2023智慧消防物联网应用

目录TOC\o"1-2"\h\u20166 112374上 物联 412400第1章物联网概论 519057第2章RFID 13213562.1 134362.2射频识别(RFID) 1428840第3章无线传感器网络 19302293.1 19286363.2 1985933.3WSN 19142833.4WSN 196591第4章物联网网络层技术 21209714.1.1 21275164.1.2 2110224.1.3 21185724.1.4Mesh 21224184.1.5 2116286第5章物联网应用层技术 2716835.1 27146165.2 2715692第6章物联网应用案例 2919396.1 29259946.2 2943386.3 3030086.4 31321206.5 3413912第7章 3711017.1 3722087.2 37269497.3 385608第8章 4076728.1 40119858.2 41185258.3WSN 414808.4Wi-Fi 42172968.5 4429132第9章 4649649.1 46223099.2 47189329.3 4820548第10章物联网安全 50571310.1 50656110.2 501176910.3 513124110.4 51378010.5 5226948中 消防知 5517759第11章消防基础知识部分 56337211.1 56117711.2 601850411.3 633174811.4 6511876第12章建筑消防基础知识 68428512.1 68581812.2 722901612.3 7817612.4 81160012.5 822642212.6 842577第13章建筑消防设施基础知识 851644613.1概 851271613.2 861897613.3 91116413.4 111885413.5 114895713.6 117278713.7 1172810913.8 1181317013.9 120736913.10 1232498813.11 1251678213.12 1271732413.13 130407213.14 13218978下 应用与实 14015001第14章 1412251614.1 141385914.2 1422709414.3 144412114.4 144533714.5 1463696第15章电气火灾物联网监控 14732473第16章消防给水系统物联网监控 1563072016.1 1561832916.2 157642116.3 1602034816.4 1611040616.5 16628983第17章防排烟系统物联网监控 16732712第18章气体灭火系统物联网监控 1721176818.1 172760218.2 173199918.3 1742586418.4 1772569618.5 1779278第19章防火分隔设施物联网监控 17925127第20章物联网终端调试工具 1841902620.1 184737920.2 186上 物联第1章物联网概论物联网henntofhng,o,被视为继互联网之后的又一次信息技术革命。顾名思义,物联网就是物物相连的互联网,通过智能感知、自动识别等技术,按约定的协议,将任何物体与网络相连接,物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。其所带来的产业价值将是互联网的数十倍,因此也被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。图1.1故事1:故事2:Ashton与MIT慢。如何才能做到及时补货呢?英国工程师KevinAshton花了两年找到了答案,就是用RFID取代现有的商品条形码,使电子标签变成零售商品的绝KevinAshton于1998年春在宝洁公司的一次演讲中首次提出了真正的“物联网”概念。他对物联网的定义很简单:把所有物品通过射频识别等在宝洁公司和吉列公司的赞助下,他与美国麻省理工学院的教授ny、unnyu和研究员vdok共同创立了一个研究机构——自动识别中心。自动识别中心提出在计算机因特网的基础上,利用、无线传感器网络、数据通信等技术,构造一个覆盖世界上万事万物的物联网。在这个网络中,物品能够彼此进行交流无须人的干预。这将彻底改变我们以往从生产厂商到顾客,甚至是通过回收产品来跟踪产品的固有模式。事实上,我们创造了物联网。vnhon预测电子产品代码网络将使机器能够感应到全球任何地方的人造物体,而创造真正的物联网。由物联网引发的生产方式变革、生活方式创新,被世界各国视为巨大产业蓝海,具有良好的发展前景和市场潜力。物联网将成为一个极具吸引力的万亿级信息产业,许多国家将发展物联网作为国家战略部署。我国应借助国家经济转型期,抓住产业结构调整机遇,化的契机,将物联网先进的信息技术广泛应用于其他产业。物联网产业发展,对于探索整体新兴信息产业发展,选取技术、应用、市场分析视角,归纳产业发展规律具有重要作用。同时,通过研究技术、应用和市场与物联网产业发展有关影响要素,在实践中抓住主要矛盾,集中资源,巧破产业发展瓶颈,使物联网产业更好地服务于国家和人民。所以研究物联网产业的理论和现实意义是十分重要的。世界各国关于物联网的定义略有不同,主要有以下几种定义机,MachinetoMachine)和CPS(信息物理融合系统,CyberPhysicalSystem)2008年,全球首个国际物联网会议物联网2008在苏黎世举行,总统奥巴马就任美国总统后,对提出的智慧地球发展战略做出了积极回应,并将其提升为国家战略。物联网作为智慧地球战略的重要组成部分也得到了高度关注。在欧洲,欧盟发表了nntohng—nonnoruope的物联网行动方案韩国通信委员会出台了《物联网基础设施构建基本规划》日本政府则将2004年推出的upn计划升级为新一代的信息化战略《—pngy2015》。我国自2009年时任总理温家宝同志在无锡视察时提出感知中国后,物联网相关技术成为了国家、企业和高校重点研究和支持的对象。年,物联网被写进政府工作报告,确立为五大新兴国家战略产业之一,国家十二五规划明确提出物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流等十大领域重点部署。中科院上海微系统与信息技术研究所、清华大学、北京邮电大学、东南大学、南京邮电大学等科研单位在无锡成立了物联网研究中心对物联网的技术和应用做了相关的探讨。我国发布的《物联网白皮书》将物联网定义为网络延伸,它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别,通过网络传输互验,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。物联网基本体现出三方面内容一是物联网具备感知判断、有效传输、智能控制与处理等属性二是物联网通过实现感知、传输、处理与应用数据的一体化,将人与人、人与物之间的交流联系拓展到物与物之间三是物联网的发展不能脱离互联网,基础上。随着技术手段的不断进步,各种先进的传感技术和设备的普及应用,物联网的应用前景将十分广阔。越来越多的传感器被部署在广泛的生产生活领域,从国家安全、公共卫生、便利交通等政府公共管理,到智能家居、健康检查、便捷支付等百姓日常生活,来。物理世界通过数字世界摆脱了时间和空间的约束,得以更加准确地呈现在我们的面前,为我们提供更加安全舒适的生活。物联网具备三个特点一是全面感知,即利用、传感器、二维码等感知设备,随时随地获取物体的信息二是可靠传递,即通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时、准确地传递出去三是智能应用,即利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术,处理,从而对物体实施智能化的控制。基于以上特点,物联网通常被划分为三层,底层是感知世界的感知层,中间是数据传输的网络层,最上面则是应用层,如图1.2图1.2感知层的主要任务是实现智能感知功能,将需要采集和监控的各种物理量通过相应的技术和设备,实时转化为可处理的数字化信息。感知层由传感网和感知设备两部分组成,别、传感网络的组织等,如图1.3所示。图1.3网络层主要用于数据的传送,网络层包括接入单元、接入网络和核心网络三个部分接入单元主要是指物联网网关,网关的主要作用是作为感知信息的汇聚结点接入网络包括有线宽带、,3,等核心网络是指统一协议的高效的核心网络和接口。网络层是物联网能否得到大规模应用的核心作用技术之一,它必须能支持感应终端的广泛互联和广泛接入,进而实现任何人、任何物在任何地方的任何时间进行通信。网络层可依托运营商的公共电信网或nn,如图1.4所示。图1.4物联网技术的兴起和发展,最主要的目的就在于应用层。例如应急监测、交通智能、防汛、医疗、城市信息化、工业自动化、电力,解决交通、电力、教育和医疗问题,等等。在物联网应用中,传感器同时收集的信息数以千亿计,的并行计算能力提出了很高的要求,如图1.5所示。图1.5物联网系统架构精确定义系统的组成部件及其之间的关系,是设计与实现物联网系统的首要基础。与概念、特征等相比,这些架构更加具体,它们不仅指出了系统的组成部件及其之间的关系,还指出了系统的实现方法。目前,物联网的整个系统架构尚未完全成熟,不同的研究组和研究机构可以从功能性、层次性、易于理解与实现性等分别定义和研究物联网系统架构。虽然所采用的方法各不相同,几种系统架构中。NetworkedAuto-okduo系统架构由美国麻省理工学院自动识别中心的hon等人于1999年率先提出,其最初的构想是通过射频识别和条形码等多种信息识别技术,将信息传感设备同互联网相连接,以实现对物品的智能化识别与管理。由于该架构的设计最初目的为解决商品物流领域的识别效率问题,因此在该领域率先得到了应用和推广,并在此基础上演化发展为今天的物联网概念。okduo系统架构如图1.6所示。在该架构所涉及的系统中,一般由识别标签g、阅读终端d、信息传输网络如互联网等、标识解析服务器以及信息服务器组成。其中,根据所采用的技术加以区分,识别标签包括磁条技术、多维码技术以及射频标签技术等,及射频阅读器等。该系统的信息处理流程如图1.6箭头流向所示:所提出的系统架构如图1.7所示。该组织作为日本国内最主要的标准化组织,其中心对于物联网系统架构的探索也较为热衷。虽然该组织所提出的系统构想也是希望通过射频识别和二维码等多种自动识别技术,来实现物品信息的智能采集和网络化管理,但其使用的od编码方式与美国uoDb所推动的标准不兼容。在图1.7所示系统中,od解析服务器可以通过多种方式获取物品在系统中对应的信息服务地址,这与okd uo系统结构略有不同。而相对于麻省理工所使用的百兆级频率,o对于其系统的探索则更热衷于2.4频段。同时,在其系统架构中考虑到基于互联网用户的体验感受,也相应地对离线系统架构进行了标准的制定。通过对服务的细化操作,可以看出相对获得了更好的物联网环境感知度。图1.6NetworkedAuto-ID图1.7UIDIoT无所不在是当今信息社会追求的目标,而物联网也正朝着这一目标在发展。bquousnorok是由韩国电子与通信技术研究所在瑞士日内瓦召开的下一代网络全球标准举措会议中首次提出的一种新的物联网系统架构。顾名思义,无所不在的传感器系统为其附近用户构成网络环境,而用户可以在这一环境中通过技术手段获取其想要的服务,而下一代网络xtnonok,则在这一系统架构中作为核心处理平台。在中,从下至上分别规定了感知层、传输层、处理层和应用层4层系统结构,如图1.8所示。其中感知层主要是由包括多种传感器技术组成的感知网系统而传输层则包括由网关、汇聚节点所组成的接入网和基于技术的系统等基础设施处理层主要是指负责大规模数据处理的中间技术应用层主要针对不同网络的应用平台,对用户需求做出不同的应用反馈。相对于更新的系统架构规范,缺少对网络通信接口和数据接口的定义,因而仍然在不断完善之中。图1.8USNPhysical-③通过一个细粒度访问控制和冲突解析机制来保护资源的共享,图1.9M2M2是欧洲电信标准组织制订的一个物与物之间进行通信的标准系统架构,尤其是非智能终端设备通过移动通信网络与其他智能终端设备或系统进行通信,包括服务需求、功能架构和协议定义3个部分。2的功能架构在具有存储模块的设备或网关和网络域中部署2服务能力层vepyy,设备和网关中的应用程序通过接口访问网络域中的应用程序通过接口访问设备或网关与网络域中的交互由接口实现。是一个由通信服务层、资源层和应用层组成的物联网体系结构。在体系结构中,每一层是独立的,底层为上层提供服务,如图1.10所示。最底层的通信服务层主要负责地址解析、流量模型等网络通信服务。中间层资源层是整个的核心,资源管理。顶层应用层则主要包括用户应用和管理服务两个功能。的目标是通过nn将分布在全球的传感器与执行器网络连接起来,组成一个真正的世界互联网,并定义开放的服务访问接口与相应的语义规范来提供统一的网络域信息管理服务,还提供能力管理、安全、隐私保护、信任管理与记账机制,实现高效、精准、可靠的环境信息获取以及与物理世界的交互。图1.10SENSEIIoT-作为欧盟7计划项目的初步研究结果,o等人主要针对大规模、异构物联网环境中由无线与移动通信带来的问题,联网参考模型。该模型将不同的无线通信协议栈统一为一个物物通信接口2,结合互联通信协议支持大规模、异构设备之间的互联,支持大量的物联网应用。与相比,o在以下几个方面进行了细化:AOA(AutonomicOrientedArchitecture)是针对物联网的数据传输层所提出的一种自主系统架构。自主系统架构适用于异构的物联网无线通信自底向上分别为数据层、控制层和知识层,除此之外还包括保证整个系统功能正常执行的管理层。数据层提供控制决策需要的知识,控制层负责发送配置报文、优化吞吐量和可靠性等,知识层对其他层进行指导。系统架构以自主件为核心进行自主通信,并且用协议取代传统的协议。的优点是能满足异构网络的联网需求,同时保证通信系统的可进化性,在能耗、可靠性和服务质量等方面表现突出。普适性架构是钱志鸿等提出的物联网的系统架构,如图1.11所示,4图中底层网络系统分布包括无线传感器网络snorok,、低速无线个人区域网络oesonlaok,、超宽带adend,等各种异构网络定位系统,由这些网络系统负责采集信息然后将信息传送至汇聚网关,由汇聚网关将信息融合处理后传至互联网络融合体系,如广电网、互联网、电信网,通过这些网络途径最终到达用户终端。而且终端用户也可以影响底层网络系统,以主观行为应用于底层网络系统,进而实现人与物、物与人、物与物之间的信息交互。图1.11谈到物联网,就不得不提到物联网发展中备受关注的射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术。RFID是自动识别技术的一种,通过是一种简单的无线系统,由一个询问器或阅读器和很多应答器或标签组成。标签由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一扩展词条的电子编码,附着在物体上标识目标对象,它通过天线将射频信息传递给阅读器,阅读器就是读取信息的设备。技术让物品能够开口说话。这就赋予了物联网一个特性即可跟踪性,就是说人们可以随时掌握物品的准确位置及其周边环境。无线传感器网络snorok,是一项通过无线通信技术把数众多传感器节点自由进行组织与结合进而形成的网络形式。传感器网络实现了数据的采集、处理和传输3种功能。无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息,并最终把这些信息发送给网络的所有者。如今,人们的生活早已离不开网络,各类信息数据被收集传输,例如,个人的通信录、兴趣、位置、支付数据等,任何信息资源都有可能被泄露,这是个避之不及的问题。一是因为在物联网兴起的时代,个人信息被商家看成是获利点,他们将一个、多个个体信息进行分类整理,从而获得个体和群体的详细信息,在这些信息之中,对于商家来说,存在着十分有价值的信息。二是故意泄露他人的个人信息,恶意将他人信息进行泄露、传播,至危及他人的人身、财产、名誉等安全,侵犯人身权和财产权等合法利益。这种情况就属于恶意泄露。其次,物联网系统在使用技术的同时,也让攻击者能够实现通信窃听。当然,这种行为不但关联到技术问题,也关系到法律问题。再者,物联网发展的安全与隐私问题不断凸显,相比传统的网络安全更为突出。加强物联网的道德宣传和道德教育,为物联网主体的安全意识得到加强起到不可或缺的作用。把联网安全意识与政治意识、责任意识、保密意识结合起来,建立网络与信息安全人人有责的观念是十分必要的。物联网通过实现人对物的管理、物对物的自主管理,实现物的信息网络化及信息资源共享和交换。物联网定位就是采用某种计算技术,测量在选定的坐标系中人、设备以及事件发生的位置,并对信息实现智能化的识别与管理,包括一些基于位置的服务,和基于位置的社交网络等。物联网中的位置信息是至关重要的,与我们的生活息息相关,因此如何通过定位系统获取位置信息是物联网时代的重要研究课题。在无线传感器网络网络模型中,各节点相互独立并以无线的方式进行通信,由于各节点都采用一个自己的本地时钟模块计时,而这种计时模块的计时功能一般由晶体振荡器提供,时刻达到时间同步,但是由于外界环境温度、电磁干扰等影响,仍然会导致各个节点的时钟产生偏差。因此,为了维护节点本地时间的一致性,必须另外进行时间同步操作。时间同步就是通过对本地时钟的某些操作,为分布式系统提供一个统一时间标度。当前,以云计算、大数据、物联网和人工智能为代表的新一代信息技术发展迅猛,目前正在由时代转向时代,代是云计算时代、大数据时代、物联网时代或者移动互联时代。我们认为,当今时代不是什么云计算时代,也不是什么大数据时代,不是什么物联网时代,也不是什么移动互联时代,相对于工业时代而言,我们现在所处的时代是信息时代至于云计算、大数据、物联网和移动互联网等技术,它们都是信息时代的一个环节而已。如果把信息时代比作一首交响乐云大物移只不过是其中的不同乐章而已,或者我们甚至可以说,它们不过是用来演奏交响乐的不同乐器罢了。只有通过不同乐器间的完美配合,才能共同奏出一首美好、动听的交响乐。悲伤时,大提琴唱主角开心时,小提琴忙演奏它们各司其职,各负其责,就是这样但我们要强调的是云大物移中大最值得关注。传统技术的主要要素是网络、计算、存储、基础构架、操作系统和系统软件,其价值主要体现在业务处理效率的提升上业务数据化主要手段对于以云大物移尤其是大数据技术为核心的新技术来说,智能化是其主要特征数据业务化是其主要表现,它将通过大数据分析颠覆传统的业务逻辑,数据的利用方式也将从过去的支撑业务到现在的推动业务向将来的引领业务转变。③云计算好比是人的大脑,侧重于大脑的物理特性,是大脑思考的物质前提,①信息时代就像一个胎儿在母亲身体里发育一样,其主神经系统互联网、神经末梢物联网、人的大脑云计算和思考活动大数据方面都不可或缺,但在细胞分裂的不同阶段,胎儿都有其主要的发育重点。因此,对待信息时代的各种技术云大物移等不可厚此薄彼,要全面发展。但尤其要注意的是不要四肢发达,头脑简单。云计算旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的系统,强大计算能力的服务。如果将计算能力比作发电能力,那么从古老的单机发电模式转向现代电厂集中供电的模式,就好比现在大家习惯的单机计算模式转向云计算模式,而云就好比发电厂,具有单机所不能比拟的强大计算能力。这意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通,就像煤协议建立起来的,而在一个物联网网络里可以是2协议或基于g协议等来实现物联网节点间数据的传输。该数据传输具有近距离,数据量小但是节点密度高等特点,这就是物联网大数据的数据特征。第2章RFID自动识别技术将数据自动采集,对信息自动识别,并自动输入计算机,自动识别技术uocdnonndapu是指应用一定的识别装置,通过被识别物品和识别装置之间的接近活动,自动地获取被识别物品的相关信息,并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。自动识别技术将计算机、光、电、通信和网络技术融为一体,与互联网、移动通信等技术相结合,实现了全球范围内物品的跟踪与信息的共享,从而给物体赋予智能,实现人与物体以及物体与物体之间的沟通和对话。按照应用领域和具体特征,一维条形码是由平行排列的宽窄不同的线条和间隔组成的二进制编码,据项。宽窄不同的线条和间隔的排列次序可以解释成数字或者字母。其工作原理是当条形码扫描器光源发出的光在条形码上反射后,反射光照射到条形码扫描器内部的光电转换器上,光电转换器根据反射光信号强弱的不同,转换成相应的电信号。二维码技术是在一维条形码无法满足实际应用需求的前提下产生的。由于受信息容量的限制,一维条形码通常是对物品种类的标识,而不是对特定物品的描述。二维码能够在横向和纵向两个方向同时表达信息,2.1所示。图2.1人脸识别是指利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域,涉及人脸追踪侦测、自动调整影像放大、夜间红外侦测、自动调整曝光强度等技术,它属于生物特征识别技术,是利用生物体一般特指人生物体个体。在人类认知的过程中,图形识别是指图形刺激作用于感觉器官,人们进而辨认出该图像是什么的过程,也称为图像再认。在信息化领域,卡即集成电路卡,是继磁卡之后出现的又一种信息载体。卡通过卡里的集成电路存储信息,采用射频技术与支持卡的读卡器进行通信。按读取界面的不同将卡分为接触式卡和非接触式卡两种。接触式卡通过卡读写设备的触点与卡的触点接触后进行数据的读写。非接触式卡与卡读取设备无电路接触,通过非接触式的读写技术进行读写例如光或无线技术。卡内镶嵌的芯片除了、逻辑单元、存储单元外,还增加了射频收发电路。该类卡一般用在使用频繁、信息量相对较少、可靠性要求较高的场合。光学字符识别技术plhrognon是属于图形识别的一项技术。其目的就是要让计算机知道它到底看到了什么,尤其是文字资料。针对印刷体字符比如一本纸质的书采用光学的方式将文档资料转换成为原始资料黑白点阵的图像文件,然后通过识别软件将图像中的文字转换成文本格式,以便文字处理软件进一步编辑加工的系统技术。一个识别系统,从影像到结果输出,必须经过影像输入、影像预处理、文字特征抽取、比对识别、最后经人工校正将认错的文字更正,最后将结果输出。强、可同时识别多个物品等优点,逐渐成为自动识别中最优秀的和应用的领域最广泛的技术之一,射频识别(RFID)RFIDRFID图2.2RFID表2.1RFID读写器电子标签RFID图2.3三类RFIDRFID单比特系统的数据量为1,该系统中读写器能够发送0、1两种状态的信号,种情况。这种系统对于实现简单的监控或者信号发送功能是足够的。同时,生产1比特电子标签不需要电子芯片,所以价格比较便宜,主要应用在商品防盗系统中。图2.4多比特RFIDRFID快速、准确、有效的防碰撞问题解决方案对技术的发展有着至关重要的作用。标签防碰撞算法就是要解决在读写器的有效通信范围内,多个标签如何同时与读写器进行通信的问题。在高频频段,标签的防碰撞算法一般采用。在超高频频段,主要采用二进制树型搜索算法。①一类称为多标签碰撞问题,②另一类称为多读写器碰撞问题,即相邻的读写器在其信号交叠区域内产生干扰,导致读写器的阅读范围减小,图2.5图2.6①无源标签没有内置电源,标签的能量来自读写器,因此算法在执行的过程中,③标签不具备检测冲突的功能而且标签间不能相互通信,④标签的存储和计算能力有限,这就要求防碰撞协议尽可能简单,空分多路法是在分离的空间范围内实现多个目标识别。一种实现方法是将读写器和天线之间的作用距离按空间区域进行划分,把读写器和天线安置在一个天线阵列中。当标签进入这个天线阵列的覆盖范围后,围较小,相邻的读写器识别范围内的标签同样可以进行识别而不受相邻读写器的干扰,如果多个标签根据在天线阵列中的空间位置的不同,可以同时被识别。另一种实现方法是读写器利用相控阵天线,让天线的方向性图对准单独的标签,标签根据其在读写器作用范围内的角度位置不同而区别开来。空分多路法的缺点是天线系统复杂,会大幅度提高成本。频分多路法是把若干个使用不同载波频率的调制信号在同时供通信用户使用的信道上进行传输的技术。通常情况下,系统的前向链路从读写器到标签频率是固定的,用于能量的供应和数据的传输。对于反向链路,不同标签采用不同频率的载波进行数据调制,信号之间不会产生干扰,读写器对接收到的不同频率的信号进行分离,从而实现对不同标签的识别。码分多路法是基于扩频通信技术发展起来的。扩频技术包含扩频与多址两个基本概念。扩频目的是扩展信息带宽,有一定信号带宽的信息数据,用一个带宽远大于其信号带宽的伪随机码进行调制,使原来的信息数据的带宽被扩展,最后通过载波调制发送出去。解扩是指在接收端采用一致的伪随机码,与接收到的宽带信号作相关处理,把宽带信号转换成原来的信息。多址是给每个用户分配一个地址码,码型互不重叠。系统的标签防碰撞算法大多采用时分多路法,该方法可分为非确定性算法和确定性算法。非确定性算法也称为标签控制法,在该方法中,读写器没有对数据传输进行控制,标签的工作是非同步的,标签获得处理的时间不确定,因此标签存在饥饿问题。定性算法,实现简单,广泛用于解决标签的碰撞问题。确定性算法也称为读写器控制法,由读写器观察控制所有标签。按照规定算法,在读写器作用范围内,首先选中一个标签,在同一时间内读写器与一个标签建立通信关系。二进制树型搜索算法是典型确定性算法,该类算法比较复杂,识别时间较长,但无标签饥饿问题。算法是一种随机接入方法,其基本思想是采取标签先发言的方式,当标签进入读写器的识别区域内时就自动向读写器发送其自身的号,在标签发送数据的过程中,若有其他标签也在发送数据,将会发生信号重叠,从而导致冲突。读写器检测接收到的信号有无冲突,一旦发生冲突,读写器就发送命令让标签停止发送,随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突。①纯算法在纯算法中,若读写器检测出信号存在相互干扰,读写器就会向电子标签发出命令,令其停止向读写器传输信号电子标签在接收到命令信号之后,就会停止发送信息,并会在接下来的一个随机时间段内进入到待命状态,只有当该时间段过去后,才会重新向读写器发送信息。各个电子标签待命时间片段长度是随机的,再次向读写器发送信号的时间也不相同,这样减少碰撞的可能性。②时隙算法时隙算法把时间分成多个离散的时隙,每个时隙长度等于或稍大于一个帧,标签只能在每个时隙的开始处发送数据。这样标签要么成功发送,要么完全碰撞,避免了纯算法中的部分碰撞冲突,碰撞周期减半,提高了信道利用率。时隙算法需要读写器对其识别区域内的标签校准时间。时隙算法是随机询问驱动的防冲撞算法。③帧时隙算法帧时隙算法中,时间被分成多个离散时隙,送查询命令。当电子标签接收到读写器的请求命令时,每个标签通过随机挑选一个时隙发送信息给读写器。如果一个时隙只被唯一标签选中,则此时隙中标签传输的信息被读写器成功接收,标签被正确识别。如果有两个或两个以上的标签选择了同一时隙发送,则就会产生冲突,这些同时发送信息的标签就不能被读写器成功识别。整个算法的识别过程都会如此循环,一直到所有标签都被识别完成。动态帧时隙算法允许根据系统的需要动态地调整帧长度,由于读写器作用范围内的标签数量是未知的,而且在识别的过程中未被识别的标签数目是改变的,因此,如何估算标签数量以及合理地调整帧长度成为动态帧时隙算法的关键。由理论推导可知,接近的情况下,系统的识别效率最高,也就是说标签的值就是帧长度的最佳选择。二进制树型搜索算法由读写器控制,基本思想是不断地将导致碰撞的电子标签进行划分,缩小下一步搜索的标签数量,直到只有一个电子标签进行回应。实现该算法系统的必要前提是能够辨认出在读写器中数据冲突位的准确位置。为此,突的标签分成左右两个子集0和1,先查询子集0,若没有冲突,则正确识别标签,若仍有冲突则再分裂,把子集0分成00和01两个子集,依次类推,直到识别出子集0中所有标签,再按此步骤查询子集1。可见,标签的序列号是处理碰撞的基础。RFID·技术标准:ISO/IEC10536、ISO/IEC14443、ISO/IEC18000·数据结构标准:ISO/IEC15424、ISO/IEC15418、ISO/IEC15434·性能标准:ISO/IEC18046、ISO/IEC18047、ISO/IEC10373—6·应用标准:ISO/IEC10374、ISO/IEC18185、ISO/IEC11784第3章无线传感器网络传感器网络是以感知为目的,息,结合互联网、移动通信网络进行信息的传送与交互,采用智能计算技术对信息进行分析与处理,从而提升对物质世界的感知能力,实现智能化的决策和控制。无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通WSNn.kyd提出了协议栈的5层模型,分别对应参考模型的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层,详见图3.1。图3.1中能源管理平台用来管理传感器节点如何使用能量移动管理平台用于检测和注册传感器节点的移动,维护到汇聚点的路由,使得传感器节点能够跟踪它的邻居任务管理平台用于在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。图3.1WSN当前主要技术难点是WSN以数据为中心的WSN①oodng协议和opng协议这是两个最经典和简单的传统网络路由协议,在oodng协议中,节点产生或收到数据后向所有邻节点广播,数据包直到过期或到达目的地才停止传播。该协议具有严重缺陷内爆poon节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据交叠vp节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据资源利用盲目ouendn,节点不考虑自身资源限制,在任何情况下都转发数据。opng协议是对oodng协议的改进,节点将产生或收到的数据随机转发,避免了内爆,但增加了时延。这两个协议不需要维护路由信息,也不需要任何算法,简单但扩展性很差。②协议norooosornoonvagoon协议节点利用3种消息进行通信消息广播包dv,、数据请求包qu,和数据包an,。该协议以抽象的元数据对数据进行命名,命名方式没有统一标准。节点产生或收到数据后,用包含元数据的消息向邻节点通告,需要数据的邻节点用消息提出请求,然后将消息发送到请求节点。该协议的优点是消息减轻了内爆问题通过数据命名解决了交叠问题节点根据自身资源和应用信息决定是否进行通告,避免了资源利用盲目问题与oodng协议和opng协议相比,有效地节约了能量,同时部分解决了内爆和重叠问题、不需要进行路由维护、对网络拓扑变化不敏感,可用于移动。该协议的缺点是的广播机制不能保证数据的可靠传送,当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时,将导致数据不能继续转发,以致较远节点无法得到数据而当某nk节点对任何数据都需要时,其周围节点的能量容易耗尽。③协议duon定向扩散路由与已有的路由协议有不同的实现机制,其突出特点是引入了梯度网络用来描述网络中间节点对该方向继续搜索获得匹配该数据的可能性。首先通过nk节点向全网查询兴趣,兴趣在全网中扩散,从而构建源节点和nk间路径。当一个兴趣n嗜好传遍整个网络后,从原节点即n所在区域的传感器节点到nk节点或基站之间的梯度就建立起来了。该算法的优点在于可靠性较高、可以对传输路径进行修复,因为传输路径不止一条。与的区别每次查询需要2次传播,耗能比较大查询驱动机制按需建立路由,不适合环境监测类的。基于集群结构的WSN此类协议主要有低能量自适应聚簇分层owngydpveunghy,协议。如果每个节点直接和nk节点通信会导致节点能量消耗过大,同时节点密度较大时冲突过大,效率低,同时也没有必要每个节点都和nk通信。算法的核心思想是选取簇头节点作为一定区域所有节点的代理,负责和nk的通信非簇头节点可以使用小功率和簇头节点通信簇头节点可以对所辖区域节点数据进行融合,减少网络中传输的数据通过合理设计簇头选举算法以保证资源利用统一、高效。该协议具体实现过程分两个阶段成簇阶段和稳定阶段即数据传输阶段这两个阶段的时间总和为一轮ound。在成簇阶段,每个节点选取一个介于0和1之间的随机数,如果这个数小于某个阈值,该节点成为簇头然后,簇头向所有节点广播自己成为簇头的消息,每个节点根据接收到广播信号的强弱来决定加入哪个簇,并回复该簇簇头。在数据传输阶段,簇内的所有节点按照时隙向簇头发送数据,簇头将数据融合和计算。在簇间,各簇头节点采用协议竞用通道,获得通道的簇头将融合的数据发给基站。之后进行下一轮。该协议优点是随机选举簇头,避免簇头过分消耗能量,提高了网络生存时间数据聚合有效减少了通信量。其缺点是:协议采用一跳通信,虽然传输时延小,但要求节点具有较大功率通信能力扩展性差,不适合大规模网络即使在小规模网络中,离nk于采用大功率通信也会导致生存时间较短而且频繁簇头选举引发的通信量耗费了能量。基于地理信息的WSNdyrsoung协议是基于位置的路由协议,其要求每个网络节点都知道自己的地理位置,并被统一编址,其产生或收到数据的节点向以欧式距离计算最靠近目标节点的邻节点转发数据,换句话说,谁离得近我传给谁,各节点利用贪婪算法尽量沿直线转发数据路径最短。缺点是该算法可能存在路由空洞现象,即某种情况下邻居节点传输代价都比本地节点大,这时如何转发数据是个问题。基于服务质量的WSN对于已有的路由方面研究成果而言,无论是平面路由还是分簇路由,其共同的缺点是通常只考虑能量约束。尽管节能是无线传感器网络的一个关键问题,但在设计路由协议时单纯只考虑节能问题是远不够的。随着传感器网络应用范围的迅速扩大和支持图像传送的新型传感器的应用,要求传感器网络不仅能传送数据业务,同时需要传输具有o要求的图像业务。同时,不同的传感数据的重要性和紧急性也不同,如传送火警的数据比温度数据更紧急,对传送的服务质量要求也更高。所有这些都要求传感器网络的路由协议不仅需要考虑可扩展性、节能等问题,同时需要具有o保证功能,另外,安全性也是路由协议需要考虑的一个重要方面,因为错误的路由信息会使传感数据不能到达接收节点,甚至可能导致整个传感器网络的瘫痪。因此,需要进一步研究具有可扩展性好、提供o保证和良好的安全性的分簇路由协议。第4章物联网网络层技术虽然互联网的发展给人们带来了大量信息快速稳定交流的可能,传输方式也趋向于快捷、简单。但是以太网主要应用于电脑和电脑之间,以太网必须依靠其网络线路才能存在,一根线路只有两个接口,而在许多情况下,不仅需要更多的接口,还可能根据环境而改变接口位置,重新铺设线路,需要具有可移动性的网络,那么移动电信网,是不是一个很好的选择呢首先,电信网的成本较昂贵,物联网往往需要连接很多物品导致代价过高。其次,电信网存在互干扰现象,难以保证许多物品连接时不会出现严重的干扰现象,干扰严重时,不仅不能保证物件信息传输的可靠性,对平时的通话产生影响。最后,电信网的吞吐容量有限,不能满足众多物件联网的需求。因此,电信网也不能完全胜任网络层的解决方案。传统的无线自组网主要应用于军事领域,而目前其作为物联网的关键技术之一,广泛应用于应急救援、环境监测、医疗监控、智能家居等领域,并可针对不同的应用侧重,进一步细分为无线传感网、无线网状网、车载网、移动自组网等网络形态,在下一代信息物理融合系统的研究应用中发挥重要作用。无线自组网的一个重要应用是无线网状网,即h网,其可以为用户提供低成本、高速率的宽带无线接入,具有很大的发展前景。无线网主要由两部分组成,一部分是用户终端,包括手机、电脑等另一部分是路由器,其为用户终端提供无线接入功能,组网,多跳传输用户数据,最后通过网关节点连接互联网。网络可以覆盖校园、市区或整个城市,提供高带宽的无线数据通信,目前通常底层采用802.11标准,提供无线局域网应用。虽然近十几年来关于无线自组网的研究取得了很多成果,但相对于物联网的快速发展和广泛应用,其仍存在诸多需要研究和实践的问题。在实际应用中,人们已经不仅仅满足于数据消息的传输,语音、视频等多媒体业务的传输需求日益增长,质量成为迫切需要解决的问题,此外多媒体业务对无线自组网传输速率和网络容量也提出了更高的要求。平面网络结构是一种最简单的网络结构,其中所有节点均对等,具有完全一致的功能特性,且每个节点包含相同的路由、管理和安全等协议,本质上是一种无组织,有纪律的do网络。其优点是结构简单、易维护、具有较好的健壮性,缺点是由于没有中心管理节点,形成网络,其组网算法比较复杂。网络分为上层和下层两部分Mesh从结构上来看,h网络结构是规则分布的网络,不同于完全链接的网络结构,它通常只允许和节点最近的邻居通信,同的,所以也成为对等网。节点之间存在多条路由路径,网络对于单点或单个链路故障具有较强的容错能力和鲁棒性某个节点可被指定为簇首,可执行额外的功能一旦簇首节点失效,另一个节点可接管原簇首的功能。网络拓扑性质上的两个技术指标②连通是至少要去掉个传感器节点才能使网络不连通,就称网络是连通的。此外,功率控制算法最常见的是和,它们都是基于邻近图的功率控制算法,其核心思想是设所有节点都使用最大发射功率发射时形成的拓扑图是,按照一定的邻居判别条件求出该图的邻近图′,每个节点以自己所邻接的最远节点来确定发射功率。经典的邻近图模型有veghbohoodph、blph、unyph、oph和numpnnng等。是基于有向的,是基于有向局部的。和能够保证网络的连通性,在平均功率和节点度等方面具有较好的性能。而基于邻近图的功率控制一般需要精确的位置信息。从整体上看,物联网的网络可看成层次拓扑结构,即最下层的末梢网、中间的接入网和上层的核心网如专用通信网络、公众电信网和互联网等。根据网络层分层设计思路,无线自组网sdocok或obedocok网络是o组建末梢网络的一种常见的选择,因为这样的网络基于E802.11及变种、E802.15.1、E802.15.4、E802.15.4等标准协议组网,不依赖事先存在的基础设施,具有最小的配置要求和低成本的快速部署特征。通常混合AdHoc网络由以下三个不同部分组成图4.1传感网络之上建立IP图4.2IP图4.3图4.4基于DTN当然,当物体在不同的子网中移动时,用于混合AdHoc网络的MANET路由协议也将极大地影响网络性能。标准MANET路由协议可以分成两为突出物联网技术特点,这里仅介绍最后几十米的通信问题,也就是无线个域网相关技术。无线个域网 ok,是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无线无缝的连接而提出的新关无线通信网络技术。无线个域网主要解决最后几十米的通信问题,目前主要包括蓝牙技术、g技术、技术、v技术、近距离通信和红外通信等技术,具有低成本、低功耗、通信距离短等特点。ZigBee4.1表4.1ZigBee图4.5ZigBee终端节点用来实现外界环境或人体体征信息的采集,为了降低终端节点的能耗,图4.6ZigBee表4.2ZigBee蓝牙技术是一种低成本、低功率的近距离无线连接技术标准,是实现数据与话音无线传输的开放性规范。蓝牙技术使用的工作频率为2.5GHz,属于免费的ISM频段。蓝牙技术可以实现语音、视频和数据的传输,其最高的通信速率为1Mb/s,采用时分方式的全双工通信,10m现有的蓝牙版本有蓝牙1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.2、5.0、6.0。应用较为广泛的蓝牙4.0技术结合了传统技术低功耗、连接迅速等优势,尤其在数据传输过程中,其能耗减少了近百分之九十,无工作任务时设备会转换为休眠状态,从而使其在使用纽扣电池的前提下,能工作一年到几年。与传统蓝牙技术相比,蓝牙4.0版本的通信距离有所提高,达到100以上,具有较大优势。蓝牙技术实现设备之间的无线连接,更加便捷,现多点与单点连接、点与点连接,其发射频率是世界通用频段2.4。蓝牙4.0技术以1bp的传输速率进行较短数据包的传递,数据量较少时能够实现快速传输其设备连接的时间可短至3,降低了时间延迟。在现行方面,该4.0版本采用128算法对传输数据进行加密处理,保证了数据的安全传输。蓝牙5.0技术进一步加强了传输速度和距离。传输距离是蓝牙4.2标准的4倍,速度翻倍,可达300米的传输距离和24bp限。如今在短距离无线通信方面,蓝牙技术简易便捷,已成为市场上支持功能最全、传输距离最长的无线标准。蓝牙技术优势如下①成本低:蓝牙技术的工作频段选在2.4GHz的医药、工业、学科频段(IMS),2.402～2.48GHz分为79个频点,频点以随机的形式部署,查找频跳的频率为3200次/s。同时基带在差错控制方面,采取3种纠错方式1/3和2/3前纠错④功耗低蓝牙进行功率控制的形式有自适应发射功率控制以及调节基带链接方式,其中链接的模式包括休眠k、保持od、呼吸n)以及活跃v模式。这4种模式的功耗逐渐增加,但是响应时间在减少,为了降低能量的损耗,选用基带链接模式进行调节。自适应发射功率控制依据测量到的信号强度值来进行调节,当该数值比设定值低时,主控设备针对从属设备的要求增大发射功率,与之相对,主设备会将减小发射功率。Wi-Fi一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台son,无线访问接入点如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源,架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。它主要在媒体存取控制层中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了,就像一般有线网络的ub一般,无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用,更显优势,有线宽带网络、小区等到户后,连接到一个,然后在电脑中安装一块无线网卡即可以共享的方式上网。第5章物联网应用层技术表5.16不同角色对物联网业务运营支撑平台的要求是不同的①从物联网运营者的角度来看物联网业务运营支撑平台应能够对原有语音、彩信、短信等电信业务能力进行封装,提供开放接口,从而降低业务创新的难度平台必须提供不同行业应用系统、社会公共服务系统的接入,实现行业信息的整合,提供大量数据的存储、分析和挖掘,算的能力平台需要具备透明的认证鉴权、接入计费、网管、业务支撑等功能平台需要具有开放、灵活、异构的架构平台必须具备完善的管理能力。②从业务提供者的角度来看由于希望专注于业务应用的开发,关注业务数据和业务流程的处理,因而期望简单、快速的业务开发环境提供标准的开发接口,开发传感器与平台的交互界面,编写详细的数据上传、下载、存储以及其他等业务交互流程,并根据需要,激活比如语音、视频、短信、计费、网管、故障、告警等其他的工作流平台需要对提交的物联网业务开发需求,自动匹配合适的传感器资源平台需要为每个业务应用提供用户统计、业务统计、计费统计等功能,提供符合自身业务需要的门户。③从物联网业务的使用者角度来看由于物联网本身具有的复杂性、普遍性,因此每个用户可能有多个物联网应用,有多种方式接入客户希望可以像使用水和电一样方便地接入使用物联网业务系统等希望实现对运营商业务能力的封装,系统支撑能力对接,行业系统、公众系统的对接,业务系统对接等。CoAPo是受限制的应用协议onndpponooo的缩写。由于目前物联网中的很多设备都是资源受限型的,所以只有少量的内存空间和有限的计算能力,传统的协议在物联网应用中就会显得过于庞大而不适用。一方面也不能很好地适应无线网络,请求响应模型请求由客户发起在低任务周期的传感器网络中不能很好地工作另一方面,头通常太大,在6o网络使用E802.15.4协议中需要CoAP③选项数(OptionCount,OC):长度为4bit,用于指出头部后的选项数目(0～14)④代码(Code):长度为8bit,⑤消息ID(MessageID):长度为16bit,图5.1CoAP消息大小在受限节点上的实现也是一个很重要的问题,需要被专门考虑,例如,6LoWPANL2分组被限制到127bit,包括各种开销。若实现太受CoAP与MQTT①MQTT协议不支持带有类型或者其他帮助Clients理解的标签信息,也就是说所有MQTTClients必须要知道消息格式。而CoAP协议则相反②MQTT是长连接而CoAP是无连接。MQTTClients与Broker之间保持TCP长连接,这种情形在NAT环境中也不会产生问题。如果在NAT环境第6章物联网应用案例市建设更加科学、城市管理服务更加高效、生态环境更加宜居,有利于促进城市综合承载能力的提升和生态文明的发展,有利于促进新型城镇化的健康有序推进与小康社会目标的实现。国家提出原则下的城市可持续发展的长效机制通过城市投融资体系的模式创新形成从部委到地方和金融机构健康的征信体系通过管理模式的创新实现创建全过程的绩效化管理。地方城市要在充分调研分析当地发展现状的基础上,办法。顶层设计是智慧城市建设和创建任务书的基础。地方城市应以十二五规划及未来更长一段时间的发展目标为导向,战略和发展目标,开展智慧城市设计,确定智慧城市创建主要工作任务。在创建过程中,充分利用信息技术,搭建城市公共信息平台及公共基础数据库,构建基于城市公共信息平台的各类智慧化应用体系,支撑城市创建任务的完成。新时期智慧城市建设具备几大特征主要包括①数据的自动采集充分利用物联网等技术越来越多的基础设施将具备信息自动采集和迅捷采集的能力,智慧城市设计是针对智慧城市建设,从全局的视角出发,进行总体架构的设计,的促进因素和负面的限制因素进行统筹考虑和设计。作为智慧城市的建设主体,政府应充分借鉴发达国家电子政务顶层设计的方法论,建立符合本地实际的智慧城市设计。突发事件gny可被广义地理解为突然发生的事情第一层的含义是事件发生、发展的速度很快,出乎意料第二层的含义是事件难以应对,必须采取方法来处理。根据中国2007年11月1日起施行的《中华人民共和国突发事件应对法》的规定,突发事件是指突然发生,成严重社会危害,需要采取应急处置措施予以应对的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件。表6.1突发事件应急管理以下简称应急管理必须有能力应对洪水、台风、地震、火灾、爆炸、毒物泄漏、交通事故、放射源、传染病、食物中毒、刑事案件、恐怖袭击等突发情景引发的灾难。面对不同情景下的突发事件,如何敏捷响应事件、实时获取现场状况,如事故地点、周边环境、居民数量、建筑结构、避难场所、疏散人群、调集资源、提供补给、最佳方案、水电气供应等进行科学应对新的挑战。应急疏散是指在事件发生后,将受影响区域或潜在受影响区域疏散有赖于良好的计划、调度方案,否则必然会造成疏散过程的无序、道路拥塞,进而增加人员的伤亡。突发事件发生后的响应速度以及信息数据的获取对应急管理具有至关重要的意义。例如地震等地质灾害的黄金72小时指的是在灾难发生后的72h期间,灾民的存活率随时间的消逝呈递减趋势。在第1天即24h内被救出的人员存活率在90左右第2天,存活率在50～60第3天,活率在20～303天以后的生还概率就微乎其微了。物联网以及其他相关技术的发展与应用,能够为应急管理和应急疏散调度提供更加及时的现场监控预防以及更加实时有效的信息获取和处理,可以大大提高应急管理的效率和质量,减少突发事件造成的损失。物联网通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术在突发事件中可以通过标签、、网络、传感器等为应急管理提供实时可靠的信息获取,有效监测和控制方法。因为突发事件的突发性,通过常规的监测和信息获取手段根本无法起到有效的作用,同时由于突发事件如地震、火灾等的巨大灾害性,如果无法及时获取信息,进行有效的检测和预警,失,所以在突发事件的应急管理中采用物联网技术是必然的也是必需的。通过对山坡、桥梁、建筑设施等容易发生灾害的地方或相关设施中植入传感设备,通过传感设备形成传感网络。当发生灾害时,传感设备可以将发生灾害地区的地理位置、地理环境、范围、运输路线、温度、湿度等情况进行感知,并将感知的信息通过无线通信网络发送出去,保证救援人员准确得到救援目的地相关信息,从而实施有效的救援。救援中心将通过传感网络发来的感知信息进行汇总、处理,可以向可能会受到灾害危害的地区进行预警,同时要对高危害的地区临时布置密集的传感网络,以便能够更快地通过传感器得到灾区的有关信息,有明显的效果,显著提高了救援的效率。对突发性灾害进行应急救援是对非正常发展导致的意外灾害进行的救援工作。因此,灾害发生后的非正常信息进行整合、分析、处理,从而为决策提供帮助。如当某地区发生了大型火灾,为了得知灾区周围的交通状况,可以根据传感器获得的各个路况信息进行分析,从而获得最优路线进行救援工作。对于物联网中传感器获得的大量数据信息,需要利用云计算对其进行整合和处理,对信息进行确认后,可以对其进行发布,形成预警信息,同时也需要将整合后的信息传到应急救援指挥中心,为救援决策信息提供支持。救援的部署工作主要包括紧急救援、现场调度和物资分配。灾害的发生很难预测,尤其是突发灾害,在灾害发生后,首先要紧急对灾区的人员进行转移。利用物联网技术可以感知灾区的温度、湿度、安全地区的范围等,从而使救援人员得到准确的救援信息,对灾区的人员进行安置,保证人们的生命安全。利用物联网技术建立的信息平台,可以使组织救援人员与现场调度人员随时进行沟通与联系,使组织人员能够正确有效地组织救援工作。对于应急救援来说,物资的分配也是其中的重要工作,如医疗器械、饮用水、事物、帐篷等物资,在救援物资到达灾区后,通过可以快速获得相关物资的种类、质量等信息,并将其转化为数字化信息传达到传感网络,从而帮助组织救援的人员进行决策。消防报警系统主要作用在于及时告警、早期疏散和扑灭前期火情。目前的消防报警系统存在的主要问题是如何对火灾报警干扰源与火灾特征进行有效区分。相关统计表明95的火灾报警是由非火灾烟雾、厨房油烟或者灰尘等火灾报警干扰源引起的误报。当火灾误报发生时,成多种不良后果。例如写字楼中火灾警报的误报可能会致使整栋建筑内人员的集体疏散,火灾引起的恐慌也可能会导致人员伤亡,即使疏散过程没有造成危险,建筑中的商业运营也必然受到波及。而在民用住宅中,火灾警报系统的反复误报将直接导致报警系统的切断,那么整栋建筑都将处在无报警系统监控的危险状态。目前常见的火灾报警系统主要有基于热感应技术、烟感应技术和气体传感器。单一种类传感器消防报警系统有局限性。例如,比较离子烟感传感器与光感烟传感器,离子烟感传感器在针对明火的感知中效果更好,而光感烟传感器则更适宜用在阴燃的情形下。所以在实际火灾感知环境中,单一的传感器类型无法适用在多样化的环境,容易造成火灾的误报。因此多传感器火灾感知技术的研究逐渐成为消防报警系统研究的主要方向。大量研究表明,已经取得了不错的结果。现在被广泛采用的火灾感知系统多为分布式火灾感知系统。但该类型的火灾感知系统仅仅只能在火灾应急中给出火灾报警,应急管理以及救援扑灭中难以发挥更进一步的作用。新型火灾感知系统虽然有提供火灾数据的高级功能,但是无法对火灾数据进行提炼,导致火灾数据不直观,更容易导致信息过载等问题的产生。实时数据经服务器通过nn以公共云平台提供的方式将数据保存至云平台,客户端从云平台获取相关数据显示,实现实时同步。由于大量的未处理数据在客户端出现并不利于用户掌握火灾特征,3智能判断危险等级智能判断危险等级的功能需求主要由服务器完成。从汇聚节点传来的数据经过处理器储存转发进行协议转换,被送至服务器进行的相关分析,综合各个节点的位置信息和环境信息进行综合的处理和运算后,点等数据还可以获取更多的火灾信息,即进行算法的改进之后,将去除冗余信息并且在报警的基础上实现预警的功能。当服务器判断数据得出报警或解除警报的结论后,数据,此时服务器端轮询判断该值来判断是否发送报警或解除指令,而客户端控制则经由服务器直接判断。当服务器通过收到信息后进行判断,若为报警或解除指令操作,则进行相关命令经由串口向协调器发送相应格式字符串,由协调器向各节点广播数据。收到广播后,传感节点仍然在采集数据,而平时休眠的报警器节点会被激活并做出响应。我国非煤矿山行业生产总值占全国总值的1左右,是国民经济迅猛发展的重要基础。但是,目前我国非煤矿山行业深受各种矿难的困扰,行业各类事故平均每年死亡约3000人。我国是矿山行业安全事故高发的国家之一,百万吨矿石死亡率超过美国、南非等矿业发达国家的30各类伤亡事故造成的直、间接经济损失为的1～2.5照此计算,我国非煤矿山平均每年的事故损失为11亿～26亿元。矿业发展中安全生产条件差、工程地质灾害多、重特大事故不断的严峻形势表6.2严重制约着我国矿山行业向深部开采和大规模开采方向发展。表6.2据统计分析,事故发生率排名排到第一位的是坍塌,接着分别是物体打击、冒顶片帮和高处坠落,分别占事故总数的百分比为18.75、17.9、16.63、12.63死亡人数占到矿山总死亡人数的67左右通过对事故原因进行统计分析发现,作业和管理人员三违34.5和作业环境不良29.5因素位列前列,占到事故总量的60左右。同时,还应该看到每一起事故的发生都伴随着矿山事故应急救援工作的同时展开,如果矿山救援队伍具有较高的素质、较高水平的救援装备,就能够及时、有效地救助,可大大减少人员的伤亡和财产的损失否则,就可能没有救援效果,或者造成事故的扩大,山应急救援工作因为制约因素多,情况复杂,危险性高,对救援技术、时效性的要求强,要求救援做到快速反应、准确判断、及时应变、协同作战、集中指挥,同时还需要得到强有力的技术、装备和其他方面的保障。目前我国矿山事故应急救援还远远不能适应当前严峻的安全形势的需要。值得欣慰的是,近年来,随着国家经济、科技的不断发展,国家对员工安全和职业健康工作越来越重视很多企业也提出了以人为本的发展理念,管理向科学性、主动预防性方向转变的过程中,化的实施,安全管理的基础资料和信息量迅猛增加,很多矿山纷纷开发了各种安全管理信息系统。但是,这一类管理系统的主要功能大多只是停留在基本的文件审批、资料保存、信息查询等方面,深入。同时资料录入手段落后,缺乏即时性和便捷性以及信息不能共享等各种原因,使得安全管理信息系统运行起来非常困难,大部分的管理信息系统都没有发挥应有的作用。物联网作为一个新兴产业,将各种设备设施上的各种感应和识别装置通过互联网或其他局域网络进行连接,以达到物物、人物互联的状态,形成信息共享的智能网络。作为一个引领第三次信息产业的新兴技术,物联网技术已经开始在各行各业得到广泛应用,包括在矿山安全避险六大系统中也大量应用了物联网技术。该技术在非煤矿山的应用,使得人们对动态信息的监控和采集变得容易,对这些信息的管理和应用就成为迫切需要解决的问题。目前,矿山的监测监控、人员定位等系统的软件都是由不同软件公司开发,普遍存在功能单一、互不兼容、信息不能共享等问题,急需一个一揽子的解决方案。中钢矿业开发有限公司具有矿种多、区域分布广、关键生产环节技术先进等特点。作为国内一流、国际知名的矿业公司,中钢矿业开发有限公司为保障矿山行业生产安全、健康均衡、稳定发展,联合中钢集团山东矿业有限公司和中钢集团武汉安全环保研究院有限公司成立课题组,研发基于物联网技术的非煤地下矿山安全监测预警决策通用平台以下简称通用平台项目,旨在矿山现有管理基础上,研究扩展形成矿山安全监测预警决策平台,期望项目的实施有利于提高矿山的安全管理水平,能在非煤矿山中起到良好的示范作用。根据《国家安全监管总局办公厅关于印发2012年安全生产重大事故防治关键技术科技项目的通知》安监总厅科技〔2012〕148号该项目已被国家安全生产监督管理总局定为2012年安全生产重大事故防治关键技术科技项目。该项目结合通用平台项目,建立非煤地下矿山安全管理一站式台。首先从预警角度,建立矿山动态综合预警体系,采取主动预防的战术,降低矿山事故的发生率,减少人员伤亡然后对于已经发生的事故,建立三维动态救援辅助决策系统,采取被动防御的方式,降低事故的危害,最大限度降低各种损失。物联网技术在矿山上的应用是近年来许多学者关注的重要问题,在信息化、自动化的基础上,充分发挥物联网技术的优势,山企业涉及生产、机电、运输、安全等所有环节的信息,通过各种管理系统软件对采集到的数据进行整理分析,最终为各级管理者提供科学的管理依据和决策基础,同时实现系统和设备的自动控制,对于突破矿山安全管理发展瓶颈、提高企业的本质安全化水平和安全管理水平具有重要意义。③有效整合现有各种安全管理与监控模块有些矿山企业已经开发了部分安全信息管理、安全教育培训、劳保用品发放等安全管理软件,许多矿山建设了安全避险六大系统但是普遍存在分散建设、功能单一、兼容性差、数据不共享等问题。开发矿山安全监测预警决策平台,④提高应急救援决策能力重大灾害事故的发生,往往具有突发性、破坏性、灾难性和继发性等特点,困难。开发应急救援辅助决策系统,可以在重大灾害事故发生时科学决策,及时高效地抢救遇险人员,减少次生灾害的发生,使事故危害程度、范围、经济损失、人员伤亡降到最小。预警,顾名思义,就是在事故或灾害发生前的预示和警报,以便于人们采取相关预防和整改措施,成的各种损失,它以已发生事故的规律、征兆和一些显性的外在表现为报警依据,以声、光等信号进行报警。最早的预警思想出现在20世纪50年代的军事和经济领域。在军事领域,使用卫星和雷达等监测手段,根据对方目前的状态和所采取的行动、异乎寻常的举动,通过对比分析推测出对方行动的目的,提前采取应对和防范措施,以达到知己知彼,百战不殆的目的。随着预警思想在军事领域的广泛和成功运用,预警开始逐渐进入社会经济、安全生产、环境保护、自然灾害等领域,并且日趋成熟,对人类社会进步和发展做出了巨大贡献。从预警领域上分,预警可以分为经济和非经济预警,依据其预警机制可以归纳为黑色预警、黄色预警、红色预警、绿色预警、白色预警5警方法。由于经济预警研究发展相对成熟,非经济预警一般都是在经济预警基础上延伸发展出来的。从预警的发展历程来看,预警方法研究经历最初单一指数预警的线性分析发展到后来多种指标进行统计预警的非线性分析,再到目前采用最多的建立模型预警,更侧重于综合集成指数预警和统计预警方面的研究。ogdbon、nonon等国外学者以宏观经济为研究对象提出了哈佛指数、扩散指数法uonndx,等经济预警方法此外美国、加拿大、法国等7国建立的nnonlonocndory以及美国经济评议会heonneod等对经济预警研究也起了很大的促进作用。在非经济预警方面,在20世纪70年代,陆续出现了资产和战略风险的评价和管理,以及对风险差异性的研究20世纪90年代末,美英等老牌经济发达国家从预警方法上进行了革新,逐渐向定量化、全面化预警发展。对国内经济预警的研究也是主要体现在从理论到研究的过程。在非经济预警方面,企业逆境现象预警经营失利、管理秩序波动、管理行为失误的成因机理和运动规律,研究防止和摆脱企业逆境走向顺境的预警管理方法。罗帆等人分析研究了交通运输包括民航、铁路生机理、风险评估,建立了相应的预警管理系统。罗云教授提出了实施安全风险预警的具体方法,并且以首都机场的应用实例展示该技术的具体应用过程和其有效性。Hotelling将KarlParson应用在非随机变量对象中的主成分分析法引进随机变量,并在矿山灾害预警方面取得了良好的应用效果。综合集成模型是将几个预警方法或预警模型通过集成技术融合在一起,起到扬长避短的效果,从行业发展角度来看,国外发达国家矿产资源丰富,很多矿产都是露天开采,开采条件较好同时由于经济发达,各种先进设备并进行自动化研究,本质化安全水平较高,很多矿山基本上达到了数字化、智能化开采再加上有比较完备的法律法规和标准体系保护员工安全健康,因此国外发达国家的矿难发生率处在一个很低的水平。由此造成国外发达国家的预警研究主要集中在自然、地质和金融行业中,在矿山的研究比较少见。综上所述,由于自然赋存条件和经济实体等方面的原因,国外对于矿山安全预警研究较少国内非煤矿山预警基本还处于理论研究阶段,开发的应用系统由于系统集成化程度较低、预警功能较单一、准确率不高,仅仅具有报警功能。因此,进行预警理论与技术的系统研究,并加大在应用方面的投入,对全面提高矿山安全管理水平,改善安全生产形势具有重要的现实意义。在矿井救灾信息可视化研究方面李兴东等开发了基于的矿井火灾救灾信息管理系统场景陈建宏较深入地研究了采矿系统的可视化集成问题邢玉忠等对矿井的可视化、信息的集成和传输系统进行了研究倪景峰研究并分析了使用固定宽度双线算法绘制巷道问题。以上研究主要是针对可视化进行的理论研究,和实际的事故灾害、救灾现场有很大的差别,为了形象直观地反映灾害发展,可视化技术必须与井下实际情况相结合,为矿井应急救援提供可视化信息支持。目前国内很多学者在矿井火灾模拟方面进行了深入的研究,具体表现如下李湖生、王德明应用矿井通风的模拟方法对火灾进行了相关的研究,另一方面,李舒伶等学者对井下火灾类型从不同方面进行了风流的分析,并且对火风压、可燃烧物质做了不同程度的诠释基础上,结合网络流与风流的理论,建造出了相应的井下火灾控制系统王德明、范隆声根据目前计算机模拟矿井火灾的情形做了详细的介绍,表现为3种一是稳态模拟,二是一维瞬态模拟,三是多维瞬态模拟贾进章在研究井下火灾发生时,发现井中的温度会使风流产生变化,同时出现矿井水灾信息模拟方面的研究主要集中在透水、突水灾害的发生机理和预测研究方面徐星宽在分析矿井充水机理和水害成因的基础上,提出相应的防治和管理措施林道兴探讨了煤矿水害产生机理和防治方法赵苏启提出了煤矿突水灾害治理技术。这些研究主要是针对矿山水灾的形成原因、防治措施,而对于水灾事故发生应急救援研究比较少见。矿井水灾的模拟理论研究主要是利用数值模拟技术,针对地质材料和岩土工程的力学行为、水的赋存及运动规律进行模拟在水灾的防治理论方面,以水灾预防与治理为主尚未形成系统的灾变演化理论,分析和整理了水文地质数据和资料,形成的可视化管理系统也仅仅是针对水灾的预防进行的可视化模拟。在避灾路线动态显示模型方面戚宜欣研究了灾变时期巷道的通行性,在最短路算法的基础上,提出结合灾情确定避灾路线孙佳改进了最佳路线算法,提出了改进的k算法宋元明针对火灾、透水、坍塌等灾害,提出利用地面快速钻孔技术直达灾区,对受困人员就行救援李兴东深入研究了火灾发生后,在火灾不明情况下,遇险人员如何救灾和逃生问题,并在此基础上提出灾变情况下独头巷道内受困人员生命极限时间的算法李舒伶根据图论,在灾害发生后,将通风网络图分成两个子图——被污染图和安全区域图,并以图论为指导,找出从被污染图进入安全图的最短路径德明在分析灾变时期巷道通行性的基础上建立了计算模型,并且在k最短路理论的基础上提出了最佳避灾路线算法。物联网在矿山中应急救援决策系统中的主要研究内容为①安全监测预警决策通用平台研究研发基于物联网技术的非煤地下矿山安全监测预警决策通用平台。该平台以信息化和物联网技术为基础,应用三维可视化虚拟仿真技术开发。通用平台上搭载安全管理和危险预警系统、动态信息在线监测系统、矿井事故救援辅助决策系统,大系统又分别由一系列子模块构成,它们既可以独立运行,又可以联合运行,互相支撑,共享数据资源。②基于无线定位传输技术的安全检查智能移动终端研究在具有ndod系统的手机或平板电脑等便携式设备上,选用嵌入式数据库,采用智能感应无线路由器地址的方法进行定位,同时