0 引 言

我國很多老舊建筑沒有安裝消防報警器或者消防設(shè)施陳舊落后，急需進行現(xiàn)代化改造，以便及時將報警信息上傳至報警中心。消防工作一直是國家保障民生安全的重要工作之一。隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，目前消防系統(tǒng)存在的封閉性突出、相互之間無法傳遞火災(zāi)警情、難以形成完整的網(wǎng)絡(luò)體系等問題，是當(dāng)前智慧消防領(lǐng)域研究的重點 [1]。相關(guān)政策明確指出，養(yǎng)老院、福利院、幼兒園、社區(qū)居民活動場所、老舊居民住宅、宿舍、小旅館等場所需要安裝獨立式煙感報警器。

本文系統(tǒng)采用基于 LoRa的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，結(jié)合前端智能煙感報警器、無線網(wǎng)關(guān)等設(shè)備可以及時有效地將火災(zāi)情況第一時間上傳至消防報警指揮中心，大大提高了火災(zāi)探測的及時性和準確性。該系統(tǒng)使消防人員能夠?qū)崟r掌握搶險救援現(xiàn)場的動態(tài)，提高消防部門的智能化和精準化決策能力 [2]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計架構(gòu)

系統(tǒng)主要由三部分組成，即前端智能報警器、無線網(wǎng)關(guān)、后臺監(jiān)控管理平臺。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖 1 所示。

系統(tǒng)的前端智能報警器可選擇無線煙感報警器、聲光報警器、可燃氣體報警器等。前端設(shè)備為信息傳感設(shè)備，主要負責(zé)采集現(xiàn)場的實時信息并將其傳輸至管理平臺進行處理。無線網(wǎng)關(guān)是整個系統(tǒng)的樞紐站，其作用是橋接終端和服務(wù)器， 接收來自終端的信號并轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，之后將服務(wù)器返回的信號傳送到終端。前端設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間使用 LoRa 技術(shù)進行通信。后臺的監(jiān)控管理平臺建立在消防報警指揮中心，包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web 服務(wù)器等各種軟硬件設(shè)備。

監(jiān)控平臺可以有效地進行遠程消防信息的采集，實現(xiàn)對消防設(shè)備日常運行狀態(tài)的實時、全面以及動態(tài)監(jiān)管 [3]。

2 系統(tǒng)優(yōu)勢

低功耗廣域網(wǎng)（Low PowerWideArea Network，LPWAN）技術(shù)是一種革命性的物聯(lián)網(wǎng)無線接入技術(shù)，與 WiFi、藍牙、ZigBee等現(xiàn)有成熟的技術(shù)相比，具有遠距離、低功耗、低成本、廣覆蓋等優(yōu)點。LoRa作為非授權(quán)頻段（433MHz/470MHz/ 780MHz）的一種 LPWAN技術(shù)，其產(chǎn)業(yè)化更加成熟，商業(yè)化更加完善[4]。表1所列為采用LoRa技術(shù)的智能煙感的特點。

LoRaWAN是為 LoRa遠距離通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一套通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，一個LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含了終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用服務(wù)器四個部分，標準化設(shè)計可確保它們之間的互操作性。與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)相比，LoRaWAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是較為典型的星型拓撲結(jié)構(gòu) [5]，具有結(jié)構(gòu)簡單和功率低等特點。

3 系統(tǒng)主要功能

消防設(shè)備日常管理包括對智能煙感等設(shè)備的檢查、維修、更換電池等，現(xiàn)有管理手段為通過專職人員進行管理和記錄并更新數(shù)據(jù)，工作量巨大，導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)無法被消防管理人員全面獲悉，存在極大的消防隱患 [6]。

通過對前端智能報警設(shè)備集成 LoRa 通信模塊，即可將報警設(shè)備接入 LoRa 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。每一個前端設(shè)備都是一個節(jié)點，每片區(qū)域的節(jié)點將信息傳輸至相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)接入通信公網(wǎng)中與監(jiān)控平臺進行實時通信。網(wǎng)關(guān)可以通過有線、無線 WiFi，3G/4G 網(wǎng)絡(luò)等方式接入公網(wǎng)中。LoRa 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

在該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LoRa 網(wǎng)關(guān)是一個透明傳輸?shù)闹欣^， 連接終端設(shè)備和后端中央服務(wù)器 [7]。網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器間通過標準 IP 連接，終端設(shè)備采用單跳與一個或多個網(wǎng)關(guān)通信。所有節(jié)點與網(wǎng)關(guān)間均是雙向通信，終端與網(wǎng)關(guān)之間的通信是在不同頻率和數(shù)據(jù)傳輸速率基礎(chǔ)上完成的，數(shù)據(jù)速率的選擇需要在傳輸距離和消息時延之間權(quán)衡。由于采用了擴頻技術(shù)，不同傳輸速率的通信不會互相干擾。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用是指在消防預(yù)警現(xiàn)場，采用各種傳感設(shè)備將現(xiàn)場采集的大量信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至消防報警指揮中心。指揮中心的管理人員可以通過這些信息對現(xiàn)場進行救援力量、救援裝備及救援物資的部署 [8]。指揮中心是整個系統(tǒng)的決策中樞，管理人員可以使用系統(tǒng)的所有功能，主要包括以下幾點：

（1）設(shè)備的管理和配置 ：每個前端節(jié)點均包含報警狀態(tài)、位置、電量、設(shè)備識別碼等信息，管理人員能夠方便地對節(jié)點、網(wǎng)關(guān)進行配置，對系統(tǒng)容量進行擴展。

（2）實時報警及通知 ：LoRa 低功耗的特點決定了其可以長時間不停歇地工作，從而實現(xiàn)實時報警，通知方式包括微信、短信、郵件、電話報警等。

（3）基于 GIS 的信息顯示 ：由于每個前端節(jié)點都可以配置位置信息，所以監(jiān)控管理平臺可以通過 GIS 系統(tǒng)實現(xiàn)地圖顯示，可視性更強。為消防部門開展建筑日常管理、設(shè)施維護、應(yīng)急疏散提供便利 [9]。

（4）B/S 架構(gòu)模式，支持云或本地部署 ：B/S 架構(gòu)無需安裝客戶端，方便快捷、交互性強，用戶可以自行選擇將Web、數(shù)據(jù)庫等服務(wù)器部署在本地，或者架設(shè)在云端?；?a href="/tags/云平臺" target="_blank">云平臺的新型物聯(lián)網(wǎng)運營模式比傳統(tǒng)的本地部署擁有更多優(yōu)勢，如信息更加安全可靠、投入成本更低，具有更大的存儲容量、更強的計算能力等。低廉的計算成本與靈活的配置力使云計算產(chǎn)業(yè)在蓬勃發(fā)展的同時也促進了其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進步 [10]。

4 結(jié) 語

LoRa 是當(dāng)前最成熟、穩(wěn)定的窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，目前已經(jīng)在全球范圍內(nèi)廣泛部署。據(jù)最新公布的數(shù)據(jù)，已經(jīng)有 17 個國家公開宣布建網(wǎng)計劃，120 多個城市地區(qū)正在運行LoRa 網(wǎng)絡(luò)。此外，最新推出的 LoRa 定位技術(shù)、無線解析、安全認證、天線、電池等與網(wǎng)絡(luò)配套的成熟技術(shù)，讓可運營的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)成為可能。本文結(jié)合當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大趨勢，提出了融合 LoRa、云計算、傳感器等技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)，從實用性、可靠性、可擴展性和控制成本多個方面出發(fā)，可為用戶提供優(yōu)質(zhì)的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，具有較好的工程意義和市場價值。并且由于 LoRa 具有功耗低、傳輸距離遠等特點，未來還可被應(yīng)用到諸如智能停車、智能抄表、智慧農(nóng)牧業(yè)、智慧環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。