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智慧消防的發展與研究現狀

2019-11-19 14:19:12   來源:中國人民警察大學   作者:李棟,張云明  閱讀:次   【 打印本頁 】

] 。消防作為城市公共安全的一部分,在智慧城市建設發展的熱潮中,也必須適應形勢,實現消防信息化、智能化。由此,“智慧消防”應運而生,如何更好地將信息技術應用于消防領域,進而實現滅火救援和火災防控智能化,是當前消防部門和公共安全領域專家學者研究的熱點問題。其作為消防行業發展的新方向,在為防火監督管理和滅火救援提供數據支撐,提高社會化消防監督與管理水平,提升現代化智慧城市綜合防火能力等方面,具有良好的社會效益和應用前景。

] ,各專家學者對智慧消防的定義也不同。傅永財認為 [] 智慧消防是借助物聯網、云計算、大數據等新一代技術,立足于消防的職能需求,從獲取的信息中分析研判,以實現防火安全智能評估和滅火救援智能決策;丁祥郭 [] 對數字消防和智慧消防做了比較,他認為前者重點在于信息的采集與傳輸,后者更注重是信息的綜合分析和輔助決策等;金輝 [] 從知識創新應用的角度指出,智慧消防不單是物聯網、大數據等信息技術的應用,更重要的是通過知識理論的創新應用,推進消防事業創新的一種方法。究其實質,智慧消防就是綜合運用各種先進的信息化技術,采集、傳輸、挖掘、分析海量的消防數據,實現消防管理服務和滅火救援智能化。

2.2. 智慧消防的特征

    信息全面感知:智慧消防建設的基礎是建立集中式的消防大數據網絡,利用各類智能傳感器、地理信息系統和各種智能終端設備,獲取各類消防信息,實現對城市各區域消防數據的實時感知和處理,進而實現全局化監測和全時空管理。

    系統互聯共享:智慧消防不能只靠感知,還需要實現信息系統的互聯互通。運用物聯網和云計算平臺對消防多源異構數據進行整合,同時要打破相關部門的信息資源保護壁壘,形成統一的資源體系,搭建成智慧消防的信息基礎平臺,實現信息共享。

    服務智能可靠:智慧消防能夠匯總所感知到的海量數據,但真正體現出“智慧”的是對海量信息進行不同深度處理、分析和挖掘的能力,根據不同部門和用戶的需求,提供不同層次的智能化服務。

] 。2013年美國消防研究基金會研制了智慧消防發展規劃圖,同時明確了智慧消防建設將要面對的研究難點和技術問題,并將智慧消防作為未來的重點項目進行研究 [] 。

    國外智慧消防建設成效顯著,2013年美國Math Works公司創建開發了智能應急響應系統(smart emergency response system (SERS)),旨在發生災難時為幸存者和救援人員提供周邊地理環境等信息,以實現快速定位和救助 [] ;美國谷歌公司研發的谷歌眼鏡,可以內置加載建筑物地圖,幫助消防員快速穿過濃煙火場;瑞典皇家理工學院研制了數字定位消防鞋,其設計系統安裝了先進傳感器、無線模塊和處理器,數據能反映消防員和被困人員的準確信息,對消防員進行遠程操控。

3.2. 國內發展現狀

    國內智慧消防起步比國外稍晚幾年,2012年出臺了《武警消防部隊“十二五”信息化建設項目總體規劃》,要求推進信息技術與消防的深度融合;2016年6月,湖北省宜昌市舉辦“全國創新社會消防管理會議”,在官方層面正式宣布由傳統消防轉型為智慧消防;2017年10月,部局下發了《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》,要求加速實現消防服務向智能化轉型升級。在智慧消防建設方面,丁宏軍提出 [] 智慧消防應當先建設消防物聯網,獲取所需的消防信息,而后建立依托網絡建立物聯網消防,實現智能化應用;張福好 [] 提出建設一個集中式云平臺進行信息收集和匯總,開發火災防控網絡和滅火救援網絡的建設框架。目前,各城市智慧消防建設也取得了一定的成果,江蘇省鎮江市建立了城市消防設施聯網監測系統,實現消防設施的監測維保以及日常巡檢等功能 [] ;湖南省搭建了全省統一的“消防數據中心”,應用于消防大數據指揮平臺和火災監控預警平臺。

] 等利用RFID技術,對水帶、滅火器、逃生器材等移動設施進行位置監測。楊成鋼 [] 在消防管理系統加入壓力傳感器、水位傳感器等監測室內消防給水系統,接入智能視頻分析裝置,監視感知疏散通道和逃生門。以上研究大多利用物聯網實現了獨立消防監控系統的集中管理,對于消防數據統計分析和深度挖掘等方面較少涉及。

    在火災預警和智能風險評估方面,祝錫永等 [] 提出在消防物聯網監測系統中引入CEP (復雜事件處理)技術,通過編碼實現火警誤報、漏報的判別。李園園 [] 就火災精確探測方面,提出根據樣本數據訓練傳感器BP神經網絡和圖像BP神經網絡,并結合模糊算法進行火災預測。董秋根 [] 利用Hadoop和Spark等大數據技術構建“智慧消防”系統,對消防大數據進行深度挖掘和融合,實現火災風險評估和預警,但對于具體的火災風險評估模型以及火災預警的實現方法沒有具體的說明。

    在社會消防安全管理方面,陳國良 [] 等利用BIM (建筑信息模型)建立三維可視化的消防系統,能夠動態呈現防火分區、疏散路線等相關要素,可應用于防火監督檢查和應急疏散逃生指示等。江濤 [] 提出利用大數據平臺,根據火災規律和突發趨勢提出預防措施,根據系統上消防知識閱讀量等信息進行針對性的宣傳教育。

4.2. 滅火救援智能化

    在數字化預案建設方面,張亮學者 [] 提出運用3D實景和虛擬仿真等全景技術制作滅火救援數字化預案,戰時可快速了解建筑信息并制定相應滅火戰術,日常可佩戴VR眼鏡在編制的重點單位數字化中預案開展“六熟悉”工作。邱華 [] 依據C/S模式、GIS技術構建了數字化預案,通過建立三維可視化的預案數據庫,可在GIS和3D場景中進行預案的制作、查詢、推演等操作。若在此系統中能動態再現火災和煙氣蔓延情況與救援疏散流程等功能,會使系統功能更全面。

    在大數據指揮平臺建設方面,張鵬等 [] 提出搭建一體化作戰指揮平臺,整合靜態和動態數據,集119接處警系統、GPS定位系統和可視化調度指揮系統等子系統為一體,進行指揮調動、協調聯動和智能輔助決策。黃凱 [] 提出構建應急處置系統模塊,其中接警出動和戰評總結模塊應用GIS系統進行路線規劃,救援行動模塊應用多核協同指揮系統和室內人員定位系統進行輔助指揮決策,執勤戰備模塊應用消防裝備物聯網管理系統和重點單位網格化管系統進行裝備和人員管理。

    在單兵作戰監測方面,郭仁宇等 [] 提出基于物聯網技術建立消防員生理信息監控系統,通過為消防員配備的傳感器或火場其他部位的傳感器,收集其各類生理數指標信息及火場環境和位置參數等,實時傳輸至現場指揮系統。禤永哲等 [] 在消防員移動端除了配置各類傳感器外,還設計了網絡攝像頭和語音傳輸模塊,進行視頻傳輸和語音通信;并提出了基于消防員運動軌跡,結合動態傳感器和GPS系統,實現消防員室內環境定位。

4.3. 后勤管理高效化

    就車輛物聯網建設方面,侯忠輝 [] 提出構建消防GPS車輛管理系統,利用GPS定位車輛,GIS動態監控車輛和交通狀況等,實現實時監控當前案件、歷史案例回放、執勤越界報警等功能。穆楠 [] 采用LORA電子標記卡載入車載的裝備和人員信息,再融合OBD模塊,采集上傳各種車輛基本信息和載水量、泡沫量等信息,實現消防車輛信息動態監管和調度。

    在裝備物資管理方面,付明月 [] 提出將RFID電子標簽嵌入裝備中,通過在裝備庫房和車庫門口設置固定式讀寫器,監測車輛和裝備出入庫情況,手持式讀寫器登記清點單個裝備,使裝備管理從各個環節均能實現信息化。但是在應用大數據分析評估隊伍裝備管理的水平以及預測隊伍裝備的需求等方面還需要進一步研究。段彬 [] 針對RFID技術同時采集多個信息時存在的標簽沖突或碰撞問題,建議采用二進制樹算法以減少干擾,以準確獲取多個數據參數。

4.4. 其他

    在戰評方面,姜自清提出精細化戰評理念 [] ,運用大數據技術對指揮中心的接處警分析,對轄區中隊、增援中隊、全勤指揮部、聯動力量的作戰分析。在思想政治方面,文獻 [] 里提出建設政治教育訓練系統,利用自媒體和“慕課”等在線學習平臺,收集各種因素建立風險數據庫,預測分析監督管控的重點和盲點。在戰斗力評估方面,吳君 [] 提出運用數據評估與分析戰斗力,依據3個理論指標因素和2個實戰指標因素,利用大數據技術分析收集的基礎信息,采用一張圖展示和評估消防隊伍戰斗力。

5. 結論

    基于“智慧城市”的建設背景,從內涵和應用等角度探討了智慧消防的定義,提出了智慧消防信息全面感知、系統互聯共享和服務智能可靠的三點特征。在此基礎上,闡述了國內外智慧消防的發展歷程和建設成果,重點研究了國內智慧消防的研究領域,從火災防控精細化、滅火救援智能化和后勤管理高效化等方面進行分類綜述,并歸納了各個領域的具體研究成果。通過對現有研究文獻的回顧和分析,下一步研究方向大致可從以下三個方面展開:

    1) 加強具體功能實現方面的基礎理論研究。目前研究多停留在體系和框架的設計上,對于實現功能所需的理論支撐和技術手段等研究往往比較籠統,如依據何種理論實現區域火災風險評估,建立哪些模型進行火災預警等,都需要進一步進行理論和技術層面的研究。

    2) 明確智慧消防的建設思路和研究重點。智慧消防是個大領域,研究時應分輕重緩急,不能片面追求大而全,應著重研究和發展對于社會建設和隊伍管理急需的方面,加強頂層體系的規劃和研究。

    3) 加強工程應用中實際問題的解決研究。目前純理論層面研究較多,對于實踐應用層面上的研究較少,如何解決不同消防設備間的技術壁壘、統一通訊協議,如何在不給防火單位造成額外負擔的基礎上推進智慧消防建設,在這些方面還需理論上的探討和研究。