一种安全加密的消火栓系统的制作方法

1.本实用新型涉及无线通信、轻量级加密算法、gps/beidou定位、信息安全、智能传感等技术和应急消防领域，具体的说涉及该领域内的一种安全加密的消火栓系统，这是一种具有高安全保障的消防救援系统，能实时监测市政水务管网水压和消火栓状态（水压、位置、是否撞到、倾斜、开盖、漏水等）。


背景技术：

2.消火栓作为智慧城市基础设施建设的重要一环，其重要性正逐渐凸显出来，但是消火栓巡检不及时不到位、偷水漏水、不同程度损坏等传统问题依旧屡见不鲜。现在的智慧消火栓是基于更换不同尺寸消火栓帽或者闷盖来实现水压的采集和数据的无线传输，仍不能定位消火栓的具体位置，很难提高消防寻找可用水源的救火效率，甚至还给市政水务管网带来了信息泄露的隐患。地下水务管网分布状态同互联网同样重要，事关百姓生命财产安全，一旦遭到恶意攻击，需要大量的人力、物力来弥补损失。因此亟需一种既具备数据无线传输、又具备导航定位，还能抵御网络攻击的安全消火栓系统。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种安全加密的消火栓系统，具有传感数据采集、远程监控、无线通信传输功能，还融合了gps/beidou全球定位和信息加密功能，可以实时定位消火栓的位置并确保只有授信人员可以使用。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种安全加密的消火栓系统，其改进之处在于：包括南向信息采集子系统和北向应用云平台，其中南向信息采集子系统是固定在消火栓主体上的智慧终端，包括电源供电模块、mcu控制模块、加解密模块、签名认证模块、无线通信模块、定位模块、存储模块、智能传感器模块，mcu控制模块与无线通信模块、智能传感器模块、定位模块、存储模块电连接，存储模块与智能传感器模块通过i2c通信，无线通信模块通过签名认证模块和加解密模块与存储模块电连接，mcu控制模块控制智慧终端内的各模块工作，电源供电模块为智慧终端内的各模块供电；北向应用云平台包括签名认证模块、密钥管理模块、加解密模块、用户和终端管理模块；南向信息采集子系统和北向应用云平台之间通过运营商基站进行无线通信。
6.进一步的，智慧终端采用背包形式。
7.进一步的，电源供电模块采用锂亚电池供电并配合nb—iot低功耗技术。
8.进一步的，无线通信模块采用nb—iot通信技术。
9.进一步的，定位模块为双模定位模块l76-lb，模块内部集成gps和beidou两种定位方式，同时搜寻gps和beidou两种导航星系。
10.进一步的，智能传感器模块包括水压检测、三轴加速度检测、敲击震动检测和电压监测子模块，电压监测子模块与电源供电模块电连接。
11.进一步的，系统嵌入信息安全加密技术，通过数字鉴权和身份认证这种授权访问机制，在终端、平台和服务器之间建立会话访问机制，在系统平台层和网络层之间建立安全通信链路。
12.本实用新型的有益效果是：
13.本实用新型所公开安全加密的消火栓系统，不仅可以实时采集、传输数据，还引入了数字鉴权、身份认证和检验校验机制，可以对上下行数据进行加解密，建立起线上线下无缝衔接的“数字信任”，降低信息明文传输过程中由数据嗅探带来的信息泄露风险，更好的保障平台、终端业务全天候不间断安全运行。
14.本实用新型所公开安全加密的消火栓系统，除了采集、存储、传输数据外，还能够嵌入加密认证、授权访问机制，通过数字鉴权和身份认证，终端、平台与服务器建立会话访问机制，在系统平台层和网络层之间建立安全通信链路，以此来降低恶意中间人服务攻击。弥补了市政消火栓系统缺乏有效管理和安全认证机制的管理漏洞，通过对使用人员进行身份鉴权认证、对传输数据进行加解密，不仅提高了水务部门的管理效率、消防部门的使用效率，还有效的保障了市政消火栓的安全性与可靠性，进一步保障了居民的生命财产安全。
15.本实用新型所公开安全加密的消火栓系统，运用nb—iot低功耗、大连接的特性保障消火栓场景电池的使用寿命；内嵌智能传感器模块和gps/beidou定位模块，能够实现地下水务管网的可视化管理，实时监测消火栓的经纬度和状态信息，直观获取城市地下管网布局和水压薄弱点分布，有效发现消火栓安全问题，为水务和消防部门提供真实可靠的消火栓分布，降低运维成本，提高救火用水效率；采用数字签名和校验等安全机制，不仅可以确保数据无失真传输，还可以确保文件未被篡改，能够保证消火栓远程无线通信数据的完整性和准确性。
附图说明
16.图1是本实用新型实施例1所公开消火栓系统的组成框图；
17.图2是本实用新型实施例1所公开消火栓系统中智慧终端的外观示意图；
18.图3是本实用新型实施例1所公开消火栓系统中智慧终端的安装效果示意图；
19.图4是本实用新型实施例1所公开消火栓系统智慧终端中mcu控制模块的电路示意图；
20.图5是本实用新型实施例1所公开消火栓系统智慧终端中无线通信模块的电路示意图；
21.图6是本实用新型实施例1所公开消火栓系统智慧终端中定位模块的电路示意图。
具体实施方式
22.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.实施例1，本实施例公开了一种安全加密的消火栓系统，针对现有消火栓系统存在的平台层、网络层数据泄露隐患和非授信服务器恶意访问的安全漏洞，将消火栓采集系统、信息传输系统、加密系统和云服务处理系统有机融合。该系统包括人员鉴权管理、设备注册
管理、信息加解密服务和终端状态监测等功能，可解决当前消火栓功能单一、缺乏智能传感采集和控制以及面临的安全问题，弥补市政消火栓未能形成智能化精细化管控的不足。如图1所示，该系统基于物联网、大数据、信息安全加密、云服务和无线通信等技术手段，分为南向信息采集子系统1和北向应用云平台2，其中南向信息采集子系统是固定在消火栓主体上的智慧终端，包括电源供电模块11、mcu控制模块12、加解密模块13、签名认证模块14、无线通信模块15、定位模块16、存储模块17、智能传感器模块18，mcu控制模块与无线通信模块、智能传感器模块、定位模块、存储模块电连接，存储模块与智能传感器模块通过i2c通信，无线通信模块通过签名认证模块和加解密模块与存储模块电连接，mcu控制模块控制智慧终端内的各模块工作，电源供电模块为智慧终端内的各模块供电。北向应用云平台包括签名认证模块21、密钥管理模块22、加解密模块23、用户和终端管理模块24。终端管理模块用来注册智慧终端设备，应用云将记录好每一个设备的id号，然后借助密钥分发模块用这些id号的参数来创建与其对应的初始化密钥，再将该私密密钥存储在密钥管理模块和智慧终端的存储模块。平台功能主要用于用户授权认证与智慧终端注册管理，智慧终端状态（倾斜预警，水压预警，地图定位显示等）实时查看，远程固件升级等，从而实现水务管理部门对市政消火栓的远程监管，实时监测水压状态、按月分析，对非法偷水用水、恶意损坏等行为进行实时监督与分析，一旦消火栓出现异常可远程授信运维人员进行维护。南向信息采集子系统1和北向应用云平台2之间通过运营商基站3进行无线通信。
24.如图2所示，智慧终端采用背包形式。图3是智慧终端安装在消火栓主体上的效果示意图；图4是mcu控制模块的电路示意图。电源供电模块采用锂亚电池供电并配合nb—iot低功耗技术，放电持久，智慧终端正常状态可连续工作5-8年。图5是无线通信模块的电路示意图，无线通信模块采用nb—iot通信技术。图6是定位模块的电路示意图，定位模块为双模定位模块l76-lb，模块内部集成gps和beidou两种定位方式，同时搜寻gps和beidou两种导航星系。智能传感器模块包括水压检测、三轴加速度检测、敲击震动检测和电压监测子模块，电压监测子模块与电源供电模块电连接。系统嵌入信息安全加密技术，通过数字鉴权和身份认证这种授权访问机制，在终端、平台和服务器之间建立会话访问机制，在系统平台层和网络层之间建立安全通信链路。
25.应用云为了鉴别接入终端的合法性，需要在平台上预先配置终端的注册包（imei、设备名称、协议类型等），然后平台会分配给终端一个特有的id。因此终端接入平台之前，需要在平台上先创建设备，设备连接平台后，首先需要上报终端信息，用于身份识别，然后才能进行通信。无线通信模块采用nb—iot通信技术，通过运营商物联网卡和基站进行通信。无线通信模块传输打包后的传感器采集的数据，传输前通过数据加解密模块和签名认证模块对数据包中除去帧头和校验和的传感数据进行认证加密，加密完成后在数据包的校验和位置加入校验码，合并成完整的数据包后经无线通信模块将上行加密数据发送到服务器，此过程使用的加密密钥是存储在智慧终端存储模块内传感数据头中终端id对应的密钥。
26.应用云通过tcp/ip协议访问服务器，当服务器收到南向子系统上传的加密数据后，签名认证模块通过密钥管理模块查询与数据头中的终端id号对应的密钥，然后利用id和密钥对数据进行判断，首先判断数据帧头是否正确，正确则进行下一步的校验操作，否则返回丢弃帧头的响应报文，校验操作是对除帧头和校验和之外的部分进行校验，将得到校验码与原数据的校验码对比，相同则进行下一步的解密操作，否则返回丢弃校验码的响应
报文。加解密模块使用同一个密钥对数据进行解密，然后将解密后的原始数据发送给终端管理子系统和数据存储模块。终端管理子系统根据自身id号将属于自己的数据信息分门别类的呈现在应用云平台的不同业务子系统，包括终端、用户、地图显示界面、消火栓位置定位界面和消火栓状态信息（倾角、水压、电压、经纬度、撞击等），这些不同类型的信息将经过服务器分析处理后，拼装在平台的同一张动态三维电子地图上。当发生消火栓异常告警时，地图上该消火栓将开始跳动并闪烁，后台人员只需点击闪烁的消火栓即可弹出该消火栓的详细告警信息供管理部门查看，然后点击弹窗内该消火栓的注册运维人员，即可通过微信小程序/app弹窗/短信提醒等有效手段通知运维人员实现远程派单，运维人员再根据该消火栓的位置信息找到该消火栓进行维护，并将处理结果反馈给平台进行消警，完成消警操作后，电子地图上该消火栓将停止跳动和闪烁，告警信息前红色警示灯变为绿色，至此完成一轮智慧消火栓的监控和管理：异常告警-接警-派单-维护-消警-恢复正常。