引 言

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及在各個行業(yè)應(yīng)用的逐步深化，在社區(qū)安全建設(shè)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，增強(qiáng)社區(qū)消防管理能力，提升社區(qū)應(yīng)對各種險情的實(shí)時性、連續(xù)性和高效性已成為工業(yè)界、學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)?！爸腔凵鐓^(qū)”概念應(yīng)運(yùn)而生，通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為我們的社區(qū)帶來安全、舒適和便捷的生活環(huán)境 [1]。由于我國每年都會發(fā)生多次火災(zāi)，原因大多為消防設(shè)備老化、監(jiān)控人員管理疏忽、報(bào)警信息處理不及時等，給社會和人民帶來了無法彌補(bǔ)的損失 [2-3]。傳統(tǒng)的消防監(jiān)控系統(tǒng)一般在建設(shè)時過于依賴特定的場景，其用戶、消防設(shè)備以及監(jiān)管部門只能對所在場景的系統(tǒng)進(jìn)行管理，無法實(shí)現(xiàn)社區(qū)中多場景、多系統(tǒng)的交互和共享。

針對上述情況，文中設(shè)計(jì)和研發(fā)了一種能夠?yàn)樯鐓^(qū)安全提供智慧消防管理的系統(tǒng)平臺?；?XFire 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到消防設(shè)備傳感器中，使得每個消防傳感器能夠互連通信， 最終實(shí)現(xiàn)多個消防平臺之間的交互，移動終端與 PC 終端的交互以及通用接口底層傳感器硬件與軟件平臺交互的消防平臺。用戶可隨時查看消防設(shè)備情況，監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)以及控制消防設(shè)備 [4-5]。系統(tǒng)主要功能包括消防傳感器隨時接入與退出該平臺， 實(shí)時地圖定位功能，消防傳感器控制，傳感器數(shù)據(jù)分享，安全、可靠、及時的數(shù)據(jù)顯示，支持移動終端訪問，可及時獲取火災(zāi)情況，傳感器數(shù)據(jù)分析等。

1 平臺整體設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能需求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用 B/S 模式構(gòu)建一個為社區(qū)服務(wù)的消防監(jiān)控信息服務(wù)平臺，能夠?qū)崟r監(jiān)控社區(qū)消防安全，遠(yuǎn)程控制傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、即接入即使用、遠(yuǎn)程控制設(shè)備和智能火災(zāi)報(bào)警。

1.1 平臺整體架構(gòu)

根據(jù)平臺各部分功能要求，將平臺架構(gòu)分為用戶訪問層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)采集層。整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 1 所示。

數(shù)據(jù)采集層主要包括各種硬件設(shè)備的接入與向平臺推送數(shù)據(jù)的消防傳感器。傳感器終端將數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)， 智能網(wǎng)關(guān)再將傳感器中的數(shù)據(jù)推送給Web Service 服務(wù)器。

應(yīng)用服務(wù)層作為系統(tǒng)平臺的核心，設(shè)計(jì)了分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web Service 服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、視頻流服務(wù)器和控制服務(wù)器。主要負(fù)責(zé)處理傳感器的各種數(shù)據(jù)，接收視頻傳感器的視頻流，用戶可以遠(yuǎn)程控制底層的消防傳感器。其中， 消防現(xiàn)場視頻攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)要求可被實(shí)時查看，并在傳感器報(bào)警時可通過視頻圖像進(jìn)行二次判斷。用戶獲取視頻流的流程如圖 2 所示。

用戶訪問層的主要用途在于方便用戶通過不同終端，如電腦、手機(jī)、平板等訪問整個應(yīng)用平臺。通過 Web Service 接口調(diào)用平臺數(shù)據(jù)，實(shí)時查看消防終端視頻傳感器。

1.2 平臺功能

智慧消防監(jiān)控信息平臺的主要功能包括滿足各種消防終端傳感器的接入，采集各種傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，同時實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分享和終端查詢顯示。平臺功能模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、設(shè)備控制模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，如圖 3 所示。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用MySQL作為后臺數(shù)據(jù)庫，使用 2臺數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)寫操作，1臺數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)讀操作。在整個平臺中，當(dāng)用戶注冊成為平臺用戶并通過認(rèn)證后，即可填寫自己所住社區(qū)的信息，精確選擇社區(qū)的經(jīng)緯度，設(shè)置場景，注冊各種傳感器信息， 并將數(shù)據(jù)推送到平臺。注冊用戶、所屬社區(qū)、場景和傳感器實(shí)體的具體邏輯關(guān)系如圖 4所示。系統(tǒng)涉及的主要數(shù)據(jù)庫表包括用戶信息表、社區(qū)表、場景表、傳感器信息表、傳感器數(shù)據(jù)表、報(bào)警統(tǒng)計(jì)表等。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 XFire異構(gòu)化平臺通信技術(shù)

作為新一代 Web Service 引擎，XFire 是一種面向文檔的Java SOAP 框架，方便開發(fā)各種面向服務(wù)的應(yīng)用程序 [6]。在Web 服務(wù)處理流程中，SOAP 消息作為數(shù)據(jù)傳輸過程中的信息載體，而 XFire 建立在基于XML 流的 STAX 機(jī)制上，通過管道方式部分加載 XML 文檔，從而節(jié)省大量的內(nèi)存空間。XFire 管道處理 SOAP 請求與響應(yīng)中可添加 Handle 的各個階段如圖 5 所示。

                                                                         圖 5 XFire 中SOAP 消息處理流程

在智慧消防管理系統(tǒng)中，要求必須能夠?yàn)橥獠肯老到y(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問接口，為移動終端提供外部訪問接口，同時必須屏蔽其他平臺訪問時對于開發(fā)語言以及應(yīng)用環(huán)境的限制，從而方便各種硬件傳感器向本平臺傳輸數(shù)據(jù)。基于此，系統(tǒng)采用XFire 作為Web Service 接口開發(fā)引擎，從而實(shí)現(xiàn)與其他消防平臺、手機(jī)終端以及硬件傳感器的交互，并保證這些數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性和及時性。

2.2 Red5視頻監(jiān)控技術(shù)

Red5 基于 RTMP 協(xié)議傳輸，具有強(qiáng)大的流媒體處理能力， 其服務(wù)器架構(gòu)主要由 Mina 和 Jetty 服務(wù)器核心組件構(gòu)成。其中Mina 主要用于處理解析 RTMP 協(xié)議的內(nèi)容，Jetty 用來處理客戶發(fā)送的 HTTP 協(xié)議以及 RTMP 協(xié)議 [7]。在 Red5 服務(wù)器中，針對不同的協(xié)議都會在相應(yīng)的端口號建立 Socket，等待客戶端發(fā)送的流媒體數(shù)據(jù)。

消防監(jiān)控信息服務(wù)平臺主要用于保證居民財(cái)產(chǎn)免遭火災(zāi)， 不僅需要實(shí)時推送數(shù)據(jù)給用戶以及平臺，還需要能夠提供給用戶便捷的途徑來查詢整個場景的狀況。而 Red5這種基于RTMP協(xié)議傳輸?shù)牧髅襟w服務(wù)器可以滿足此類要求，RTMP 協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)高效流媒體數(shù)據(jù)傳輸，且實(shí)時性高，同時 Red5 與整個平臺開發(fā)環(huán)境容易整合。

2.3 BlazeDS消息推送技術(shù)

BlazeDS 是一種利用AMS 協(xié)議進(jìn)行通信的消息推送服務(wù)技術(shù) [8]，具有遠(yuǎn)程過程調(diào)用服務(wù)（RPC Service）和消息服務(wù)（Message Service）兩個核心功能，其傳輸消息的通道包括無輪詢 AMF 或 HTTP 通道，搭載 AMF 或 HTTP 通道，輪詢AMF 或 HTTP 通道，長輪詢 AMF 或 HTTP 通道。AMF 和HTTP 流通道模式提供了真正的數(shù)據(jù)流實(shí)時模式。

在整個消防監(jiān)控信息服務(wù)平臺中，待用戶在平臺注冊后， 即可訂閱報(bào)警信息。當(dāng)其注冊的節(jié)點(diǎn)發(fā)出報(bào)警信號后，系統(tǒng)能夠主動將該信號推送給整個平臺、所屬用戶以及關(guān)聯(lián)的消防人員。當(dāng)數(shù)據(jù)超出正常范圍時，相應(yīng)的信息會主動推送出去。首先發(fā)送給WebService，在WebService中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與報(bào)警判斷處理 ；達(dá)到相關(guān)指標(biāo)后，向整個平臺推送報(bào)警信號 ； 服務(wù)器收到信號后，推送至指定通道和端點(diǎn)處。消息推送流程如圖 6所示。

3 主要功能實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集模塊是整個平臺數(shù)據(jù)推送的始源。平臺包含有煙霧傳感器、氣壓傳感器、視頻傳感器、濕度傳感器等，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分為數(shù)據(jù)流和視頻流。利用XFire 發(fā)布數(shù)據(jù)推送服務(wù)接口，提供給硬件傳感器調(diào)用該服務(wù)進(jìn)而向平臺推送數(shù)據(jù)。硬件數(shù)據(jù)流傳感器選擇 XML 和JSON 兩種數(shù)據(jù)傳輸方式， 視頻流傳感器則通過 RTMP 協(xié)議向平臺傳輸流媒體數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集模塊主要集中在 Web Service 發(fā)布的服務(wù)接口中，不僅要提供傳輸?shù)膮?shù)，還要完成數(shù)據(jù)存儲、信息推送、報(bào)警判斷、其他平臺數(shù)據(jù)推送和報(bào)警信息推送至平臺等任務(wù)。

3.2 設(shè)備控制模塊實(shí)現(xiàn)

設(shè)備控制模塊主要包括“我的控制”和“控制管理”兩大功能。當(dāng)傳感器發(fā)出預(yù)警信號時，可以提前控制各設(shè)備的工作頻率和狀態(tài)。對于數(shù)據(jù)流傳感器而言，可隨時隨地設(shè)置各傳感器的傳輸頻率，視頻流傳感器可遠(yuǎn)程控制其開關(guān)。

3.3 數(shù)據(jù)顯示模塊實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)顯示模塊主要包括“我的社區(qū)”“消防場景”和“信息分享”三個子模塊。信息分享子模塊的主要功能是當(dāng)多個用戶在同一個場景中進(jìn)行消防傳感器安裝時，可以查看已安裝的傳感器，進(jìn)行資源共享。其實(shí)體關(guān)系是一個注冊用戶可以有多個社區(qū)，每個社區(qū)下面有多個場景，場景中包含各類傳感器。

3.4 數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)管理模塊主要用于對用戶個人信息、社區(qū)、場景和傳感器等信息進(jìn)行管理。社區(qū)管理子模塊為用戶展示屬于該用戶的所有注冊社區(qū)。場景管理子模塊提供場景注冊方便用戶， 包括修改、注銷、查詢以及添加場景等。賬號管理子模塊主要提供給用戶進(jìn)行個人信息維護(hù)，同時管理員還具有其他功能權(quán)限。

3.5 數(shù)據(jù)分析模塊實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)分析模塊主要為用戶提供查詢傳感器歷史數(shù)據(jù)，分析報(bào)警信息等功能。

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，消防傳感器也更加智能化、多樣化。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為社區(qū)安全管理提供一種智慧消防管理系統(tǒng)平臺，使得各種消防傳感器能夠更加方便地為用戶提供服務(wù)， 隨時通過手機(jī)、電腦查詢消防設(shè)備最新運(yùn)行狀況，及時獲取消防場景火災(zāi)情況，從而實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警的目的。本文通過分析社區(qū)中的消防需求，設(shè)計(jì)了智能消防監(jiān)控服務(wù)平臺，與多個不同消防平臺互相通信，使得不同種類的消防傳感器節(jié)點(diǎn)能夠隨時接入平臺，最終提供一個通用的消防監(jiān)控平臺。