FUN SAFE- GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ BẰNG CÔNG NGHỆ IOT VÀ AI

Nhóm thực hiện:

Nguyễn Văn Tuấn

Nguyễn Chí Thanh

Nguyễn Thị Thúy

Phạm Ngọc ánh

CÔNG TY CP PHẦN MỀM CLASSFUNC

Tóm tắt:

Trong báo cáo bao gồm: Khảo sát thực trạng phòng chống cháy nổ và các giải pháp phòng cháy chữa cháy hiện tại đang được áp dụng tại việt Nam. Từ đó đưa ra các giải pháp ứng dụng công nghệ IoT (Kết nối vạn vật) và AI( trí tuệ nhân tạo) vào trong công tác phòng chống cháy nổ và cảnh báo cháy sớm. quá trình nghiên cứu và tìm hiểu các thiết bị IoT hiện có được ứng dụng trên thế giới vào việc phát hiện cháy và các nguy cơ dẫn đến cháy nổ. Xây dựng chương trình, thuật toán xử lý dữ liệu nhằm cảnh báo chính xác kịp thời và sự báo khả năng xảy ra hỏa hoạn dựa trên bigdata( dữ liệu lớn, Phần mềm có khả năng tự học(machine learning) tự phân tích và xác định nguy cơ cháy nổ nhằm đưa ra cảnh báo trước khi hiểm họa xảy ra. Xây dựng ứng dụng di động nhận cảnh báo cháy từ thiết bị và đưa ra các chỉ dẫn xử lý.

Từ khóa: Ứng dụng IoT, Giải pháp IoT, Bigdata, Internet of things, Trí tuệ nhân tạo, Báo cháy thông minh, Cảnh báo cháy sớm.

Qua một vài trang báo ta có thể thấy qua tình hình cháy nổ và những thiệt hại. Điều đó chứng tỏ nguy cơ cháy nổ luôn hiện hữu và các gia đình, doanh nghiệp chưa chú trọng vào các giải pháp phòng chống cháy nổ hoặc các giải pháp hiện tại chưa mang lại hiệu quả triệt để.

Ø Liệu được kết nối  trực tiếp với cơ quan phòng cháy chữa cháy gần nhất.

ØPhát hiện và cảnh báo cháy sớm nguy cơ cháy nổ, cháy nổ thông qua các thiết bị cảm biến, phân tích dữ liệu Bigdata và AI.

ØTự động xử lý đám cháy bằng công nghệ IoT

ØXây dựng hệ thống quản lý trung tâm, khả năng tự động cảnh báo đa cấp.Giữ điều cốt yếu trong công tác phòng cháy chữa cháy là ngăn chặn nguy cơ cháy nổ hoặc khi chúng xảy ra thì cần xử lý một cách nhanh nhất, hạn chế tối đa thiệt hại về người và tài sản.

Ứng dụng công nghệ là một giải pháp hiệu quả vì khi đó các công tác phát hiện và cảnh báo cháy nổ được diễn ra một cách tự động, chính xác. Giải pháp FUN SAFE mong muốn trở thành một giải pháp giúp cuộc sống vui vẻ và an toàn hơn.

II.PHẦN THỰC NGHIỆM

2.1 Phương pháp chế tạo

Giải pháp Fun Safe được nghiên cứu và chế tạo theo các bước sau:

√ Thử nghiệm và thiết kế các thiết bị cảm biến

√ Xây dựng thuật toán và chương trình xử lý dữ liệu dựa vào AI

√ Xậy dựng hệ thống quản trị và cảnh báo thông qua ứng dụng di động

√ Kiểm tra giới thiệu hiệu quả và thử nghiệm thực tế

2.2 Phương pháp đánh giá chất lượng và hiệu quả của giải pháp.

– Đánh giá độ chính xác và tốc độ thu thập dữ liệu của các thiết bị đầu vào: cảm biến, camera… về nhiệt độ, độ ẩm.

– Đánh giá hiệu quả của thuật toán AI, Khả năng và tốc độ phân tích dữ liệu đầu vào. Độ chính xác và tin cậy trong việc phát hiện và đưa ra các cảnh báo sớm của chương trình

Kết quả của đề tài là một giải pháp hoàn chỉnh không chỉ có khả năng cảnh báo khi xảy ra cháy nổ mà còn có thể cảnh báo nguy cơ cháy nổ dựa trên các yếu tố môi trường và chất liệu của các vật chất. Đồng thời có khả năng tự động xử lý đám cháy hoặc triệt tiêu các nguy cơ cháy nổ.

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ KẾT LUẬN:

3.1 Nghiên cứu cảm biến thu thập các dữ liệu từ môi trường xung quanh

Thiết bị báo cháy được tích hợp các Sensors(cảm biến) để nhận biết sự thay đổi của môi trường như phát hiện khói, nhiệt độ, độ ẩm và các hình ảnh. Liên tục gửi các dữ liệu này về hệ thống xử lý dữ liệu, khi xuất hiện sự bất thường trong các chỉ số cảm biến trên mức cho phép hệ thống sẽ gửi cảnh báo tới người quản lý.

Chính vì vậy các thiết bị cảm ứng cần đảm bảo sự chính xác, có độ tin cậy cao và hoạt động ổn định trong các môi trường khác nhau.

Việc tích hợp nhiều cảm biến trong một thiết bị đảm bảo sự chính xác trong phân tích và xác định có thật sự xảy ra cháy hoặc nguy cơ xảy ra cháy nổ hay không.

Thiết bị Camera có thể xác định, phân biệt, theo dõi và quản lý nhiệt độ của các đối tượng, cũng như xác định được chất liệu của các vật chất. Đồng thời cho phép người dùng thấy hình ảnh trực tiếp tại hiện trường và đưa ra quyết định xử lý.

3.2 Thiết bị xử lý và kết nối ARDUINO

Đặc điểm:

– Arrduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau.

– Arduino giống như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt.

Cấu tạo:

– Phần cứng gồm một board mạch mã nguồn mở (thường gọi là vi điều khiển) có thể lập trình được.

– Các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE(Integrated Development Environment) dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp cho Board.

Tính ứng dụng:

– Có khả năng kết nối, thu thập, phân tích dữ liệu từ các thiết bị Sensor

– Tích hợp các Module kết nối mạng Internet thông qua Wifi, mạng di động 3G, 4G… gửi dữ liệu tới Cloud Server (Trung tâm thu thập, xử lý dữ liệu)

– Chi phí thấp hiệu quả cao.

3.3 thiết bị cảm biến nhiệt hồng ngoại MLX90640

Đặc điểm:

– MLX90640 là mảng IR cảm biến nhiệt 768 (32×24) pixel

– Tương thích với tất cả các Raspberry Pi và với một số mẫu Arduino nhất định

– Độ chính xác cao

Thông số:

– Sử dụng khung hình lên đến 64 FPS

– Sử dụng nguồn điện 3.3V-5V

– Góc quét 55⁰ x 35⁰ or 110⁰ x 75⁰

Tính năng:

– Phát hiện và xác định nhiệt độ bằng hồng ngoại

– Tầm nhìn nhiệt độ vào ban đêm

– Đo đạc và tính toán nhiệt độ của 768 điểm

3.4 Cảm biến lửa

Đặc điểm:

– Khi phát hiện lửa sẽ dùng một led thu tín hiệu hồng ngoại để bắt tín hiệu hồng ngoại mà ngọn lửa phát ra

Thông số:

– Sử dụng nguồn điện 3.3V – 5V, 15mA.

– Điện áp ra: 3,3 – 5V, có cả Analog và Digital.Bao nhiêu led thu thì bấy nhiêu chân OUT.

– Khoảng cách: khoảng 80cm.

– Có khả năng mở rộng và nâng cấp tích hợp.

– Góc quét: 60 độ hoặc hơn khi có nhiều led

Tính năng:

– Phát hiện lửa và thực hiện nhiệm vụ cảnh báo cháy.

3.5 Thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm môi trường

Đặc điểm:

– Độ ổn định cao.

– Có khả năng hoạt động liên tục trong thời gian dài.

Thông số:

– Điện áp hoạt động: 5VDC.

– Dải độ ẩm hoạt động: 0% – 100% RH, sai số ±2%RH.

– Dải nhiệt độ hoạt động: -40⁰C ̴ 80⁰C, sai số ±0,5⁰C.

– Không cần thêm linh kiện ngoài.

– Hoạt động với độ ổn định lâu dài.

Tính năng:

– Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ môi trường

– Giám sát độ ẩm môi trường

3.6 Thiết bị cảm biến nhiệt độ đối tượng

Đặc điểm:

– Module cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc MLX90614 I2C v1 sử dụng tia hồng ngoại IR để đo nhiệt độ trên bề mặt vật thể.

– Không cần tiếp xúc với bề mặt vật thể nên rất an toàn khi sử dụng.

Thông số:

– Điện áp hoạt động: 5VDC

– Dải nhiệt độ đo: -70 ̴ 38⁰C

-Giao tiếp: I2C có gắn sãn điện trở kéo lên 10k

– Độ phân giải: 0.02⁰C

– Độ chính xác: 0.1⁰C

Tính năng:

– Đo đạc giám sát nhiệt độ một đối tượng cụ thể

3.7 Thiết bị cảm biến khí gas

Rò rỉ khí Ga là nguyên nhân dẫn đến nhiều vụ cháy nổ trong gia đình và các khu công nghiệp.

Đặc điểm:

– Cảm biến khí ga MQ2 là một trong những loại cảm biến được sử dụng để nhận biêt: LPG, I-butan, Propane, Methane, Alcohol, Hydrogen, Smoke và khí ga.

– Được thiết kế với độ nhạy cao, thời gian đáp ứng nhanh. Giá trị đọc được từ cảm biến sẽ được đọc từ chân Analog của vi điều khiển

Thông số:

• Điện áp hoạt động: %VDC
• Dòng: 150mA
• Hoạt động trong thời gian đầu ổn định

Tính năng:

• Phát hiện khí ga

3.8 Thiết bị thu phát sóng không dây

Đặc điểm:

• Hệ thống thu phát không dây sử dụng sóng radio
• Các tần số thường được sử dụng là 125Khz hoặc 900Mhz.
• Có thể truyền tải thông tin qua khoảng cách 4cm mà không cần tiếp xúc vật lý nào.
• Có thể đọc được các thông tin xuyên qua các môi trường, vật liệu như: bê tông, băng đá, sơn… và các điều kiện môi trường khác mà mã vạch và các công nghệ khác không thể phát huy hiệu quả.

Thông số:

• Nguồn: 3.3VDC, 13-26mA
• Tần số sóng mạng: 13.5Mhz.
• Khoảng cách hoạt động: 0 ̴ 60mm (mifare1 card)
• Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s.
• Kích thước: 400mm x 60mm

Tính năng:

• Truy cập hệ thống cảnh báo cháy nổ của khu vực

3.9 Nghiên cứu và phát triển các tính năng cần có của giải pháp

Tính tùy chỉnh: Người sở hữu thiết bị có quyền cài đặt cấu hình các thông số cho cảm biến để nhận cảnh báo khi có dấu hiệu nguy hiểm thông qua ứng dụng di động FUN SAFE

Cảnh báo theo mức nguy hiểm khác nhau: Nếu thiết bị phát hiện cháy nổ, hệ thống sẽ tự động pohaan loại mức độ và gửi cảnh báo tới người chủ sở hữu, những người trong phạm vi ảnh hưởng hoặc đơn vị PCCC gần nhất.

Những người trong phạm vi ảnh hưởng nếu đã cài đặt ứng dụng cũng sẽ được cảnh báo và nhận các thông tin trợ giúp chỉ dẫn thoát hiểm khỏi khu vực cháy (tòa nhà, khách sạn, nhà máy).

Quản lý tập trung: Các cảm biến thu thập dữ liệu và hiển thị các thông số tại màn hình điều khiển trung tâm. Khả năng tự động kích hoạt hệ thống báo cháy từ An ninh tòa nhà, nhà máy hoặc cơ quan PCCC…

Cảnh báo sớm: Phát hiện và cảnh báo cháy theo thời gian thực. Các cảm biến tiếp nhận thông tin môi trường liên tục, phân tích và nhận diện nguy cơ và các dấu hiệu xuất hiện cháy nổ.

Tự động xử lý đám cháy: Công nghệ IoT cho phép các thiết bị tương tác với nhau một cách tự động. Các cảm biến có thể được kết nối với các thiết bị dập lửa để kích hoạt chức năng xử lý đám cháy một cách tự động.

Khi đám cháy xảy ra trong tòa nhà, chung cư, nhà xưởng,… ứng dụng di động FUN SAFE sẽ cung cấp thông tin vị trí cháy, chỉ dẫn lối thoát hiểm cho người trong phạm vi ảnh hưởng.

Hệ thống được liên kết với cơ quan phòng cháy chữa cháy: Khi xảy ra cháy nổ và không được giải quyết. Khi đạt đến cấp độ cảnh báo tới cơ quan chức năng. Hệ thống sẽ báo vị trí cháy, chỉ dẫn đường đi cho đơn vị phòng cháy chữa cháy và cứu hộ gần nhất.

Thống kê số liệu, phân tích đánh giá số liệu và dự đoán nguy cơ cháy – Bigdata: AI – Trí tuệ nhân tạo có khả năng học hỏi dữ liệu thu thập được và phân tích nhận diện các dấu hiệu có khả năng xảy ra cháy nổ và cảnh báo trước cho người quản lý thiết bị.

4.Ứng dụng của giải pháp trong đời sống

Việc triển khai FUN SAFE tại hộ gia đình rất đơn giản. Mỗi gia đình chỉ cần mua các thiết bị cảnh báo cháy mà FUN SAFE cung cấp, đồng thời sẽ có một tài khoản trên ứng dụng FUN SAFE để kết nối và quản lý thiết bị. Người sở hữu thông qua ứng dụng này sẽ cài đặt cấu hình các thống số cho thiết bị, như vị trí, điều kiện cảnh báo và các số gọi khẩn cấp để nhận cảnh báo.

Khi hỏa hoạn xảy ra doanh nghiệp thường chịu rất nhiều thiệt hại, các Công ty sản xuất có thể xảy ra việc cháy nổ trong nhà máy, kho xưởng gây thiệt hại về người, tài sản và ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh.

Bất kỳ mô hình doanh nghiệp, tổ chức nào cũng cần đáp ứng yêu cầu về phòng tránh cháy nổ và có hệ thống cảnh báo nhằm phát hiện và hạn chế thiệt hại có thể xảy ra

Tương tự như việc triển khai với quy mô gia đình, doanh nghiệp sẽ trang bị các thiết bị cảm biến tại nơi có nguy cơ xảy ra cháy nổ.

Ngoài phòng An ninh hoặc IT (kỹ thuật) giữu nhiệm vụ cấu hình và nhận thông tin trực tiếp từ thiết bị. Những người công nhân khác, nhân viên, khách hàng, cư dân để có thể quét mã QR trên thiết bị cảm ứng để nhận cảnh báo khi xảy ra cháy nổ.

Chẳng hạn khi đi vào một khách sạn, khách hàng có thể quét mã QR được khách sạn cung cấp, chính là mã của thiết bị báo cháy trong phòng hoặc của khách sạn.Khi có hỏa hoạn xảy ra người này sẽ lập tức nhận được cảnh báo và thông tin hướng dẫn thoát hiểm được khách sạn cài đặtn sẵn trên hệ thống.

Mỗi người dùng cài app sẽ được xác định vị trí thông qua GPS hoặc mã QR check-in để nhận cảnh báo từ thiết bị khi có nguy hiểm xảy ra.

KẾT LUẬN

Từ kết quả nghiên cứu đề tài rút ra một số kết luận sau:

1. Xây dựng thành công một số giải pháp phòng chống cháy nổ bằng công nghệ IoT và AI Việt Nam.

2.Chế tạo thành công thiết bị cảm biến thu thập dữ liệu từ môi trường và cảnh báo cháy.

3. Xây dựng thuật toán Machine Learning (Học máy) có khả năng tự học tăng cường sự chính xác trong phân tích khả năng xảy ra cháy nổ. Giúp việc cảnh báo cháy sớm chính xác hơn.
4. Ứng dụng IoT trong việc tự dộng xử lý cháy nổ và triệt tiêu nguy cơ cháy nổ tự động.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Melexis:

https://www.melexis.com/en/product/MLX90640/Far-Ifrared-Thermal-Sensor-Array

https://www.melexis.com/en/product/MLX90640/Digital-Plug-Play-Ifrared-Thermometer-TO-Can

[2] Arduino:

http://arduino.vn/bai-viet/1032-cam-bien-lua-mot-mo-dun-cam-bien-don-gian-voi-ardunio

Ngô Huỳnh Ngọc Khánh: http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi

[3] nxp: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MFRC522.pdf

[4] Pololu: https://www.pololu.com/file/0J309/MQ2.pdf

[5] waveshare: https://www.waveshare.com/wiki/DHT22_Temperature-Humidity_Sensor

[6] Google: https://developers.google.com/ml-kit/

---

Nguồn: “Cuộc thi sáng tạo khoa học và công nghệ về PCCC và CNCH năm 2019”. -Hà Nội 2019.-Tr. 10-15.