、传感器、智能前端等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各
5、种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制1 2J。在业界，物联网大致被公认为有三个层次口J：底层是用来感知数据的感知层，是物联网发展和应用的基础，包括R F I D 感应器、传感器等数据采集设备；中间层是数据传输的网络层，包括移动通讯网络、互联网以及信息中心、网管中心，对应数据处理有云计算平台；最上面则是内容应用层，应用于社会上多个行业领域，比如物流监控、智能交通等众多领域，如图1 所示。圆圆圜固园圈1研E 三三三盏盏三j 引圆圆圆!=二二二二二二二二二玉二二二二二二二
6、二二二jl 基le d r t D,一 臣巫妇臣亟口：f 蕃I 厂而田n 丽嗣几丽闲I图1 物联网体系结构5 5 万方数据技术应用-信息化研究2 0 1 0 年1 0 月2 远程监控系统的结构城市消防远程监控系统是通过有线、无线通讯网络将各建筑物内独立的火灾自动报警系统联网，运用地理信息系统进行定位，并与视频监控联动等对所有辱器麓国謦禽霉；三i；i联网单位建筑进行实时火警监控，对消防设施进行集中管理的消防信息化应用系统。根据物联网的体系结构，建立城市消防安防联动远程监控系统，同时参考城市消防远程监控系统技术规范(G B5 0 4 4 0-2 0 0 7)4 1，系统结构图如图2 所示。图2 基
7、于物联网的城市消防远程监控系统结构对应物联网的体系结构，图2 中城市消防远程监控系统的感知层感知和采集的是消防建筑火灾报警信息和视频监控信息。其中消防报警联网装置感知和采集的是火灾报警信息，联动视频联网装置感知和采集的是联动视频信息。远程监控系统的网络层是系统采用的前端联网装置与监控中心之间的专用网，与网络运营商合作，将火灾报警信息、设施状态信息、消防安全管理信息和联动视频信息传送至监控中心。远程监控系统的应用层包括两个阶段，监控中心是第一阶段的应用，城市消防接出警中心、公安消防管理部门和联网用户通过专用网或公用通信网进行第二阶段的应用。3 远程监控系统的功能物联网的功能主要体现在应用层的用户
8、需求上，同理，城市消防远程监控系统的功能也是针对应用层的用户需求，其用户主要包括监控指挥中心、公安消防管理部门、联网单位等 J，系统根据不同用户需求具有不同的功能，如图3 所示。监控指挥中心是整个系统的中枢，监控中心的用户可以配置和使用系统的所有信息，包括的功能主要有：a)实时火警监控功能；5 6 城市消防安防联动远程监控系统监控指挥中心ll 公安消防管理部门I联网单位能员火动监控功防勤管图3 消防远程监控系统功能图自消防习b)地理信息系统定位功能；c)联动视频监控功能；d)消防设备管理监督功能；e)消防值班人员巡查功能；f)消防安全管理信息查询。公安消防管理部门通过城市消防远程监控系统，不仅
9、可以及时收到火警信息以安排出警，并可使用系统平台对联网用户自身消防安全管理状况和消防安全重点单位进行监控，可以提高消防监控的针对性和有效性。公安消防管理部门使用的主要功能包括：a)实时火警联动功能；b)视频监控功能；万方数据第3 6 卷第1 0 期张辉，等：基于物联网的城市消防远程监控系统技术应用c)消防设备管理监督功能；d)消防安全管理信息查询功能。联网单位既是监控对象又是消防服务的受益者。联网单位通过远程监控系统可以管理本单位值班人员考勤，查看本单位消防设施运行情况，学习消防业务知识，提高单位自身的消防安全管理水平。联网单位使用的主要功能有：a)考勤管理功能；b)自身设施管理功能；c)自身
10、消防安全管理信息查询；d)消防业务学习查询功能。4 远程监控系统的关键技术城市消防远程监控系统的建立实现按照物联网的建设思路，在感知层、网络层、应用层等三个层面上进行研究其实现的关键技术，这里重点研究其在感知层上的关键技术，包括两个方面。4 1 不同厂家消防主机的联网目前消防市场用户使用的消防主机品牌众多。大部分消防主机报警输出接口是串口，也有其他类型接口。远程监控系统采用消防报警联网装置实现各个消防主机联网，必须要有统一的联网接口【6J。同时，各个厂家报警输出数据通讯协议不一致，因此需制定统一的联网报警输出数据通讯协议o。以爱德华E S T 3 火灾报警系统主机为例，使E S T 3与远程指
11、挥中心联网，需要完成软件和硬件两方面的工作。软件方面，需要编写采集E S T 3 报警数据的联网程序，则必须获悉E S T 3 的数据通讯协议。E S T 3 有两种协议，一种是报警设备主机(或称控制面板，F A C P)与各个报警探头和输入输出控制模块之间的数据通信，另一种是主机与P C 机之间的通信。对于联网程序只需获悉第二种通讯协议，这种协议也被称为外部通信协议E C P【9J。E S T 3 系统的F A C P 上专门提供有R S-2 3 2 标准串行通信接口用于与P C 机或串行打印机通信，其F A C P 的串行通信被设置为采用二进制数据流的方式，并且采用主从方式进行通信。F A
12、 C P为通信的发起端(主站)，而P c 机则作为从站端。当消防探头发生报警时，F A C P 主动向P C 机发送数据流，而从站只对主站发送的信息进行响应，从不主动发送信息。因此联网程序采集到这些二进制数据流，必须得知根据E C P 来获取这些二进制数据流的具体包含信息，包括探头状态(火警、故障)、时间日期、模块及探头编号等。外部通信协议E C P 的获取需与产品厂家联系，由厂家提供通信协议具体说明，并根据采集的E S T 3 二进制数据进行剖析和验证。硬件方面，F A C P 需要有外部硬件接口与消防联网设备连接。由于E S T 3 系统的F A C P 已有的R S-2 3 2标准串行通
13、信接口已与联网单位的P C 机连接，因此需要对E S T 3 系统进行设备改造，在E S T 3 系统的F A C P 中增加一块串口通信扩展卡。串口通信扩展卡的功能是增加一个串行通信接口，并在不影响设备主机正常工作的情况下，实时同步获取与设备主机发往P C 机的一致的二进制数据流。串行接口可采用标准的3 线连接方式，即对2 5 针接口只连接第2、3 和7 引脚即可(对9 针接口是2、3、5 引脚)旧J。F A C P 和P C机的串行通信接口参数均被设置成：8 位数据位、l 位停止位、无校验位。4 2 不同厂家视频监控系统的联网同消防市场一样，用户建筑的视频监控系统类型品牌多样，目前通用的视
14、频监控系统结构以视频矩阵和硬盘录像机居多【l0|。已有的视频监控系统具备了局域网内部联网功能，但需要将单位建筑内部视频监控与远程监控系统采用的专网联网，使监控中心在发生报警时获取报警位置的监控视频，同时保证单位自身监控视频的安全性，必须根据视频系统不同的结构采取不同的联网方式。以D V R(硬盘录像机)为例，根据实际需求可采取图4 所示的三种联网架构。(a)中，联动视频联网装置通过D V R 的S D K 指令登录到D V R 中，将实时视频流图像调用到联网装置中，并对调用的视频进行编码，通过专用网发布到远程监控系统。(b)为联动视频联网装置通过D V R 的S D K 指令登录到D V R
15、中，对D V R的实时视频流图像进行抓图，通过专用网将实时图片发送到远程监控系统，也可以根据需求在联网装置中将获取的图片转换为视频并编码之后发送到远程监控系统。(c)中采用工控机与视频采集卡结合的方式，在工控机中安装视频采集卡，视频采集卡与D V R 视频输出口对接，当视频输出口占用时增加视频分配器即可，工控机发送视频采集指令后，采集卡采集模拟视频流传输到工控机，工控机再对视频进行编码并通过流媒体方式发布到专用网中。图4 的三种视频监控系统联网方案需要根据实际的不同情况，按照用户需求进行选择实现，三种方案各有优缺点。方案(a)的优点为：视频质量好、延迟短，多路视频切换方便；缺点为：软件开发工作
16、量大，无法实现兼容多型号D V R，网络流量大、费用高。方案(b)的优点为：兼容性好，技术实现容易，网络流量很小；缺点为：非视频流、信息量小。方案(C)的优点为t 视频质量好、实时稳定，软件开发5 7 万方数据技术应用信息化研究2 0 1 0 年l O 月，罩笛：蘧ILID V R泰蚕、)、I!堡塑蕉崮丝I1；矗磊；f=i 高亍。二叫甩I一L-f-)一u、一i 0 习崖年避恻蚕)7 一、，7、(丽产幢r 蓝簧竭I 蚕)iq 冈剿盥I 蜀竺妻j、一一7_ 一-(-)_ 一J 一图4 视频监控系统联网方案工作量小；缺点为：一个采集卡只能采集一路视频，无法实现多路视频切换，采集卡投入成本大。另外，对
17、于多路视频控制、切换等协议，各个厂家又有所不同，也需要在监控中心平台上制定一个统一的视频控制协议。5 结束语我国一些城市在八九十年代开始尝试消防远程监控系统建设，有些城市的远程监控已经初具规模。这些系统在全面提升城市防范和抵御火灾综合能力中的积极作用不断显现，取得了一定的成效。但从整体情况看，由于消防远程监控系统的建设仍处于起步阶段，发展也不平衡，存在着许多技术、政策、规范等方面的制约因素，因此需要进一步推动向纵深发展。基于物联网的城市消防远程监控系统。可以进一步提高建筑单位消防安全管理水平，提高公安消防部门监督管理质量和效率，为提高消防工作社会化水平提供有力的技术支撑和保障，提升城市预防和防
18、御火灾的综合能力。参考文献 1 刘玮，王红梅，肖青，等物联网概念辨析 J 电信技术，2 0 1 0，5 7(1)：5 8 2 刘化君物联网体系结构研究 J 中国新通信，2 0 1 0，1 2(9)：1 7-2 1 3 沈苏彬，范曲立，宗平，等物联网的体系结构与相关技术研究 J 南京邮电大学学报：自然科学版，2 0 0 9，2 9(6)：1-1 1 4 G B5 0 4 4 0-2 0 0 7，城市消防远程监控系统技术规范 s 5 邹超群，李华章，李春华，等数字城市消防远程监控系统的设计与建设实践 J 智能建筑，2 0 0 8，6(1)：5 3-5 6 6 王军，赵辉，马青波城市远程消防监控系统
19、建设的技术要点 J 消防科学与技术，2 0 0 7，2 6(5)：5 5 0-5 5 2 7 高宏，严志明我国城市消防远程监控系统的发展方向 J 消防技术与产品信息，2 0 0 8，2 1(9)：5 7-6 0 8 赵炯，吴金宗，宋蕴璞E S T 3 火灾报警系统外部通信协议剖析研究 J 制造业自动化，2 0 0 8，3 0(1 1)：4 6 4 8 9 赵炯，熊肖磊，周奇才串行数据传输协议的剖析研究 J 制造业自动化，2 0 0 8，3 0(1 1)：4 6 5 0 1 0 丁忠校视频监控系统的应用现状与发展综述 J 科技咨询导报，2 0 0 7，4(2 8)：4 7 4 8 张辉(1 9
20、7 3-)，男，副教授，主要研究方向为智能洲控系统、信号处理技术和模式识别技术。C i t yF i r eR e m o t eM o n i t o r i n gS y s t e mB a s e do nI n t e r n e to fT h i n g sZ H A N GH l l i C H E NG u d i a n(S c h o o lo fE n g i n e e r i n g，S u nY a t s e nU n i v e r s i t y，G u a n g d o n gP r o v i n c i a lK e yL a b o r a t o
21、 r yo fI n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m，G u a n g z h o u51 0 0 0 6C h i n a)A b s t r a c t：A c c o r d i n gt ot h ec o n c e p ta n da r c h i t e c t u r eo ft h ei n t e r n e to ft h i n g s，t h ea r c h i t e c t u r eo fc i t yf i r er e m o t em o n i t o r i n gs
22、 y s t e mw a se s t a b l i s h e da n dc o m b i n e dw i t ht h ev i d e om o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nt h ei n t e r n e to ft h i n g s T h ef u n c t i o no ft h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mw a sa n a l y z e df r o mt h ev i e wo ft h es y s t e mu s e r s，s u c ha
23、st h ec o n t r o lc o m m a n dc e n t e r，p u b l i cs e c u r i t yf i r em a n a g e m e n ta n dn e t w o r k i n gu n i t s A n dt h ek e yt e c h n o l o-g i e sn e e d e di nt h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mw e r ed i s c u s s e dm o s t l yi nt h ep e r c e p t i o nl a y e r，
24、i n c l u d i n gt h en e t w o r ko ff i r ea l a r mh o s to fd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r sa n dd e v e l o p m e n to fa l a r md a t ac o m m u n i c a t i o np r o t o c o l，a n dt h en e t w o r ko fv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m so fd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e
25、 r sa n dd e v e l o p m e n to fv i d e on e t w o r kc o n t r o lp r o t o c 0 1 K e y w o r d s：i n t e r n e to ft h i n g s；f i r er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m；f i r ea l a r ms y s t e m；v i d e om o n i t o r i n g5 8 万方数据基于物联网的城市消防远程监控系统基于物联网的城市消防远程监控系统作者：张辉，陈古典，ZHANG Hui，CHEN
26、Gudian作者单位：中山大学工学院智能交通系统重点实验室,广东省广州市,510006刊名：信息化研究英文刊名：INFORMATIZATION RESEARCH年，卷(期)：2010,36(10)参考文献(10条)参考文献(10条)1.GB 50440-2007.城市消防远程监控系统技术规范2.刘化君 物联网体系结构研究期刊论文-中国新通信 2010(09)3.丁忠校 视频监控系统的应用现状与发展综述期刊论文-科技咨询导报 2007(28)4.赵炯;熊肖磊;周奇才 串行数据传输协议的剖析研究期刊论文-制造业自动化 2008(11)5.赵炯;吴金宗;宋蕴璞 EST3火灾报警系统外部通信协议剖析研究期刊论文-制造业自动化 2008(11)6.高宏;严志明 我国城市消防远程监控系统的发展方向期刊论文-消防技术与产品信息 2008(09)7.王军;赵辉;马青波 城市远程消防监控系统建设的技术要点期刊论文-消防科学与技术 2007(05)8.邹超群;李华章;李春华 数字城市消防远程监控系统的设计与建设实践期刊论文-智能建筑 2008(01)9.沈苏彬;范曲立;宗平 物联网的体系结构与相关技术研究期刊论文-南京邮电大学学报(自然科学版)2009(06)10.刘玮;王红梅;肖青 物联网概念辨析期刊论文-电信技术 2010(01)本文链接：http:/