曹西良
中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南 郑州 450002
摘要：基于物联网的智慧消防系统综合运用物联网、云计算、大数据、移动互 联网等新兴信息技术，本解决方案重点利用LoRa烟雾探测和温度传感器、LoRa门/窗磁探测传感器、LoRa地磁传感器、LoRa消防主机监控系统、LoRa供水压力监控系统等多种系统以及综合管理平台对消防的各个部位进行精细化管理；实现信息化与消防业务工作的深度融合，帮助相关部门实现“传统消防”向“现代消防”的转变。
关键词：LoRa；物联网；智慧；消防；
一、解决方案
本方案主要基于LoRa技术打造支持长距离低功耗的LoRaWAN无线物联网通讯系统，实现基于物联网的智慧消防。方案实现架构图如下所示：
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1、设计思路
分层分布式结构：系统结构上采用分层分布式设计，纵向分为三层：应用层、业务支撑层和设备层。
灵活的组网模式：系统为其它管理系统预留了通讯接口，可以进行相关数据信息的转发和远传，从而实现资源信息的共享，完成系统间组网。
模块化、智能化的设计理念：系统软件采用模块化的设计理念，各功能管理模块如前置机、数据服务、人机界面、数据库维护、实时监控绘图等，各部分之间不互相影响。模块化的设计思想提高了系统的灵活性、可靠性。
扩展性强：对于现场设备只需增加一次相应的通讯装置，并将设备连接到通讯网络层上就可实现系统底层扩展。
2、网络拓扑
本方案的网络分为三个层级，终端- LoRa网关-平台。LoRa网关（基站）部署在消防区域的楼顶、通信塔或一些适合通信的建筑顶部，上行通过运营商的3G/4G/5G网络上联到消防中心的消防管理平台，下行通过LoRa无线信号与各个智能终端互联互通，实现报警、检测结果、控制信令等数据的实时转发与传输。系统方案包括了各消防传感器数据的远程获取，统一管理平台的数据分析，以及基于移动互联网终端的实时查询等。
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3、传感器数据的获取
在各楼道处安装集成LoRa通讯终端的烟雾探测传感器通过LoRaWAN无线物联网搜集各区域有无冒烟着火情况；在各楼栋的防火门处安装集成LoRa通讯终端的门磁探测传感器，通过LoRaWAN无线物联网各防火门的开关信息,在各喷淋处安装水压和液位传感器，用于收集各消防喷淋和消防栓的状态。在各消防通道安装地磁等传感器用于发现消防通道占用的情况。在消防主机处安装集成LoRa通讯终端，用户信息传输装置可与有线消防主机进行有线对接，主动读取消防主机实时信息，将报警信息实时推送至云平台。
4、数据的传输
终端的数据传输采用基于Semtech最新扩频技术辅以低功耗MCU进行优化控制调度通信，实现低功耗、长距离、安全交互的无线通信方案。LoRa技术传输距离远，抗干扰能力强等特性，正常情况下LoRa终端模块与LoRa数据采集基站之间采用单跳通信模式，无需多级路由这也大大降低设备终端的功耗。具有整体建设成本低，系统容量易扩充等优点。
LoRa数据采集基站具有大容量接入能力和高并发高安全的通信能力，支持GPRS/3G/4G/5G上联通信能力。LoRa数据采集基站与覆盖区域内的所有LoRa终端进行分时数据通信并将采集到的数据封装成IP数据通过GPRS/3G/4G/5G或以太网接口发送到LoRaWAN网络服务器，由网络服务器提供给统一数据平台系统进行处理。
LoRaWAN服务器实现LoRa网关和节点的调度管理，可在线对节点进行激活、可实现动态速率调整，可在线调整节点工作模式，对在网设备进行管理，实现收发数据统计及上下行数据通信调度等功能，对外提供应用API接口，实现与业务应用系统的对接。
LoRa数据采集基站与系统平台之间的通信采用主流网络运营商的光纤链路资源，完成传感器数据向系统平台的回传。
LoRa终端在安装和施工中，偶尔会有个别无法与LoRa数据采集基站连接，无法实现远程数据收发。通常包括以下原因：距离太远、障碍物多、干扰源强。这时就需要使用LoRa通讯中继器，将这些“无连接”终端接入LoRa无线网络。
5、信息管理平台
智慧消防综合信息管理平台是公共综合信息系统对内处理具体事务、对外提供管理服务的具体支撑，从系统功能上来看，主要包括八大子系统：基础信息子系统、日常工作子系统、事件处理子系统、研判分析子系统、考核评估子系统、视频集成子系统、互动交流子系统、系统管理子系统。以电子政务网络和安全专用网络、无线网络为通道，通过开发部署全面覆盖、动态跟踪、联通共享、功能齐全的社会管理软件系统，实现消防“人地物情事”管理信息化，为消防重点要素的动态管控、基层民情形势的分析研判提供信息化支撑云平台。
二、智慧消防典型应用
智慧消防主要应用于消防主机联网监控、消防水系统联网监控、无线独立式烟感监控、燃气泄漏检测、消防通道占用管理、防火门管理、消防排烟系统检测、城区火灾监控、安全用电监控等。如图所示：
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总之，就本方案而言，实现智慧消防的关键是对各消防传感器数据的获取、分析和处理。技术的关键在于稳定可靠的LoRa集成终端、LoRaWAN网关、LoRaWAN网络服务器，并具有无线联网功能的低功耗智能传感器。本方案将基于城域物联网的基础无线通讯网络，将由传感器采集的数据和外部获取的数据在数据分析应用平台进行人工智能分析，为消防安全做到保驾护航。
参考文献：
[1]公安部2017年10月10日发布的《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》