【摘要】智能型消火栓及远程监控平台系统，是基于目前消防栓存在着一些遭破坏、保养难、使用乱、安装分散、管理难等问题而研发的。系统将消火栓作为物联网的节点，进行远程及智能化、信息化管理，实现了消火栓阀门开度大小、全方位撞倒、偷盗铜接头时的震动、开阀偷水的状态、供水压力、欠压状态、电池电压及工作环境温度采样等实时检测功能。降低了消火栓管理、维护成本、提高了消防队救火的成功率，对消防部门、供水企业和社会安全都具有极大的现实意义。

  【关键词】智能消火栓；远程监控平台；消防安全

1 研发背景

  消灭栓是在出现火情灾害时消防部门用于取水灭火的一种装置，而平时却处于闲置且需要维护的状态，数量巨大并且安装分散。消火栓犹如一个军人，是“养兵千日，用兵一时”的救火取水控制设备。

  消火栓的特点使得其管理情况非常复杂，消火栓的建设使用设计公安消防机构、供水企业和其他的建设单位。公安消防机构检查、发现市政道路消火栓损坏或不能正常使用时，通知供水企业进行维修。单位和居民住宅配建的消火栓由机关、团体、企业事业单位和居民委员会，协助消防部门做好责任区内的公共消火栓的维护管理工作，其使用主要满足于消防管理部门使用，而维护、管理则由供水企业自身承担。目前消防栓及其管理存在的问题又：

1.1 市政消火栓遭破坏程度大

  一是临街门面房业主由于市政消火栓在店门口，影响车辆、人员通行，害怕耽误了生意，擅自拆除、迁移市政消火栓；二是街道两旁的自行车停车场以及堆放垃圾等场所埋压、圈占市政消火栓；三是由于道路改造施工、车辆撞击等各种原因，致使市政消火栓遭到破坏，关键时刻严重影响看消防灭火救援的顺利开展；四是一些不法分子盗窃市政消火栓。

1.2 市政消火栓日常维护和保养落实不到位

  因无法实时掌握城区的消火栓总量、消火栓工作状态、消防水压情况，造成管理、维护不到位的现象。

1.3 消火栓临时使用程序不规范

  市政消火栓是一个地区的灭火专用设施，凡未经当地公安消防机构批转，一切非消防使用坚决杜绝。任何单位或个人不得擅自使用，如因特殊情况确需使用，必须经公安消防部门批准后方可使用，并且规定使用的时间和地点。但是由于缺乏有效的管理手段，消防栓被擅自打开使用的事情时有发生。例如安装在绿化带内的消火栓被用于绿化浇灌，居民打开消火栓取水，却不及时关闭阀门，造成了消防水极大的浪费。

  由于消防山的安装非常分散，要像实时掌握消防栓的工作状态需要一种全新的管理手段。随着物联网技术的发展，通过各种有限和无线网络可以将物体和互联网融合，将物体的信息实时准确地传递到互联网上。因此，在消防栓上安装传感器定时采集相关信息通过网络传输，可以收集安装分散的消防栓运行状态。在此基础上消防栓监控平台软件就可以实现对安装分散且数量巨大的消火栓状态地集中管理，客服目前消火栓人工管理所遇到的问题

2 智能消火栓设计

  系统由智能消火栓信号采集通讯传输主控模块、消防水压检测系统、综合监控平台三部分组成。实现对消火栓的GIS定位，移动终端远程现场管理，开创了我国消火栓智能化的先例。实现阀门开度大小、全方位撞倒状态、偷盗铜接头时的震动状态、消火栓供水压力、欠压状态、电池电压及工作环境温度采样等检测功能。主控模块通过串口控制GPRS通信模块传送信号至监控数据中心，告知管理部门消火栓的实时运行情况。智能消火栓控制原理如图1所示。

2.1 防偷水设计

  如图2设计，在消火栓顶端盖1内的转轴5上配合设置三个阀位传感器8，阀位传感器8经低通滤波电路9与MCU控制器3相连，MCU控制器3将检测信号通过有线或无线方式送至远程通讯服务器。MCU控制器3通过GPRS向远程通讯服务器发送数据。当打开消火栓用水时对阀门开关状态及开度大小进行检测，并向监控中心发出信号并及时报警，实现消火栓全方位的用水时间长短、用水量大小的检测，以及远程统一管理。这样可以免去日常现场消火栓监督管理的任务，在火情发生时可以快速定位消火栓，提高消防队救火的成功率，辅助决策城市消火栓布局的合理性，及时快速对消火栓进行维护，节约大量的淡水资源。

2.2 防撞倒设计

  在消火栓顶端盖1内设置撞倒传感器5，撞倒传感器5经低通滤波电路6与MCU控制器3相连 ，MCU控制器3将检测信号通过有线或无线方式送至远程通讯服务器，本实用新型中MCU控制器3通过GPRS向远程通讯服务器发送数据。这样一可以实时有效的检测出消火栓被外物撞倒的信号，当有外物如车辆撞倒消防栓，立即向监控中心或者相关管理人员发出信号及时通报，实现消火栓全方位撞倒受损的检测，进行集中统一管理;对工作不正常的消火栓做到及时维护和保养。
2. 3 防振动设计
   在消火栓顶端盖1内设置振动传感器5，振动传感器5经低通滤波电路6与MCU控制器3相连，MCU控制器3将检测信号通过有线或无线方式送至远程通讯服务器。这样可以对消火栓全方位的撞击振动状态进行检测，并向监控中心发出信号及时报警，实现统一管理。

2.4 消火拴供水压力、欠压状态设计

  （1）水压力检测：通过内部结构改进，在消火栓内部设置水压取样管路及压力传感器，通过压力引水管从底部将水压引至压力传感器。传感器外观如图3所示。

  （2）工作原理：采集信号前，先接通第一级供电模块，输出稳定的5v电压，再启动第二级升压模块，输出稳定的24v仪表供电电压，此时仪表工作正常．产生正常的电流输出，通过电流电压转换及运放处理，将最后转换的电压信号送至MCU的ADC口进行采集，并产生水压信号。与其他采集的数据组包写入数据队列，然后通过GPRS向远程通讯服务器发送数据，发送完毕后，判断当前数据队列是否有数据，没有则进入睡眠省电状态，否则继续发送，直至将当前数据队列的数据发送完毕。上位机接收到供水压力信号后，会在人机界面上按设定的欠压值显示消火栓欠压／正常的实时画面，并记录到历史数据库及故障数据库，同时发送短信告知管理人员消火栓的故障状态，提示尽快安排抢修。
3 系统平台软件的主要功能
3．1 监控平台系统结构
系统的硬件结构如图4所示

3．2 平台软件结构
   如图5所示，平台设计的软件架构为：基于B／S模式、基于Jaya的J2EE架构，具有跨平台、高可靠、易扩展的优势；使用在页面的表现力和交互性上都远远超过基于javascript、html技术的flex富表示层技术来实现人机交互界面。运行平台为：采用开源的postgresql数据库，应用服务器推荐使用tomcat 7；服务器操作系统为1inux。基于平台采采用的技术及开发环境，系统优势如下： l
   1)完全实现自主创新
    (1)符合国家政策。平台完全采用开源技术，实现了自主创新，彻底摆脱了对跨国垄断性商业公司的依赖。
    (2)软件工程管理刨新。采用了最新的敏捷开发方式，极大地提高了系统质量和开发效率。
   2)实现业务整合
    (1)内外部所有系统使用统一的平台，将消火栓实际维护和日常管理无缝链接，基本实现了智能消火栓管理、使用全程信息化。
    (2) 充分利用计算机技术，根据消火栓实际反馈情况对消火栓的管理进行了全面梳理，提高了消火栓管理的效率。
    (3)将先进便携的平板电脑与GIS系统相结台，给消火栓日常维护和使用带了极大的便利。
   3)基于Web的富客户端界面，通过IE浏览嚣即可使用软件界面告别了传统Web软件数据显示呆板、操作不灵活、页面需要不断刷新等缺点，而是全面模拟了一个桌面操作环境，使用户仿佛进入一个专用的操作系统实现对软件功能的操作。
   4)跨平台技术
    (1)智能消火栓监控平台是一个有机整体，采用了组件开发模式，方便根据需求进行改动和重新组装，能够迅速开发出适应新需求的功能，开发效率大大提高。
    (2)充分利用了flex、Linux、postgresgl等开源技术的优势。从底层进行优化和完善，使得整个系统性能达到最优。
    (3)跨平台系统，实现了一套系统在Windows、Linux、Mac、Android等多种异构系统中运行，而不需要对源代码做任何修改。
   5)低成本实现开发、维护、升级
    (1)开发成本降低。开源技术基本是免费的，也不存在知识产权问题，不用花额外的钱去购买版权和更多的服务费用。据估计，操作系统、数据库、中间件、开发工具等采购成本至少节约500万7~1400余万元。
    (2) 维护成本降低。系统只采用了一种技术，所有的功能都以组件或模块的形式存在，这样既节省了维护成本，又降低了维护风险。
    (3)升级成本降低。组件模块化的设计使得系统可以随需而变。对于将来可能出现的二次开发需求，升级项目只需要使用更少的人力、更短的时间，更小的工作量。

  6）易于扩展，便于升级改造

  系统开发语言为java、Web服务器为tomcat、操作系统为Linux、数据库为postgresql。系统架构采用组件模块化设计，易于灵活配置，即插即用，利于功能扩展，以便于后期对系统的升级和改造工作。
   7)维护方便
   由于采用了MVC架构，代码更加规范，可读性增强，代码量减少，修改代码非常方便。仅通过代码量来比较．系统的维护强度低。
   8)最低投入实现软件正版化
   通过应用开源软件，我们体会到采用开源软件有以下好处：
    (1)低成本实现正版化。开源软件基本免费，将极大地节约用户成本，尤其是做大型网站集群应用时，开源软件将惊人地节约支出。同时，如果用户的技术实力较强，可以自行布署维护。完全可能实现零成本完成正版化。
    (2)降低市场风险。由于拥有了所有源代码，减少了市场风险。传统商业软件往往闭源，牢牢控制了源代码，用户只能受制于商业软件公司。如果市场变化，商业软件公司倒闭破产或者合同终止，意味着项目的前途暗淡。而开源软件拥有大量个人和社区在随时维护升级，因此新版本的软件很容易获取，源代码开放透明，用户也可能参与，进行自行修改升级．极大地降低了市场风险。即使开发方退出，使用方都不用担心系统的可持续发展。
    (3)产品质量更可靠．传统商业软件往往由公司内部人员开发，软件的质量通常与软件公司的开发人员水平有关。而开源软件通常是由社会上大量技术高手在维护升级，用户自身也可以参与修改。因为开源软件的用户较多，软件存在的bug一般都会被及时发现和修补，也不存在商业公司为了声誉而故意隐瞒缺陷的情况，软件更加安全，质量更加可靠。在规范的开源软件基础上开发应用，也可使今后软件项目的设计、编程等工作更加规范。
3．3 软件系统主要功能
   软件系统主要功能如图6所示。

   1)系统常规功能
系统维护——用户权限设置(角色有消防总 队、水司、城管)；远程GPRS通讯参数设置：报警数据上下限设定；启用生效及检修失效设置：数据轮巡间隔设定(系统默认一天)：运行状态修止设置；区域管理设置。
   接收处理功能——自动监听端口数据：自动分类保存所接收的实时数据：运用多线程处理技术来保证并发数据接收稳定性和处理速度。
   自动报警功能——自动接收报警数据：供水管网图及报警数据以多种报警方式同屏直观显示；报警记录打印输出，GSM短信通知相关人员．各监测点状态以不同颜色显示区分被盗、偷水、损坏、被撞、电池电压及工作室环境温度等状态。
   数据显示功能——利用城市及供水管网GIS服务。搜索指定区域消火栓，显示消火栓状态．实时数据图形化显示、分析、报表打印；报警信息实时突出滚动显示；历史数据图形化显示、分析、曲线及报表打印： 对不同数据曲线图具有复合显示的功能．以便对比分析效据变化趋势。
   统计分析功能——统计设备完好率：接各种条件查询历史数据曲线；同屏复合显示多条曲线．对比分析变化规律。
   节点维护功能——监控平台把每个监测点定义为一个节点，管理员可以随时编辑修改节点内容，增加节点、删除节点及修改节点。
   地图维护功能——管理员可以导入、编辑修改地图信息；由供水部门将已经安装的按约定的消火栓节点、供水压力节点属性表上报消防部门，由消防管理部门完成数据的录入及生效启用工作。
   2)GIS系统
GIS系统包含web GIS就、和移动GIS，主要功能包括基础GIS数据维护、巡线管理和移动GIS终端操作等三大功能。基础GIS数据维护功能主要是为了管理GIS数据库中的数据，由维护人员对GIS数据进行查询、修改、添加等操作，使GIS数据能实时、准确地反映当前消火栓的状态。移动GIS终端操作功能是为现场人员提供的，可用移动GIS终端(如智能手机、平板电脑等)进行现场定位，查询消火栓的位置和数据，上传消火栓维修记录、安装信息包括图片信息和文字记录到系统数据库中。
GIS系统达到了如下具体目标：
   (1)现场定位精确一信息全面准确：系统基于准确的数字地图，利用GPS定位和GIS查询精确地定位消火栓位置，并现场即时上传消火栓安装信息、查看消火栓状态以及维修记录等，从而大大提高现场工作效率，并能对消火栓偷盗进行定位和跟踪。

   (2)信息实时更新，响应速度快：系统应为消火栓管理人员提供了一个集中管理的平台，消火栓异常状态自动通知维护人员。现场发现的问题、详细信息、都可以实时地传输监控中心，从而使管理人员可以全面的掌握消火栓的现状，及时获得最新的信息，从而提升整体的消火栓管理和维护水平，防止消火栓的非法使用和人为破坏。

   （3）利用移动GIS终端帮助消火栓的使用人员快速定位消火栓位置，现场掌握周边消火栓状态，为救火赢得了宝贵的时间。

4 消防安全

  1)从消火栓管理部门和各单位、社区角度看：
    (1)免去日常现场消火栓监督管理的任务。平台使消防部门从消火栓监督管理的日常事务中解脱出来，只需根据系统提示定期检查消火栓阀门是否能正常开启。
    (2)在火情发生时可以快速定位消火栓。可以在火灾发生时根据GIS地图快速地找到确实可用的消火栓，以免贻误救火。
    (3)通过消防栓水压远程检测提高消防队救火的成功率。
    (4)辅助决策城市消火栓布局的合理性．
  2)从供水企业角度看：
   (1)及时快读对消火栓进行维护。可以在消火栓出现故障或损坏的第一时间得到系统的通知并告知故障类型，通过系统定位迅速找到故障消火栓位置，及时修复消火栓。
   (2)节约大量的淡水资源。在消火栓被盗用或损坏时可能造成大量的水资源浪费，在消火栓阀门被打开或发生相关故障系统会通知管理人员，告知消防水被盗用等情况，避免浪费，挽回因消火栓漏水和不良用水造成的经济损失。
  3) 从社会阿全角度看：
   (1)避免了因消火栓不可用而造成的人民生命财产的损失。平台可以实时控制消火栓的安全运行状态，保证消火栓每时每刻都处于可用状态，避免了因消火栓没水或其他故障阻碍消防员救火而造成不必要的生命财产损失。
   (2)城市智能消火栓远程控制系统是提高公共消防服务水平和社会化水平的有效途径。
   (3)城市智能消火栓远程监控系统降低消火栓管理、维护成本。

5 结束语

  消火栓作为城市消防的基础设施，消防水正常与否在灭火中起着关键的作用，但经常出现火灾现场的供水管线抢修停水、消防栓出不了水，或出水少，延误了灭火的最佳时段，造成了更大的人身财产损失状况。我国消火栓主要包括以下三类：市政道路配建的消火栓，单位配建的消火栓。居民住宅配建的消火栓．目前每年因消火栓漏水、菜场违规用水、工地施工偷水等现象屡有发生，造成供水行业的水量损失不计其数：擅自从消火栓取水不仅会降低水压造成附近居民用水困难。面且由于消火栓随意开启，造成的消防设施损毁情况也十分严重，严重影响了城市的消防安全。

  智能型消火栓及远程监控平台系统的应用，实现了对消火栓顶端盖开启状态的实时监测，并向监控中心发出信号并及时报警，方便了消火栓的日常集中统一管理，免去了日常现场消火栓监督管理的任务。并且在火情发生时可以快速定位处于正常工作状态的消火栓，提高消防队救火的成功率，辅助决策城市消火栓布局的合理性，及时快速对消火栓进行维护，节约大量的淡水资源，从而避免因消火栓不可用造成的人民生命财产的损失，提高公共消防服务水平和社会化水平，降低消火栓管理、维护成本，这对消防部门、供水企业和社会安全都具有极大的现实意义。