物聯(lián)網(wǎng)技術在消防應急領域的應用前景分析

◎ 王兆國 王 輝 王 坤

物聯(lián)網(wǎng)技術在消防應急領域的應用前景分析

◎ 王兆國 王 輝 王 坤

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術受到了越來越多的關注，其應用更是成為關注的焦點。本文簡要介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術的概念和層次架構，分析了物聯(lián)網(wǎng)技術在消防應急領域應用的可行性，并從滅火救援作戰(zhàn)、社會消防安全管理、消防裝備管理三個方面詳細探討了物聯(lián)網(wǎng)技術在消防應急領域的應用前景，指出該技術的應用必將對提高消防工作的水平和效率發(fā)揮重要作用。

物聯(lián)網(wǎng) 消防 滅火救援 消防安全管理 裝備管理

1、引言

“物聯(lián)網(wǎng)”作為目前最有前瞻性的熱點技術，被預言為繼計算機與互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產業(yè)的又一次科技與經(jīng)濟浪潮。物聯(lián)網(wǎng)技術已被美國、日本等發(fā)達國家納入國家和區(qū)域信息化戰(zhàn)略，針對物聯(lián)網(wǎng)技術帶來的信息化浪潮，我國也提出了“感知中國”的發(fā)展戰(zhàn)略。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術已在一些領域得到應用，包括電力、智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生、家庭安防、重點區(qū)域防入侵、工業(yè)控制、農業(yè)和環(huán)境監(jiān)測等諸多領域[1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術的“動態(tài)化、智能化、網(wǎng)格化”管理模式在消防應急領域具有廣闊的應用前景[2]。公安消防部隊的根本任務就是提高兩個能力: 一是提高快速反應和滅火救援能力; 二是提高消防監(jiān)督執(zhí)法能力。這兩方面能力的提高都離不開先進科技提供的技術支撐。同時，全國消防部隊正在大力推進消防信息化建設，并將其作為實施科技強警，實現(xiàn)消防工作跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略性舉措，物聯(lián)網(wǎng)技術作為一項新興的信息技術，必將對消防信息化建設產生深遠的影響。因此，如何將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到消防應急領域值得探索和研究。

2、物聯(lián)網(wǎng)技術

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

“物聯(lián)網(wǎng)”（The Internet of Things. IoT)，即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)絡。我國對物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。從其概念可以看出，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡，它實現(xiàn)了人與人、人與物、物與物之間的信息交互。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的層次架構

2.2.1 感知層

感知層就是物聯(lián)網(wǎng)的感知器官，其功能是感知和識別物體、捕獲和采集信息、接受和執(zhí)行指令。主要包括RFID標簽和讀寫器、傳感器、傳感器網(wǎng)關、數(shù)碼相機等。其需要的關鍵技術有檢測技術、短距離有線和無線通信技術等，主要解決數(shù)據(jù)獲取的問題。對于消防應急領域而言，感知層設備包括消防遠程監(jiān)控設備、安裝在建筑物中的火災感應器、視頻采集設備、消防員攜帶的生命體征傳感器等。

2.2.2 網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層對于物聯(lián)網(wǎng)而言類似于人體的神經(jīng)和大腦，負責傳輸和處理感知層獲取的各種外部信息，是感知層和應用層的溝通橋梁，由移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)、智能處理平臺等組成。網(wǎng)絡層的關鍵技術包括遠距離有線和無線通信技術、網(wǎng)絡技術等，解決的是將感知層獲取的信息在一定范圍和時限內長距離傳輸?shù)膯栴}。網(wǎng)絡層將建立在現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎之上[3]。

2.2.3 應用層

應用層是物聯(lián)網(wǎng)技術與行業(yè)專業(yè)技術的深入融合，并結合相關行業(yè)的需求，直接面向應用，為用戶提供特定服務，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用。應用層包括中間件層和應用服務層。中間件層主要實現(xiàn)網(wǎng)絡層與應用服務間的接口和能力調用，應用服務層包括各類具體應用[4]。通過應用層即可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在遠程醫(yī)療、智能交通、物流、城市管理、家居生活等方面的應用。

3、物聯(lián)網(wǎng)技術在消防應急領域應用的可行性分析

3.1 基本技術條件成熟

物聯(lián)網(wǎng)是基于現(xiàn)有的信息網(wǎng)絡而發(fā)展的，是在當前通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展，一般并不需要專門為物聯(lián)網(wǎng)改造最基礎網(wǎng)絡。二維碼、傳感器、電子標簽等傳感設備，互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、傳感網(wǎng)等網(wǎng)絡設施已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛應用，因此，物聯(lián)網(wǎng)技術應用于消防應急領域有豐富的經(jīng)驗可借鑒。此外，自消防信息化建設實施以來，有線通信、無線通信、衛(wèi)星通信、計算機通信等基礎通信網(wǎng)絡已基本在消防部隊建立，互聯(lián)網(wǎng)技術和實用系統(tǒng)也已經(jīng)在消防部隊得到廣泛應用。這些都為物聯(lián)網(wǎng)的應用提供了基本技術條件。

3.2 現(xiàn)有的應急管理系統(tǒng)為物聯(lián)網(wǎng)的應用提供了平臺

當前，消防安全重點單位都已經(jīng)投入使用了火災自動報警系統(tǒng)等各類應急管理系統(tǒng)，并聯(lián)入了各地的消防安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在信息采集、傳輸、處理等方面與物聯(lián)網(wǎng)技術有著相通之處，只要在其基礎之上再構建一層基于物聯(lián)網(wǎng)技術的系統(tǒng)，即可利用物聯(lián)網(wǎng)技術有效拓展現(xiàn)有應急管理系統(tǒng)的功能。消防部隊目前配備使用的滅火救援指揮系統(tǒng)、3G圖像傳輸系統(tǒng)等都為物聯(lián)網(wǎng)的應用提供了一定的平臺。

3.3 適應社會消防安全管理的需求

目前，在社會消防安全管理工作中普遍存在著消防安全管理制度不落實、消防設施維護保養(yǎng)不到位等問題，與社會消防安全管理工作的目標還有一定的差距。其中一個方面的原因就是缺乏先進可靠的技術支撐。技術含量低導致當前的工作模式無法滿足社會消防安全管理動態(tài)化的特點，消防安全管理水平與現(xiàn)實需求之間矛盾突出。物聯(lián)網(wǎng)技術為創(chuàng)新消防安全管理工作模式提供了有效途徑。如，利用RFID技術、視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實時地對重點單位消防控制室管理人員的在位情況進行監(jiān)控，避免人員脫崗現(xiàn)象的發(fā)生；利用傳感器技術對建筑內固定消防設施的運行狀態(tài)進行采集，并通過服務器聯(lián)入網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程控制和管理，從而提高消防監(jiān)督管理工作的及時有效性。

3.4 可有效提高消防部隊的滅火救援能力

近年來，消防部隊承擔的滅火救援任務越來越繁重，面臨的災害現(xiàn)場情況越來越復雜，在實施救援時經(jīng)常遇到現(xiàn)場情況不清楚、信息傳遞不通暢、指揮決策不科學等問題，而物聯(lián)網(wǎng)技術所具備的全面感知、可靠傳遞、智能處理三大特征，能夠很好地解決這些問題，滿足消防部隊處置各類災害事故的需求。無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)可用于災害現(xiàn)場的偵察，特別是條件惡劣的環(huán)境；傳感器技術用于滅火救援人員的安全管理，實時將消防員的生命體征參數(shù)、位置信息傳送給指揮員；運用云計算等技術對收集到的信息進行整合、智能分析，為指揮員的決策提供支撐，以增強決策的科學性。

4、物聯(lián)網(wǎng)技術在消防應急領域的應用方法

4.1 在滅火救援作戰(zhàn)中的應用

4.1.1 全方位的偵察感知

對災害現(xiàn)場情況的偵察工作是滅火救援作戰(zhàn)的重要保障，為指揮員判斷災害形勢、制定作戰(zhàn)方案提供信息支撐，這就決定了偵察工作是一項艱巨、復雜、細致的任務，并貫穿于整個滅火救援行動的始終。目前，偵察工作主要是由偵察人員通過外部觀察、深入災害現(xiàn)場內部偵察、利用儀器檢測等方式完成，但這都無法保證對災害現(xiàn)場情況的全面掌握。通過在災害現(xiàn)場大量布置微型的多功能傳感器，形成災害現(xiàn)場的偵察傳感網(wǎng)絡，邊感知，邊傳送，實時獲得災害現(xiàn)場各個點的溫度、風速、煙氣濃度、有毒有害氣體濃度等信息，及時將信息傳遞給指揮部，為指揮員提供全方位的、及時準確的現(xiàn)場信息，從而保證災害現(xiàn)場信息的時效性、準確性和連續(xù)性，并提高指揮員獲取信息的速度、拓展信息的深度和廣度。如果將傳回的信息與地理信息系統(tǒng)(GIS)融合，即可為指揮員提供直觀的災害現(xiàn)場態(tài)勢圖，從而大大提高指揮決策的科學性。

4.1.2 智能的作戰(zhàn)指揮

物聯(lián)網(wǎng)技術應用于消防應急領域后，可以利用云計算技術對無線傳感器及其網(wǎng)絡收集的災害現(xiàn)場信息通過分類整理、鑒別提煉、分析研究等方法進行加工整理，為指揮員定下滅火救援戰(zhàn)斗決心提供輔助支撐。通過執(zhí)勤車輛上安裝的GPS系統(tǒng)及時將車輛的位置信息發(fā)送到指揮部，同時，在車輛及其隨車裝備上安裝RFID電子標簽，通過數(shù)據(jù)采集終端使指揮部提前了解趕往現(xiàn)場的車輛類型、所屬單位和配備的裝備、人員數(shù)量，預先為車輛確定?？课恢?、分配作戰(zhàn)任務，防止現(xiàn)場交通混亂，并提高指揮效率。利用溫度傳感器、微振動傳感器對石油化工火災的潛在危險進行預警，一旦出現(xiàn)爆炸的危險就立即報警，指揮員下達撤退指令，以減少不必要的人員傷亡。

4.1.3 智能的人員安全管理

在滅火救援現(xiàn)場，往往需要救援人員深入火場內部偵察、滅火，但是火場內部的高溫、濃煙對救援人員的安全構成了嚴重的威脅。物聯(lián)網(wǎng)技術為解決這一問題提供了方法。每個攻堅人員攜帶存儲姓名、進入時間、空氣呼吸器壓力等信息的電子標簽，每人擁有唯一的編號，當進入現(xiàn)場時利用讀寫器識別電子標簽的信息，并利用位置已知的參考標簽確定攻堅人員的位置。將這些信息通過無線方式傳送到數(shù)據(jù)庫，并在客戶監(jiān)控端顯示這些信息，以實時確定空氣呼吸器的使用狀態(tài)和人員位置，一旦達到空氣呼吸器使用的預定壓力或人員作業(yè)的預定時間，指揮員可提醒攻堅人員及時撤出。每個攻堅人員還可配備生命體征傳感器，實時監(jiān)控呼吸、脈搏、體溫等生命體征參數(shù)，并將生命體征參數(shù)實時傳送到指揮部。當攻堅人員的生命體征參數(shù)出現(xiàn)異常時，指揮部可向其下達撤出指令，無法自行撤出時，向該戰(zhàn)斗員的就近人員下達指令，協(xié)助其撤出。

4.2 在社會消防安全管理中的應用

4.2.1 消防設施的動態(tài)管理

消防設施對社會的消防安全起著至關重要的作用，因此消防設施的運行維護是消防部門監(jiān)督管理的重點。利用物聯(lián)網(wǎng)技術可實現(xiàn)對自動噴水滅火系統(tǒng)、室內消火栓系統(tǒng)、滅火器、防火門等消防設施的監(jiān)控，使消防檢查人員和單位管理人員能夠對消防設施進行動態(tài)的管理。在自動噴水滅火系統(tǒng)、室內消火栓系統(tǒng)內安裝傳感器，實時采集管網(wǎng)內是否有水、水壓以及閥門的開合狀態(tài)、水箱水位等信息，并將信息傳送到管理平臺，消防檢查人員和單位管理人員可通過該平臺查看信息，實現(xiàn)全天候監(jiān)測。一旦出現(xiàn)異常狀態(tài)，該平臺就會發(fā)出報警信息，提醒單位人員進行保養(yǎng)維修。在滅火器、緩降器等消防器材上安裝RFID電子標簽，標簽內記錄認證標志、生產日期、性能參數(shù)、使用壽命、維護保養(yǎng)等信息，檢查人員利用手持讀寫器對標簽掃描即可獲取相關信息，確定該器材是否完整好用，是否需要更換，并可有效防止社會單位使用假冒偽劣產品。此外，還可利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對常閉式防火門是否按規(guī)定關閉、安全疏散通道和消防車通道是否暢通等進行監(jiān)控，出現(xiàn)違規(guī)情況時，可立即通知單位整改，并可隨時檢查整改情況。

4.2.2 重大危險源的實時監(jiān)控

重大危險源是指長期或臨時地加工、生產、處理、搬運、使用或者儲存危險物質，且危險物質的數(shù)量等于或超過臨界量的場所和設施，以及存在危險能量可能造成重大事故的場所和設施[5]。重大危險源一旦發(fā)生事故極易造成人員傷亡和財產損失，其監(jiān)控工作不容忽視。借助于物聯(lián)網(wǎng)的識別、感知、智能分析、監(jiān)控等技術特點，可對重大危險源的實時狀態(tài)、設備狀況、周圍環(huán)境、安全情況實施有效的消防監(jiān)管。利用溫度、壓力、風力、風速、濕度、可燃氣體濃度、有毒氣體濃度、液位等傳感器，部署傳感網(wǎng)絡，實時采集重大危險源狀態(tài)信息、設備狀況信息及其周圍環(huán)境參數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)綜合分析處理平臺采用云計算技術，對采集的數(shù)據(jù)進行智能分析，并與預先設置的安全參數(shù)范圍比對，評估危險源的安全狀況，預測可能發(fā)生的事故。當不處于安全參數(shù)范圍內時，系統(tǒng)會發(fā)出警報，工作人員可根據(jù)GIS系統(tǒng)提供的信息迅速定位隱患點，并采取必要的應急措施，防止事故的發(fā)生。

4.3 在消防裝備管理中的應用

4.3.1 裝備故障的智能診斷

裝備故障診斷是監(jiān)測裝備狀態(tài)的重要手段，并為裝備的維修保養(yǎng)提供決策支持?，F(xiàn)代化的新型消防裝備使用的技術越來越先進，必須有與之相配套的故障診斷方法。物聯(lián)網(wǎng)技術為提高消防裝備故障診斷能力提供了重要的途徑。在消防裝備的各部件，如發(fā)動機、油箱、線路、管道等嵌入不同類型的傳感器，可實時獲得各部位的相關參數(shù)，包括不同狀態(tài)下的溫度、轉速、液位、壓力以及水、油、電、氣等參數(shù)，系統(tǒng)通過將這些參數(shù)與預設的合理值比對，判斷并監(jiān)測裝備運行狀態(tài)，進而識別裝備各項指標是否正常，發(fā)現(xiàn)、確定裝備發(fā)生故障的部位，尋找故障原因。當處于異常狀態(tài)時，系統(tǒng)會發(fā)出警報，提醒裝備管理人員及時處理，并根據(jù)系統(tǒng)中預存的故障模型自動查找維修保養(yǎng)方案以供裝備管理人員參考，從而有效提高裝備管理人員的裝備故障診斷和維修保養(yǎng)能力。

4.3.2 庫存裝備的智能管理

消防裝備種類繁多、數(shù)量巨大、使用頻繁，難以實現(xiàn)裝備庫存管理的精確化、動態(tài)化、實時化。而物聯(lián)網(wǎng)技術識別、定位的技術特性可滿足裝備庫存管理工作的需求。在裝備入庫環(huán)節(jié)，安裝在倉庫入口的讀寫裝置自動識別裝備上RFID電子標簽，并采集標簽上的信息，這些信息將被傳送到數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)根據(jù)標簽上的信息對裝備進行分類，提醒管理人員將裝備存放到指定區(qū)域，可有效防止裝備存放的混亂。當在倉庫中尋找指定的需要調撥的裝備時，系統(tǒng)可利用RFID技術提供的定位服務迅速、精確地定位裝備的位置，準確地找到指定裝備，從而節(jié)省尋找裝備的時間，提高工作效率。裝備出庫時，安裝在倉庫出口的讀寫裝置自動識別裝備上的RFID電子標簽，并將采集的信息傳送到數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)獲取信息后自動消除出庫裝備的信息。在完成出入庫工作后，系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)自動計算不同種類裝備的入庫數(shù)量、出庫數(shù)量、庫存數(shù)量，避免人為記錄造成錯誤，并為裝備調撥提供可靠的依據(jù)。

5、結束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展和成熟，物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)的應用將會不斷的擴大和深入。其在消防應急領域的應用也必將對消防事業(yè)的發(fā)展帶來深刻的變化，推動消防部隊在滅火救援、消防監(jiān)督管理、后勤管理等方面的重大變革，有效提高消防部隊的滅火救援能力和消防監(jiān)督執(zhí)法能力。因此，我們應把握住物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展所帶來的機遇，認真研究將其應用于消防應急領域的關鍵技術和核心問題，并逐步推廣應用，切實推動消防部隊各項工作的全面發(fā)展。

作者單位：中國人民武裝警察部隊學院研究生部

[1] 曲成義. 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢和前景[J]. 信息化建設, 2009(11):16-17.

[2] 張翔. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的火災自動報警系統(tǒng)研究[J].防災科技學院學報, 2011,13(1):51-54

[3] 艾浩軍, 單廣志等. 物聯(lián)網(wǎng)技術與產業(yè)發(fā)展[M].人民郵電出版社, 2011

[4] 王蔚, 南江林, 薄建偉. 物聯(lián)網(wǎng)技術應用于社會消防安全管理[J]. 消防科學與技術, 2012,31(8),864-866

[5] 吳宗之. 論城市重大危險源監(jiān)控與應急救援體系建設[J]. 安全, 2005,26(2):6-8.