基于物联网的消防设备管理系统设计

引 言

物联网是互联网的延伸和拓展，是将各类信息传感设备与互联网结合而形成的一个巨大网络 [1]，可实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。近年来，物联网技术在智能家居、智慧交通、智能农业、智能安防、平安城市等领域应用广泛，取得了许多重要成果。

基于物联网技术的设备监管系统已经广泛用于对消防设备 [2]、通信设施 [3]、实验设备 [4]、企业设备 [5] 等类型的设备进行监管。通常情况下，物联网设备管理系统具有设备档案管理、设备使用管理、设备采购和库存管理、跟踪和定位、工作状态监视、查询历史记录以及智能化盘点等功能 [6]。

针对消防终端监测设备安装数量大、部署范围广、安装环境复杂等情况，如果完全依靠人力实现已部署设备的巡查、维护等工作，必然带来不小的成本负担且效率低下。为了解决以上问题，本系统采用物联网技术可实现远距离的设备数据收集、监控、故障排除、设备参数设置等一系列智能管理， 降低运营成本，简化设备运维。

1 系统描述

系统的体系结构如图 1 所示，由感知层、网络传输层、数据存储层和应用服务层组成。

感知层 [7] 的作用在于解决设备互联以及设备运行数据采集问题，涉及的设备包括网关、用户信息传输装置以及 NB-IoT 消火栓监测终端等联网终端和传感器。

网络传输层的作用是实现双向数据交互，完成设备管理系统底层采集与上层应用之间的可靠、安全通信。

数据存储层实现了实时数据、跟踪数据和统计数据的存储。

应用服务层提供对设备的管理、展示和监控。

系统的体系结构如图 1 所示，由感知层、网络传输层、数据存储层和应用服务层组成。

2 系统设计

2.1 底层硬件连接

图 2 展示了设备管理系统的底层设备连接，包括感知层、网络传输层以及平台层。

感知层设备主要包括有线物联网网关、4G 物联网网关、NB-IoT 物联网网关、用户信息传输装置、NB-IoT 消火栓监测终端等消防终端监测设备以及传感器，这些消防终端监测设备是本设备管理系统重点监管的对象。

网络传输层涉及以太网，4G，NB-IoT 这三种传输网络。

有线物联网网关通过 RS 485 接口与用户信息传输装置相连， 将所接传感器的状态以及自身状态上传给用户信息传输装置，然后用户信息传输装置将收到的数据以既定格式发往云平台。4G 物联网网关采用 4G 网络将传感器信息和自身状态信息发送至云平台。NB-IoT 消火栓监控终端、NB-IoT 独立式烟感、NB-IoT 网关均采用 NB-IoT 无线通信方式传递状态数据至云平台。NB-IoT 主要面向大规模物联网连接应用， 与移动通信相比具有覆盖范围广、海量连接、功耗低、成本低等优点 [8]，是物联网通信采用的主要技术之一。

云平台接收消防监控终端发来的数据，解析后存入数据库，为应用程序提供数据支持。

2.2 数据处理

图 3 展示了云平台的数据处理逻辑。云平台在接收到消防监控终端设备发送来的数据之后，按照规定的通信协议进行数据解析，解析之后进入 Rabbit MQ[9] 消息队列。Rabbit MQ 是一种开源的消息中间件，提供可靠、有效的消息交互模式，能够方便地实现系统间的解耦 ；此外，Rabbit MQ 还提供了可视化的监控页面，有助于对平台系统的监控和维护。

图 3 云平台处理逻辑

数据处理服务和事件处理服务从 Rabbit MQ 队列中取数据进行处理。数据处理服务主要处理监控终端设备上报的状态数据，将处理后的数据存入数据库。事件处理服务主要处理用户信息传输装置上传的火警、联动等事件数据，并实现数据入库。

针对数据形式以及业务需求， 数据库采用 MySQL 与Elastic Search 组合的方式。MySQL 数据库存储用户、单位、设备、设备实时数据等信息，Elastic Search存储设备历史数据、历史事件数据等。考虑到设备数量大，每天产生的数据量十分可观，MySQL 数据库对于大量数据查询的响应时间较长，即使采用查询优化等措施效果亦不尽如人意。而 ElasticSearch[10] 是一种分布式海量数据搜索与分析技术，适合对海量数据进行实时数据分析，因此选用 Elastic Search 存储设备历史数据。

2.3 软件设计

设备管理系统应用从这两个数据库中获取数据实现对应的业务逻辑，核心功能如图 4 所示。主要功能包含用户权限、设备管理和设备展示。 

（1）用户权限模块包含用户管理、用户登录。 

（2）设备管理功能包含设备的新增、删除、修改、查询与设备的参数配置。 

（3）设备展示功能为设备实时状态、最新上报数据、历史数据或事件等展示以及多维度的统计分析展示。

3 结 语

文中采用多种传输协议和有线、无线网络对多类消防监控终端设备进行组网，并对这些设备进行信息采集。通过Web 程序进行相关操作，较好地实现了设备管理，保障设备的安全运行，提高了维护水平，实现了科学管控。

利用物联网技术管理消防终端设备相比传统人工管理不仅提高了设备利用率，更增强了仪器设备运行的可靠性、安全性。