一种火场供水辅助决策系统的制作方法

本发明涉及消防领域，特别涉及一种火场供水辅助决策系统。

背景技术：

随着经济社会的发展和城市化的进程，城市的火灾安全问题已经日益突出，火灾现象也越来越复杂和多样化，具体表现为：现代城市人口、建筑、生产、物资集中的特点使火灾发生更为集中；各种新型材料的使用导致可燃物种类增多，燃烧形式和产物更加复杂，火灾有毒气体危害问题突出；各种新能源和电器产品的使用导致火灾起因更为复杂、多样和隐蔽；地下工程火灾大量发生。这些给消防部队的火场供水提出了考验，能否及时和不间断地供水，火场需要的多大水量、水压，车辆情况和布置等直接关系到灭火战斗的成败。灭火现场的消防指挥员需要快速了解火场周围环境、水源情况、消火栓位置、周边重点单位，根据火灾过火面积快速估算灭火用量，按照前场出枪数和供水距离调配满足前场供水需要的消防车，在特大火灾时，需要调派各队站的消防车辆器材，需要对各队站的消防车辆器材情况有详细了解，这对消防指挥员提出了很高的要求，不但要有丰富的前线作战经验，还需要有很高的理论水平，同时对现场供水条件很熟悉，可以在现场复杂环境下快速计算、准确判断，下达指令。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种火场供水辅助决策系统。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种火场供水辅助决策系统，其包括供水参数测量装置、移动终端以及云服务器，其中：

供水参数测量装置安装在消防供水设备上，用于测量其安装位置处的压力、流量、位置以及高度；

移动终端与所述供水参数测量装置通信连接；所述移动终端被配置为：响应于使用者输入的请求类型以及已知火场参数，从所述云服务器获取消防供水设备的性能参数，根据所述已知火场参数、所述请求类型以及消防供水设备的性能参数计算未知供水参数，并将计算结果进行显示；

云服务器与所述移动终端以及所述供水参数测量装置通信连接；所述云服务器通过所述供水参数测量装置测量所述消防供水设备的性能参数；所述云服务器被配置为：响应于所述移动终端的请求，将消防供水设备的性能参数发送至所述移动终端。

本发明的进一步改进在于，所述请求类型包括水带损失计算，在水带损失计算的过程中，必要的已知火场参数包括水带型式和材质、水带水平铺设距离、供水高度、系统流量、水力喷射装备的出口压力，在水带损失计算的过程中，计算得到的未知供水参数包括水带压力损失、系统压力损失、所需的供水压力以及推荐的消防车；推荐的消防车根据所需的供水压力从消防车数据库中筛选得出；计算采用的数学模型为：

p泵＝∑sq²+gz

h水带＝p泵-gz-p喷

其中：

p泵——消防泵出口压力，单位为kpa；

q——系统流量，单位为l/s；

h水带——水带的阻力损失，单位为kpa；

p喷——水力喷射装备的喷射压力，单位为kpa；水力喷射装备包括水枪和水炮；

z——供水高度，单位为m

∑s——管路系统中所有水带、供水附件、喷射装备的阻抗系数之和。

n——水带根数，单位为根，支线和干线均通过若干根水带依次连接形成，每根消防水带的长度通常为20米；

所述请求类型包括水力喷射装备的供水参数计算，在水力喷射装备的供水参数计算的过程中，必要的已知火场参数包括枪炮类型以及喷射压力，计算得到的未知供水参数包括水力喷射装备的射程、反力、流量；

所述请求类型包括出枪数计算，在出枪数计算的过程中，必要的已知火场参数包括水泵工作压力、供水高度、水带规格、水带根数、水枪压力和规格、单枪流量，计算得到的未知供水参数包括需要的系统流量、水力喷射装备的数量，并根据计算结果从消防车数据库中筛选出符合条件的消防车；计算公式为：

其中：

q：1根干线水带流量；

n：干线数；

ssd——单根水带的阻抗系数；

所述请求类型包括供水力量计算，在供水力量计算的过程中，必要的已知火场参数包括水泵工作压力、供水高度、干线水带规格和根数、支线水带规格和根数、出枪/炮数和水枪/炮规格，计算得到的未知供水参数包括系统流量q、单枪流量q和压力；计算公式为：

所述请求类型包括灭火力量计算，在灭火力量计算的过程中，必要的已知火场参数包括过火面积、燃烧物类型，计算得到的未知供水参数包括热释放速率以及所需供水流量；计算公式为：

a——过火面积，单位为m²；

——灭火强度，单位为l/m²·s。

3.根据权利要求1所述的一种火场供水辅助决策系统，其特征在于：所述请求类型包括车辆实际供水能力计算，在实际供水能力计算过程中，必要的已知火场参数包括车辆的消防泵型号、消防泵的连接方式、干线水带的根数和型号、支线水带的根数和型号、水力喷射装备参数；计算过程中，根据消防泵型号以及消防泵的连接方式查询消防泵的实际性能曲线，并根据干线水带的根数和型号、支线水带的根数和型号以及水力喷射装备参数计算或查询管路曲线，计算消防泵的实际性能曲线与管路曲线的交点；根据交点得出系统压力以及系统流量，并计算单枪流量、压力以及出枪数；在实际供水能力计算过程中，未知供水参数包括系统压力、系统流量单枪流量、压力以及出枪数。

本发明的进一步改进在于，所述供水参数测量装置包括压力计、流量计、gps模块、高度计；所述供水参数测量装置还包括无线通信模块，用于将压力计、流量计、gps模块以及高度计的测量结果发送至云服务器。

本发明的进一步改进在于，所述云服务器被配置为根据安装在消防泵以及供水装备上的所述供水参数测量装置的测量结果确定消防泵的实际性能曲线以及供水装备的管路曲线，并将测量得到的消防泵的实际性能曲线以及管路曲线保存到数据库，以供实际供水能力计算的过程中查询使用。

本发明的进一步改进在于，消防车出口接供水参数测量装置，供水参数测量装置依次接流量调节阀、接供水管路、接喷射器具，通过调节所述流量调节阀控制流量点，以测量消防车压力-流量曲线；

或/和，消防车出口接供水参数测量装置，供水参数测量装置依次接流量调节阀、接供水管路、接压力传感器组件、接喷射器具，通过调节所述流量调节阀控制流量点，以测量喷射器具的压力-流量曲线。

本发明的进一步改进在于，所述无线通信模块采用的通信制式包括zigbee、nbiot、蓝牙、wifi、2g、3g、4g、5g通信中的一种或多种的组合。

本发明的进一步改进在于，所述供水参数测量装置包括测量管，所述测量管用于和消防供水设备的管路串联连接，所述压力计以及所述流量计安装在所述测量管上。

本发明的进一步改进在于，云服务器中设置有消防车、消防泵、消防枪炮、燃烧物、水带、地图信息数据库；地图信息数据库中包括消火栓、重点建筑物、水源位置信息、重点单位面积、人员数量、危险源等基本信息、供水预案、建筑bim信息；在消防车、消防泵、消防枪炮数据库中存储有各消防设备的实际压力流量信息。

本发明的进一步改进在于，具有消防演练功能，可以根据供水演练地点调出地图信息，显示周围消火栓、水源、建筑物信息，在地图上画出着火区域、供水线路，标出车辆停放位置，前场出枪数，自动计算出所需供水压力流量，并从数据库中筛选出符合要求车辆信息。

本发明的有益效果是：通过该系统可以快速准确的让消防指挥员根据火场情况快速有效的计算火场所需供水力量，了解周边供水设施，迅速找到附近的水源、消防栓、水泵接合器等进行取水，快速根据决策系统计算结果自动筛选消防车辆，为消防指挥员提供一个供水力量查询计算的辅助决策系统。同时系统可以进行压力、流量、位置、高度快速测量采集，实现数据无线传输给决策系统，可应用于消防部队日常供水测试、车辆测试、消火栓测试等。

附图说明

图1是本发明火场供水辅助决策系统的结构框图；

图2是管路曲线与消防泵实际性能曲线联立后的示意图；

图3为一种水带连接结构的示意图；

图4为图3中的水带连接结构简化后的示意图；

图5为图4中的水带连接结构简化后的示意图；

图6为供水参数测量装置的侧视图；

图7为测量消防车压力-流量曲线时供水系统的示意图；

图8为测量喷射器具的压力-流量曲线时供水系统的示意图。

附图标记如下：

供水参数测量装置1、移动终端2、云服务器3、压力计4、流量计5、gps模块6、高度计7、无线通信模块8、控制器9、测量管10、消防车11、流量调节阀12、喷射器具13、压力传感器组件14。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明公开了一种火场供水辅助决策系统，其包括供水参数测量装置1、移动终端2以及云服务器3。

供水参数测量装置1安装在消防供水设备上，用于测量其安装位置处的压力、流量、位置以及高度。供水参数测量装置1的传感器包括压力计4、流量计5、gps模块6、高度计7。供水参数测量装置1还包括无线通信模块8，用于将压力计4、流量计5、gps模块6以及高度计7的测量结果发送至云服务器3，或者以移动终端2为中继将测量结果发送至云服务器3。云服务器3用处存储并处理供水参数测量装置1测量得到的数据。无线通信模块8采用的通信制式包括zigbee、nbiot、蓝牙、wifi、2g、3g、4g、5g通信中的一种或多种的组合。

如图6所示，供水参数测量装置1还包括测量管10以及控制器，测量管10用于和消防供水设备的管路串联连接，压力计4以及流量计5安装在测量管10上，以便测量消防供水设备的压力和流量。测量管10的两端设置有与消防供水设备相适配的消防快速接口。

控制器9与无线通信模块8、压力计4、流量计5、gps模块6、高度计7通信连接。控制器9可采用市售的微控制器，例如采用mcu、pcl、fpga等器件进行实现。供水参数测量装置1内设置有电池，电池用于对供水参数测量装置1中各有源器件进行供电。

供水参数测量装置1可以和移动终端2通信连接，也可直接和云服务器3通信连接，各供水参数测量装置1还可通过zigbee或者nbiot进行组网。供水参数测量装置1可将其检测到的数据直接发送至云服务器3，也可通过移动终端2或其他供水参数测量装置1作为中继发送至云服务器3。

移动终端2可采用手机、平板电脑或者订制的pda进行实现，移动终端2也具有暂时存储测量结果的功能。

云服务器3可采用服务器、pc机或者云服务器进行实现。云服务器3中设置有消防车、消防泵、水力喷射装备、燃烧物、水带、地图信息数据库。使用者可通过移动终端2登录上述数据库，以添加或更新内容。例如，使用者可以向地图数据库中添加消火栓、重点建筑物以及水源位置信息。在此基础上，数据库还包括消火栓实际压力流量信息，重点单位面积、人员数量、危险源等基本信息、供水预案、建筑bim信息。

云服务器3可根据供水参数测量装置1的测量结果生成相应的消防供水设备的实际性能曲线。消防供水设备包括消防车、消防泵、水力喷射装备(水枪、水炮)等部件。实际使用过程中，供水参数测量装置1可临时安装至相应的消防供水设备上以进行周期性的测试。供水参数测量装置1还可固定安装至某个消防供水设备上，以进行实时测量。

在上述测量过程中，可以得到消防泵的实际性能曲线。通过将消防泵串联或者并联，还可得到消防泵在串联或者并联状态下的实际性能曲线，这种串联或者并联状态下的实际性能曲线难以通过简单的理论参数得到符合实际的结果。该曲线如图2所示，该曲线的横坐标为流量，纵坐标为出口压力。

此外，在实际测量过程中，还可将各供水装备，例如水带、水枪、水炮按照常用的方式进行组合，形成固定供水管路方案，通过本实施例的供水参数测量装置进行实际测量，以获得固定供水管路方案的管路曲线。现有技术中，各种管路供水的计算都是根据经验模型进行计算，计算得到的结果通常与管路的实际工作状态之间存在较大的误差，而复杂的管路连接结构会使得经验模型的计算结果与实际状态之间的误差进一步增大。本实施例中，采用实际测量的方式测量固定供水管路的管路曲线，可获得准确的体现供水管路实际工作状态。

如图2所示，图中还包括一个实际测量得到的管路曲线，横坐标为流量，纵坐标为固定供水管路的入口压力。除了入口处的管路曲线，还可在各水枪或水炮的出口进行测量，得到各出口的管路曲线。

通过供水参数测量装置1进行周期性的测量，还可以体现出消防泵以及供水设备在长期使用过程中的老化和磨损。消防部门可根据实际测量的结果对消防泵以及供水设备进行维护或更换，以避免老旧的供水设备无法应对突发的险情。

此外，火场供水辅助决策系统还可用于测量消防车压力-流量曲线，如图7所示，测量过程中：消防车11的出口接供水参数测量装置1，供水参数测量装置1依次接流量调节阀12、接供水管路、接喷射器具13，通过调节流量调节阀12控制流量点，以测量消防车的压力-流量曲线。此处的压力-流量曲线中的压力为供水参数测量装置1的测量结果。

火场供水辅助决策系统还可用于测量喷射器具的压力-流量曲线，如图8所示，测量过程中：消防车11的出口接供水参数测量装置1，供水参数测量装置1依次接流量调节阀12、接供水管路、接压力传感器组件14、接喷射器具13，通过调节所述流量调节阀12控制流量点，以测量喷射器具的压力-流量曲线。此处的压力-流量曲线中的压力为压力传感器组件14的测量结果。

作为基础功能，云服务器3可存储各实际性能曲线以及管路曲线，并提供查询服务。持有移动终端2的使用者可查询各消防供水设备的管路曲线以及消防泵的实际性能曲线，上述功能的实现涉及到数据的无线传输、数据库的增删查改，均为本领域的常规技术手段，不需要依赖特定的软件。

通过输入火场地点还可调出地图信息，显示周围消火栓、水源、建筑物信息。通过选择相应的消防供水设备可以查看该消防供水的实际性能曲线，根据该曲线或者曲线的摘要信息(最大值、最小值、与理论值的偏差)等信息。通过上述的查询功能，使得消防人员在决策过程中可快速查询火场的相关信息以及消防供水设备的信息，以便消防人员进行决策。

在此基础上，本实施例的火场供水辅助决策系统还可提供更进一步的辅助决策功能。在辅助决策功能中，移动终端2被配置为响应于使用者输入的请求类型以及已知火场参数，从云服务器3获取需要的消防供水设备的性能参数，根据已知火场参数、所述请求类型以及消防供水设备的性能参数计算未知供水参数，并将计算结果进行显示。

云服务器3数据库中的存储的性能参数包括设备厂家提供的理论参数以及供水参数测量装置1的实际测量参数。实际测量参数包括上述的实际性能曲线以及管路曲线。进行辅助决策的计算过程中，云服务器3优先使用实际测量参数，实际测量参数缺乏时，使用厂家提供的记录参数进行计算。

本实施例中，请求类型包括水带损失计算、水力喷射装备的供水参数计算、出枪数计算、供水力量计算、灭火力量计算以及车辆实际供水能力计算。

在水带损失计算的过程中，必要的已知火场参数包括水带型式和材质、水带水平铺设距离(根据水带的水平铺设距离可得出各水带的长度)、供水高度、系统流量、水力喷射装备的出口压力，在水带损失计算的过程中，计算得到的未知供水参数包括水带压力损失、系统压力损失、所需的供水压力以及推荐的消防车；推荐的消防车根据所需的供水压力从消防车数据库中筛选得出。本实施例中，计算未知供水参数采用的数学模型为：

p泵＝∑sq²+gz(1)

h水带＝p泵-gz-p喷(3)

其中：

p泵——消防泵出口压力，单位为kpa；

q——系统流量，单位为l/s；

h水带——水带的阻力损失，单位为kpa；

p喷——水力喷射装备的喷射压力，单位为kpa；水力喷射装备包括水枪和水炮；

z——供水高度，单位为m

∑s——管路系统中所有水带、供水附件、喷射装备的阻抗系数之和。

n——水带根数，单位为根，支线和干线均通过若干根水带依次连接形成，每根消防水带的长度通常为20米。

在水力喷射装备的供水参数计算的过程中，必要的已知火场参数包括枪炮类型以及喷射压力，计算得到的未知供水参数包括水力喷射装备的射程、反力、流量，本实施例中，采用公式(1)计算水力喷射装备的供水参数中的位置供水参数。

在出枪数(出动水力喷射装备的数目)计算的过程中，必要的已知火场参数包括水泵工作压力、供水高度、水带规格、水带根数、水枪压力和规格、单枪流量，计算得到的未知供水参数包括出动的水力喷射装备的数量，并根据计算结果从消防车数据库中筛选出符合条件的消防车；计算公式为：

其中：

q1：1根干线水带流量；

n：干线数；

ssd——单根水带的阻抗系数。

在供水力量计算的过程中，必要的已知火场参数包括水泵工作压力、供水高度、干线水带规格和根数、支线水带规格和根数、出枪/炮数和水枪/炮规格，计算得到的未知供水参数包括系统流量、单枪流量和压力。具体的计算公式为：

参阅图3，图3所示为一种常规的水带连接方式。该水带的供水参数可根据上述的数学模型计算得出。在图3的串并联水带系统中，共分为三个层次，其中c支路的三组并联水带(ca1、cb1、cc1)、(ca2、cb2、cc2)、(ca3、cb3、cc3)为最底层，a、b、c三条支路为第二层，整个系统为最高层。根据逐层整合的思想，上图可简化为图4所示的水带连接结构。由式(6)可知：

到此，已完成最底层的整合，图4的水带连接结构可继续简化为图5所示的形式，可继续使用上述的公式(6)，计算得到水带的供水参数。计算过程为：

根据水带的供水参数，可进一步求解系统流量q以及所需供水流量q。

在灭火力量计算的过程中，必要的已知火场参数包括过火面积、燃烧物类型，计算得到的未知供水参数包括热释放速率以及所需供水流量q，计算公式为：

a——过火面积，单位为m²；

——灭火强度，单位为l/m²·s。

在实际供水能力计算过程中，必要的已知火场参数包括车辆的消防泵型号、消防泵的连接方式、干线水带的根数和型号、支线水带的根数和型号、水力喷射装备参数；计算过程中，根据消防泵型号以及消防泵的连接方式查询消防泵的实际性能曲线，并根据干线水带的根数和型号、支线水带的根数和型号以及水力喷射装备参数计算或查询管路曲线。当干线水带的根数和型号、支线水带的根数和型号以及水力喷射装备参数为数据库中现有的固定供水管路方案且该固定供水管路方案具有对应的管路曲线时，优先采用现有的管路曲线，没有现有的管路曲线时，使用公式(1)至(3)对应的模型计算得到管路曲线。

在计算过程中，使用者可输入多组已知火场参数，移动终端2可根据多组已知火场参数分别请求对应的消防供水设备的性能参数，并计算得到最优的未知火场参数，使得消防泵可以与合理的供水管路进行匹配。

在通常情况下，干线水带的一端与单个消防水泵、串联的消防水泵或并联的消防水泵连接；其另一端连接有多个干线水带，各干线水带的末端连接有水力喷射装备。因此已知干线水带的根数和型号、支线水带的根数和型号、水力喷射装备参数，可以确定水带的连接方式。

如图2所示，将管路曲线以及消防泵实际性能曲线联立，计算消防泵的实际性能曲线与管路曲线的交点；根据交点得出实际的系统压力以及系统流量，并可计算单枪流量、压力以及出枪数(出动水力喷射装备的数量)；在实际供水能力计算过程中，未知供水参数包括系统压力、系统流量单枪流量、压力以及出枪数。

本实施例的火场供水辅助决策系统还具有消防演练的功能。在演练过程中，根据供水演练地点调出地图信息，显示周围消火栓、水源、建筑物信息，在地图上画出着火区域、供水线路，标出车辆停放位置，前场出枪数，自动计算出所需供水压力流量，并从数据库中筛选出符合要求车辆信息。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。