一种基于物联网的智能消防系统的制作方法

1.本发明涉及消防技术领域，具体涉及一种基于物联网的智能消防系统。


背景技术：

2.现有技术中，虽然有火灾防控系统，如有基于烟感探头和喷头的楼宇自动 化智能系统，室内消防系统指安装在室内，用以扑灭发生在建筑物内初起的火 灾的设施系统。它主要有室内消火栓系统、自动喷水消防系统、水雾灭火系统、 泡沫灭火系统、二氧化碳灭火系统、卤代烷灭火系统、干粉灭火系统等。根据 火灾统计资料证明，安装室内消防系统是有效的和必要的安全措施。但是传统 的消防装置基本基于人为控制，缺乏智能性。
3.物联网的出现解决了人为控制的问题，物联网用途广泛，遍及多个领域。 现有的消防系统监控能力差，输送能力不足。
4.现有的消防系统监控能力差，输送能力不足。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于物联网的智能消防系统，所述 的基于物联网的智能消防系统包括：
6.检测模块，设置在检测节点位置，其用于实时监测节点位置灾情；
7.采集模块，设置在疏通节点位置，其用于采集疏通节点场景信息；
8.计数模块，安装在疏通节点位置，其用于对疏通节点人流量进行计数；
9.疏散指示模块，安装在疏通道路交叉点上，其用于对人员进行疏散进行指 示；
10.灭火组件，安装在检测节点位置，并与消防栓连通，其用于对火源进行灭 火；
11.控制中心，其用于构建一个大地空间坐标系；在大地空间坐标系上构建一 个三维建筑模型，所述的三维建筑模型与建筑物成比例一一对应，控制中心标 定检测节点坐标和疏通节点坐标；控制中心接收检测模块的火灾信号，并确定 火灾位置点及火灾范围；控制中心接收计数模块的计数信号，并通过计数信号 获得节点人流量；控制中心通过火灾位置点和节点人流量进行灾情动态场的威 胁态势分析并得出最优逃生路径；并通过疏散指示模块进行疏散指示，并控制 灭火组件进行灭火。
12.优选的：所述灭火组件安装基座、驱动组件、外套管和第二连接管，安装 基座安装在检测节点位置；安装基座的内部固定设置有第一连接管，第一连接 管为圆管状结构，第一连接管与消防水管连通；安装基座上转动设置有外套管； 驱动组件，安装在安装基座上与外套管连接，驱动组件用于驱动外套管转动； 外套管的内部螺纹配合嵌套有升降管，第一连接管的一端转动伸入到升降管的 上部，安装基座上固定连接有嵌套杆，嵌套杆上转动且可滑动设置有第二连接 管，第二连接管的一端伸入到升降管的下部，第二连接管的另一端固定连通有 出水管；第一连接管和棱管部之间设置有控制阀门，控制阀门通过第一连接管 和第二连接管相对移动进行开关。
13.优选的：所述出水管包括外管和内管,外管径向连通在第二连接管的端部， 外管
的内部滑动设置有内管,内管上开设有若干透孔，外管和内管之间设置有弹 簧,弹簧使内管缩入到外管的内部。
14.优选的：所述第二连接管包括圆管部和棱管部,圆管部和棱管部同轴连通， 棱管部固定嵌入到升降管的内部，升降管是上部为圆形下部为棱形的管状结构， 升降管的下部与棱管部截面形状对应。
15.优选的：所述棱管部上设置有卡圈，升降管的内部设置有卡槽，卡圈和卡 槽形状对应，卡圈嵌入到卡槽的内部，实现升降管和棱管部连接。
16.优选的：所述控制阀门包括按压杆和转动板,转动板偏心转动设置在第一连 接管或者第二连接管的内部，弧形槽开设在转动板转动中心一侧的管壁，弧形 圈固定连接在转动板转动中心另一侧的管壁；转动板的一段弧度直径大于第一 连接管或者第二连接管的直径，并嵌入到弧形槽的内部；按压杆固定连接在第 二连接管或者第一连接管的端部，转动板和按压杆在第二连接管和第一连接管 的相对设置，按压杆与转动板偏心侧对应；水压使转动板转动，弧形槽和弧形 圈对转动板转动进行限制；当第一连接管和第二连接管相对移动，按压杆顶在 转动板的偏心侧，使转动板反向转动使第二连接管和第一连接管连通；检测模 块检测火灾发生位置，当第一连接管和第二连接管端部接触，升降管和第一连 接管无法相对移动，使外套管带动第二连接管转动，出水管朝向火灾发生位置； 当检测模块检测到多个方向时，驱动组件驱动出水管转动进行全方位消防。
17.优选的：所述驱动组件包括电机、主动齿轮和从动齿轮，电机安装在安装 基座上，安装基座的输出轴同轴固定连接有主动齿轮，从动齿轮同轴固定连接 在外套管上，主动齿轮和从动齿轮啮合。
18.优选的：所述安装基座上设置有罩壳，罩壳将主动齿轮和从动齿轮覆盖在 内。
19.优选的：所述检测模块包括温度传感器、烟雾浓度传感器和可燃气体浓度 传感器中的一种或者多种组合。
20.优选的：所述烟雾浓度传感器包括：烟雾报警器、红外管、运算放大器、 烟雾单片机，首先烟雾报警器将红外管接收到的感应光转换成电信号，然后将 电信号通过运算放大器进行放大，接着由烟雾单片机对放大后的电信号进行ad 采样；若超过阈值表明有烟，烟雾单片机则通过i/o口输出高电平至微控制器， 若未超过阈值则表明无烟，烟雾单片机则输出低电平；最后微控制器通过i/o 终端检测上升沿下降沿即可判断是否有烟，再将数据通过收发器进行发送。
21.本发明的技术效果和优点：智能消防系统能够为逃生者规划出合理的、高 效的逃生路径，从而指导逃生人员快速地、高效地利用宝贵的逃生时间进行逃 生，尽可能的减少人员伤亡，使建筑中的人群更快速的逃离火灾现场，也避免 发生火灾时出现人群恐慌而引起一系列更为严重的后果。除此之外，该系统通 过变换不同的指示还可以向消防员提供被困人员的位置信息，以方便消防人员 进行营救。
附图说明
22.图1为本发明提出的一种基于物联网的智能消防系统结构框图。
23.图2为本发明提出的一种基于物联网的智能消防系统中灭火组件的结构示 意图。
24.图3为本发明提出的一种基于物联网的智能消防系统中灭火组件的内部结 构示
意图。
25.图4为本发明提出的一种基于物联网的智能消防系统中第二连接管的立体 结构示意图。
26.图5为图3中a的局部放大结构示意图。
27.图6为图3中b的局部放大结构示意图。
28.附图标记说明：安装基座1，电机2，主动齿轮3，从动齿轮4，外套管5， 第二连接管6，嵌套杆7，出水管8，第一连接管9，升降管10，外管13，弹簧 14，内管15，圆管部16，棱管部17，按压杆18，弧形圈19，转动板20，弧形 槽21。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实 施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所 公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。 选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的 普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实 施例。
30.实施例1
31.参考图1，在本实施例中提出了一种基于物联网的智能消防系统，用于对 大型建筑物火灾应急逃生，所述的基于物联网的智能消防系统包括：检测模块、 采集模块、计数模块、疏散指示模块、灭火组件和数据指挥中心。
32.检测模块，设置在检测节点位置，用于实时监测节点位置灾情；所述的检 测节点位置可以是房屋的房顶、走廊房顶、房间顶等易于发生灾情的地方。检 测模块可以是烟雾感应器、红外线感应器等，可以感应火灾发生，为现有技术， 具体在此不做赘述。
33.检测模块可以包括温度传感器、烟雾浓度传感器和可燃气体浓度传感器中 的一种或者多种组合，温度传感器即测量周围环境的实时温度，该温度传感器 的原理框图，温度传感器可以主要包括电源模块、微控制器模块、传感器模块、 射频模块共四个部分。电源模块由于考虑安装方便，不受电源供电的限制，节 点可以采用电池供电。由于大多数微控制器模块采用3.3v供电，故电源模块均 选取3.6v的供电电压为标准，考虑到孚特er14505型号的电池容量适中、体积 合适，供电稳定而且价格最低，故本技术选用孚特er14505型号的电池。
34.烟雾浓度传感器包括：烟雾报警器、红外管、运算放大器、烟雾单片机等， 首先烟雾报警器将红外管接收到的感应光转换成电信号，然后将电信号通过运 算放大器进行放大，接着由烟雾单片机对放大后的电信号进行ad采样。若超过 阈值表明有烟，烟雾单片机则通过i/o口输出高电平至微控制器，若未超过阈 值则表明无烟，烟雾单片机则输出低电平。最后微控制器通过i/o终端检测上 升沿下降沿即可判断是否有烟，再将数据通过sx1276收发器进行发送，烟雾检 测节点其余部分与温度检测节点一致。单片机可以采用单片机msp430，微控制 器可以选用微控制器stm32l073rzt6。收发器可以选用sx1276收发器。
35.可燃气体浓度传感器优选mp-4可燃气体传感器，mp-4可燃气体传感器采 用多层厚膜制造工艺，当环境空气中有被检测气体存在时，mp-4可燃气体传感 器电导率发生变化，该气体的浓度越高，mp-4可燃气体传感器的电导率就越高， 电信号越强烈。由于空气中
物体的不完全燃烧可能产生co、甲烷、乙烷等可燃 气体，mp-4对甲烷有着极高的灵敏度。mp-4可燃气体传感器需要施加2个电压, 加热器电压(vg:5v
±
0.1v ac or dc)和测试电压(vcc:≤24v dc)。其中vg用于 为传感器提供特定的工作温度，vrl是传感器串联的负载电阻(rl)上的电压。vcc是为负载电阻rl提供测试的电压，须用直流电源。
36.采集模块，设置在疏通节点位置，用于采集疏通节点场景信息；采集模块 安装在疏通节点位置上，疏通节点位置可以是走廊、楼梯、过道等交汇口等人 员疏通经过地方，便于采集疏通的实际状况，采集模块可以是摄像机等，在此 不做赘述。
37.计数模块，安装在疏通节点位置，用于对疏通节点人流量进行计数；计数 模块可以安装走廊、楼梯、过道等交汇口等。
38.疏散指示模块，安装在疏通道路交叉点上，用于对人员进行疏散进行指示。 通过疏散指示模块对疏散路径进行指示，从而便于人员进行疏散。所述的疏散 指示模块可以是指示牌、指示屏幕等，具体在此不做赘述。
39.参考图2～图3，灭火组件，安装在检测节点位置，并与消防栓连通，用于 对火源进行灭火。所述的灭火组件安装基座1、驱动组件、外套管5和第二连 接管6，安装基座1安装在检测节点位置。安装基座1可以是板状结构，安装 基座1的四角开设有安装孔，螺栓通过安装孔安装在房屋的顶部。安装基座1 的内部固定设置有第一连接管9，第一连接管9为圆管状结构，第一连接管9 与消防水管连通。安装基座1上转动设置有外套管5。驱动组件，安装在安装 基座1上，与外套管5连接，用于驱动外套管5转动。驱动组件可以包括电机 2、主动齿轮3和从动齿轮4，电机2安装在安装基座1上，安装基座1的输出 轴同轴固定连接有主动齿轮3，从动齿轮4同轴固定连接在外套管5上，主动 齿轮3和从动齿轮4啮合，电机2驱动主动齿轮3转动，主动齿轮3带动从动 齿轮4转动，从而可以驱动外套管5转动。当然，电机2和外套管5之间也可 以通过皮带轮连接，具体在此不做赘述。安装基座1上可以设置有罩壳，罩壳 将主动齿轮3和从动齿轮4覆盖在内，从而可以避免杂物进入到主动齿轮3和 从动齿轮4之间造成传动阻碍，同时保证了安全性。外套管5的内部螺纹配合 嵌套有升降管10，第一连接管9的一端转动伸入到升降管10的上部，安装基 座1上固定连接有嵌套杆7，嵌套杆7上转动且可滑动设置有第二连接管6，第 二连接管6的一端伸入到升降管10的下部，第二连接管6的另一端固定连通有 出水管8。参考图6，所述的出水管8包括外管13和内管15,外管13径向连通 在第二连接管6的端部，外管13的内部滑动设置有内管15,内管15上开设有 若干透孔，外管13和内管15之间设置有弹簧14,弹簧14使内管15缩入到外 管13的内部。参考图4，第二连接管6包括圆管部16和棱管部17,圆管部16 和棱管部17同轴连通，棱管部17固定嵌入到升降管10的内部，升降管10是 上部为圆形下部为棱形的管状结构，升降管10的下部与棱管部17截面形状对 应，棱管部17上设置有卡圈，升降管10的内部设置有卡槽，卡圈和卡槽形状 对应，卡圈可以嵌入到卡槽的内部，从而实现了连接。第一连接管9和棱管部 17之间设置有控制阀门。控制阀门通过第一连接管9和第二连接管6相对移动 进行开关。驱动组件驱动外套管5转动，外套管5转动驱动升降管10和第二连 接管6向第一连接管9移动，使控制阀门打开，以此实现了第一连接管9和第 二连接管6连通。参考图5，所述控制阀门包括按压杆18和转动板20,转动板 20偏心转动设置在第一连接管9或者第二连接管6的内部，弧形槽21开设在 转动板20转动中心一侧的管壁，弧形圈19固定连接在转动板20转动中心另一 侧的管壁。转动板20的一段弧度直径大于第一连接管9或者第二连接管6的直 径，并
嵌入到弧形槽21的内部，按压杆18固定连接在第二连接管6或者第一 连接管9的端部，转动板20和按压杆18在第二连接管6和第一连接管9的相 对设置，按压杆18与转动板20偏心侧对应。在水压的作用下，水压使转动板 20转动，弧形槽21和弧形圈19对转动板20转动进行限制，从而形成密封。 当第一连接管9和第二连接管6相对移动，按压杆18顶在转动板20的偏心侧， 使转动板20反向转动使第二连接管6和第一连接管9连通。检测模块可以检测 火灾发生位置，当第一连接管9和第二连接管6端部接触，升降管10和第一连 接管9无法相对移动，从而可以使外套管5带动第二连接管6转动，可以使出 水管8朝向火灾发生位置，从而可以进行定向消防。当检测模块检测到多个方 向时，驱动组件驱动出水管8转动，从而可以全方位消防，提高了消防能力。 通过出水管8的转动速度不同，内管15伸出长度不同，从而可以控制出水量。 具体在此不做赘述。
40.控制中心，与检测模块、采集模块、计数模块、疏散指示模块可以通过无 线网络连接，也可以是有线连接，具体在此不做赘述。控制中心用于构建一个 大地空间坐标系，大地空间坐标系可以以建筑物的一个点作为原点。在大地空 间坐标系上构建一个三维建筑模型，所述的三维建筑模型与建筑物成比例一一 对应，控制中心标定检测节点坐标和疏通节点坐标。控制中心接收检测模块的 火灾信号，并确定火灾位置点及火灾范围。控制中心接收计数模块的计数信号， 并通过计数信号获得节点人流量。控制中心通过火灾位置点和节点人流量进行 灾情动态场的威胁态势分析并得出最优逃生路径；并通过疏散指示模块进行疏 散指示，并控制灭火组件进行灭火。
41.在本发明实施例中，将检测模块安装在检测节点位置，将采集模块安装在 疏通节点位置上，并对检测模块和采集模块的位置点进行定位，控制中心构建 监控三维模拟场景，检测模块和采集模块分别处于三维模拟场景的检测节点位 置和疏通节点位置上，三维模拟场景与现实的场景一一对应；当发生灾情时， 检测模块实时监测节点位置灾情，发现有灾情时，将信号传递给控制中心，控 制中心通过检测模块采集信息和疏通节点信息进行灾情动态场的威胁态势分 析；通过采集模块采集各个疏通节点位置上的疏通信息，计算得出最优逃生路 径，并将最优逃生路径发送给疏散指示模块，疏散指示模块接收最优逃生路径， 并进行逃生路线指示，指示逃生人员快速逃生。
42.在本发明实施例中，所述的建模规则：
43.1、建筑内所有对象(例如房间、走廊、楼梯等)被抽象为点。
44.2、对象间的拓扑关系被抽象为线，若两个节点之间可以通达，则用弧段连接。
45.3、根据火灾态势信息场中的安全系数值和影响参数的标准化量设置权值。
46.4、在构建复杂多层建筑室内几何连通路径时，首先对提取各楼层的二维几何 空间路径网，然后以楼梯或电梯连通各楼层的几何路径网。
47.建模核心步骤：
48.首先在不考虑火灾威胁态势信息的前提下，提取建筑物室内应急疏散路径 的几何与拓扑信息；然后基于当前实时接入的室内火场的传感器实时监测数据， 动态更新室内火灾威胁态势三维动态信息场，并将室内火灾威胁态势三维动态 信息场中各体素单元的火灾威胁态势信息，语义映射至几何路径，实现应急疏 散路径的语义增强；最后，在室内应急疏散的几何路径构建的火灾态势语义信息 约束下，进行几何路径的空间通达性以及连通性计算，并在此基础上对应急疏 散路径拓扑重构，实现应急疏散路径的动态优化。
49.在本发明实施例中，所述的最优逃生路径包括：
50.根据火灾威胁态势信息场数据以及建筑室内数据模型，采用最短路径分析， 即实现逃生路径的动态优化，从而实现对人员逃生疏散路径的动态规划。
51.最短路径算法可以为dijkstra算法和floyd算法。dijkstra(迪杰斯特拉) 算法是典型的单源最短路径算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路 径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。dijkstra 算法研究的是从初始点到其他每一结点的最短路径，而floyd算法研究的是任 意两结点之间的最短路径。考虑到火灾逃生过程中商场安全出口的数量并不多， 我们选用相对计算量小且符合应用场景的dijkstra算法。
52.具体算法描述：设g＝(v,e)是一个带权有向图，把顶点集合v分成两组， 第一组为已求出最短路径的顶点集合(用s表示)，第二组为其余未确定最短 路径的顶点集合(用u表示)，按最短路径长度的递增次序依次把第二组的顶 点加入s中。在加入的过程中，总保持从源点v到s中各顶点的最短路径长度 不大于从源点v到u中任何顶点的最短路径长度。此外，每个顶点对应一个距 离，s中的顶点的距离就是从v到此顶点的最短路径长度，u中的顶点的距离， 是从v到此顶点只包括s中的顶点为中间顶点的当前最短路径长度。
53.本系统根据改进的单源最短路径算法dijkstra算法和建立的火灾态势信 息场模型实现逃生路径的优化，确定最优疏散路径。其中，信息场模型的影响 因素有相对位置信息(s
ij
)、人员密度信息(f
ρij
)、各个疏散通道的宽度(l)。
54.dijkstra算法基本思想：按距u0从近到远为顺序，依次求得u0到g的各顶 点的最短路径和距离，直至v0(或直至g的所有顶点)，算法结束。
55.构造赋权图g＝(v,e,w)，其中，顶点集v＝{v1,k,vn}，这里v1,k,vn表示各个 节点，e为边的集合，邻接矩阵w＝(w
ij
)n×n，这里w
ij
表示顶点vi和vj之间的距离， d(u0,v0)即为u0、v0之间的最短距离。为避免重复并保留每一步的计算信息，采 用了标号算法。算法结束时，从u0到各顶点v的距离由v的最后一次标号l(v)给 出。在v进入si前的标号l(v)称为t标号，v进入si时的标号l(v)称为p标号。算 法不断修改各顶点t标号，直至获得p标号。若在算法运行过程中，将每一顶 点获得p标号所由来的边在图上标明，则算法结束时，u0至各顶点的最短路径 也在图上标出来。
56.显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创 造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本 发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限 定，均按照本领域的常规手段进行实施。