无线城市智能消防系统方案设计

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摘要：无线Mesh网络在家庭、企业、公共场所、智能交通等诸多领域都具有广阔的应用前景，本文将介绍WMN在消防系统中的应用――城市智能消防系统，从城市智能消防系统的系统设备、系统网络结构、方案设计进行了简单分析。

关键词：无线网络城市智能消防系统

1 系统设备

城市智能消防系统提供全面的消防信息，系统覆盖城市内所有的建筑设施，同时本系统还与交通系统、医疗救助系统相连，三者之间设立专门的通信机制用以互联。本系统由以下五个部分组成。

1.1 消防监控专用无线传感器 传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。ICE的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。”无线传感器网络就是由传感器节点通过无线通信协议连接构成的网络。

消防监控专用无线传感器具有以下功能：①火警判别功能。该功能用于判断是否发生火灾。②有毒气体和可燃气体检测功能。用于探测事故现场是否含有可燃气体和有毒气体。③温度、湿度检测功能。可以检测传感器周围一定区域内的温度和湿度。④火灾预警功能。传感器通过对周围环境中可燃气体含量、温度、湿度等参数的检测，若检测结果超出了一定的标准传感器就会发出预警信号。⑤无线信号收发功能和地址信息记录功能。传感器可以将采集到的信息和自己的地址信息通过无线的方式发送到与其相邻的无线接入点，同时还可以接收无线接入点返回的确认信号。

1.2 视频监控部分 视频监控功能有两个方面：一是用来传回事故现场的实时画面，二是用作一般的视频监控系统。从而实现一物两用的效果，视频数据通过一个WMN终端向无线接入点发送数据。为了节省开销，在没有发生火灾事故时，该终端不工作，只有发生险情时，才由传感器发出的信号启动。

1.3 无线接入点（AP） 无线接入点是系统中用来收集传感器信息的最小单元，每个无线节点可以覆盖一座或几座建筑物，若干个无线接入点和一个无线网关构成一个蜂窝小区。无线接入点的功能如下：①智能天线设计，全天候设计，容易安装并具备高可靠性；②无线路由选择和无线中继传输；③消防监控传感器终端无线接入功能。

1.4 无线网关（WG） 无线网关是将无线网络链接到有线网络的桥梁，它具有以下特点：①工作在5GHz的频段；②提供点到点无线回程，可以将一个（或一组）无线接入点AP链接到有线接入点；③可以增加WMN部署的灵活性和减少通信回程的建设成本；④可以提供远达30km的无线传输距离；⑤在4km距离上，支持最高达54Mbps的无线连接；

1.5 系统终端 系统中端由高性能计算机、显示系统和通信指挥系统三个部分构成。计算机对收集到的数据进行处理，并根据设定的程序输出需要的信息，这些信息主要包括：火灾（或其他安全事故）的发生时间和地点，火灾的级别、火灾的类型、火灾现场的实时情况、到达事故现场的最优路线等。其中最优路线的选择需要结合交通系统的信息来给出，由于此内容非本文的研究重点，这里就从略。显示系统就是将需要的信息显示在指挥大厅的屏幕上。指挥系统用于人员调度和协调各个部门的工作。

2 系统网络结构

2.1 WMN网络结构 城市智能消防系统的WMN结构如图所示。

本方案在结构上划分为：消防监控专用无线传感器及视频监控终端、无线平台、中央控制中心、应用用户。这里的无线平台和中央控制中心是整个网络方案的核心，这两层为整个城市提供及时可靠的消防信息。

2.2 系统的工作流程 本系统是一个适应全天候、复杂气象环境下工作的可靠的消防预警报警系统。它向消防部门提供及时、准确的消防信息，包括火灾（或其他安全事故）的发生时间和地点，火灾的级别、火灾的类型、火灾现场的实时情况、到达事故现场的最优路线等。同时，该系统还向交通和医疗救助部门发送事故信息，以便交通部门做出合适的交通管制，以便消防人员和医护人员能在最短的时间内赶到事故现场进行救援。本系统的工作流程如下：①无线传感器――无线接入点：传感器每隔一小段时间向AP申请入网，若AP空闲则返回空闲确认，接着传感器将测得的信息发送到AP；若AP忙碌，则进行随机退避，随机退避结束后再申请发送。发送成功后，AP返回完毕确认信号。②AP――WG：采用PRUA MAC协议和CFPR路由协议。③WG――控制中心：与英特网相连，同时与交通系统和医疗救助系统互连。以上三步是确保信息的可靠传送，接下来就是中央控制中心对收集到的信息进行处理的部分。④若无异常情况发生，系统继续对整个城市进行消防监测，同时还可以进行设备自检。⑤若检测到存在火灾隐患，则进行预警，同时派出消防人员到现场进行安全隐患排除。⑥若发生火灾，则立即与交通系统和医疗系统取得联系，同时确定火灾的发生时间和地点，火灾的级别、火灾的类型、现场的环境（空气成分、温度、湿度等）、到达现场的最优路线等，同时开启现场视频监控系统，以帮助制定救灾策略和协助消防人员进行灭火和救援，必要时还可以通过公安部门进行交通管制。

3 方案分析

火灾是我们日常生活中出现几率较大的一种人为（或非人为）的灾害，它给人们带来了严重的生命财产损失。对于受灾人员来说，时间就是生命，每争取一秒的救援时间，活下去的机会就增加一分。本系统正是本着人民生命财产安全高于一切的理念而设计的。通过我设计的这一系统，可以尽最大可能对火灾险情进行预报，即便火灾已经发生了，也可以最大程度的降低生命财产损失，特别在拯救受伤者生命上，有着巨大地作用。本设计的灵感来自于美国一种枪击事件侦测系统，通过声纳探测，系统可以准确地找到枪击事发地点，并以最快的速度调配警力到事发现场。

本系统可以作为未来城市消防系统建设的一个很好的方案，但是就现今我国城市的发展水平而言，本系统还存在几点不足之处。

3.1 不足之处 ①在现阶段，本系统比较难在我国各大城市中得到普及。原因有两个方面：第一，我国城市基础设施建设相对落后，特别是在城市的智能化、网络化上，与我国的比邻日本存在着较大的差距，而系统要求有比较先进的设施与之配套，这就使得系统很难与我国城市现有的设施相结合。第二，系统的设备成本相对来说较高，就我国现今的经济水平而言，只有少数像广州、上海等发达的城市才能承担得起。②系统没有自己独立的网络，在接入到控制中心前需要英特网接入，因而在网络安全上存在一定的隐患。

3.2 改进方法 ①在允许的情况下，以降低系统性能来换取对城市基础设施兼容性的要求。②可以建立专用的中继设施，比如用中继站就可以将信息间接传输到中央控制中心。

参考文献：

[1]IEEE 802.11 Standard Group WebSite [EB/OL].www.省略 /11/.

[2]陈琳琳，刘乃安.无线Mesh网络与IEEE802系列标准.通信世界，2008.

[3]Hung-Yu Wei，Samrat Ganguly，Rauf Izmailov，Zygmunt J.Hass.Interference-Aware IEEE 802.16 WiMAX Mesh Network.IEEE VTC.2005，pp.1-5.