住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目

“基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的建筑防火技術(shù)研究”研究進(jìn)展

“基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的建筑防火技術(shù)研究”課題由中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所牽頭，于2018年1月1日開(kāi)始，2019年12月31日完成課題最終報(bào)告的驗(yàn)收工作。

1 課題研究目的和意義

為應(yīng)對(duì)消防工作的眾多難題，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的“智慧消防”應(yīng)運(yùn)而生。2017年10月10日，公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，意見(jiàn)中提出建設(shè)“智慧消防”的重點(diǎn)任務(wù)和明確工作目標(biāo)。2019年11月29日，習(xí)總書(shū)記在我國(guó)應(yīng)急管理體系和能力建設(shè)進(jìn)行第十九次集體學(xué)習(xí)會(huì)上強(qiáng)調(diào)，應(yīng)急管理是國(guó)家治理體系和治理能力的重要組成部分，積極推進(jìn)我國(guó)應(yīng)急管理體系和能力現(xiàn)代化。國(guó)家層面的政策引導(dǎo)指明了行業(yè)趨勢(shì)和發(fā)展方向，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，加快推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)，全面提高消防工作科技化、信息化、智能化水平，實(shí)現(xiàn)“傳統(tǒng)消防”向“現(xiàn)代消防”的轉(zhuǎn)變，消防產(chǎn)業(yè)升級(jí)成為發(fā)展之必然。

對(duì)于國(guó)家政策引領(lǐng)、企業(yè)全力投入的智慧消防產(chǎn)業(yè)，國(guó)家重點(diǎn)科研單位、大型通信行業(yè)、傳統(tǒng)消防產(chǎn)品企業(yè)紛紛入局智慧消防領(lǐng)域，并研發(fā)出了相關(guān)的智慧消防產(chǎn)品。智慧消防的最終目標(biāo)就是能夠達(dá)到智慧感知、智慧防控、智慧指揮、智慧作戰(zhàn)、智慧執(zhí)法、智慧管理?，F(xiàn)代科技與消防工作的深度融合，為消防安全提供整體解決方案。但是在建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，真正的智慧消防功能卻難以保障，智慧消防愿景的實(shí)現(xiàn)往往是步履艱難。

鑒于目前消防工作形勢(shì)的嚴(yán)峻性和緊迫性，從工作需求出發(fā)，將傳統(tǒng)消防工作與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興技術(shù)相結(jié)合，是目前智慧消防建設(shè)急需攻克的任務(wù)，也是提高社會(huì)單位火災(zāi)預(yù)防能力，提高消防部隊(duì)快速反應(yīng)能力、爭(zhēng)取寶貴時(shí)間迅速出警，保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的重要保障。

2 研究?jī)?nèi)容

(1)消防物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)研究。消防物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)部署城市建筑物、工礦企業(yè)、古建筑物及森林等聯(lián)網(wǎng)單位的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、消防設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)、消防通道監(jiān)控系統(tǒng)和消防監(jiān)控室視頻系統(tǒng)，收集聯(lián)網(wǎng)單位的火警、故障、水壓、消防設(shè)施位置和運(yùn)行狀態(tài)信息、建筑結(jié)構(gòu)信息，消防主機(jī)啟動(dòng)、反饋、屏蔽信息，消防監(jiān)控室、消防通道監(jiān)控視頻等各項(xiàng)數(shù)據(jù)。其涉及到的設(shè)備多、區(qū)域廣、信息種類多種多樣、應(yīng)用場(chǎng)景豐富多彩、數(shù)據(jù)傳輸模式組網(wǎng)方式等千差萬(wàn)別，因此，研究建立通用可擴(kuò)展的消防物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，是解決消防物聯(lián)網(wǎng)兼容性的必要措施。

(2)消防系統(tǒng)感知預(yù)警設(shè)備研發(fā)。感知層作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最底層，是打通物理世界與信息世界的關(guān)鍵。消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層需要定制研發(fā)適用于消防系統(tǒng)的多種前端感知設(shè)備，同時(shí)又要滿足易于安裝維護(hù)、低功耗、低成本等特點(diǎn)，因此，研究開(kāi)發(fā)適用于消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息傳輸裝置、水壓力監(jiān)控裝置、水位監(jiān)控裝置、消防設(shè)施監(jiān)控設(shè)備等前端感知終端，是本項(xiàng)目的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一。

(3)消防物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)研發(fā)。消防物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)主要是指通過(guò)電腦、手機(jī)、平板等智能終端，實(shí)時(shí)掌握消防系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，消防相關(guān)人員的在崗情況等。實(shí)現(xiàn)消防設(shè)施的全面監(jiān)控、消防相關(guān)人員的科學(xué)管理、火災(zāi)隱患提前預(yù)警等目標(biāo)。

(4)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模型研究。通過(guò)消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)收集聯(lián)網(wǎng)單位以及社會(huì)公共區(qū)域消防系統(tǒng)的運(yùn)行情況，綜合利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過(guò)對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、抽象、建模等，研究建立起火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模型，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和高危風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

(5)消防大數(shù)據(jù)分析研究。消防大數(shù)據(jù)分析是綜合消防物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)以及火災(zāi)案例數(shù)據(jù)等，研究建立消防大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析模型、火災(zāi)態(tài)勢(shì)感知及研判模型、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型以及消防設(shè)備質(zhì)量評(píng)估模型等內(nèi)容。

3 關(guān)鍵技術(shù)

(1)多網(wǎng)異構(gòu)融合接入。消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，涉及多種多樣的設(shè)備通訊方式和接入形式，如433、wifi、NB-IOT、LoRa、2G/3G/4G等多種無(wú)線傳輸方式，以及UDP、TCP、HTTP、MQTT等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫接入，并同時(shí)保證接入的安全性，是急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

(2)海量設(shè)備接入管理。消防物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)并不是面向區(qū)域性的聯(lián)網(wǎng)，而是面向整個(gè)城市、省份甚至全國(guó)的平臺(tái)，需要接入的前端設(shè)備將數(shù)以千萬(wàn)計(jì)，怎樣對(duì)這些海量接入的設(shè)備進(jìn)行有效的連接管理、數(shù)據(jù)管理、認(rèn)證管理，同時(shí)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、穩(wěn)定性，是本項(xiàng)目需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

(3)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。大數(shù)據(jù)分析通過(guò)接入消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、現(xiàn)有信息系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等不同來(lái)源不同類型的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)廣泛的參與性，通過(guò)建立消防大數(shù)據(jù)綜合分析平臺(tái)，從各個(gè)維度分析各事物間聯(lián)系，為消防后續(xù)工作及決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。并通過(guò)內(nèi)在分析實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)險(xiǎn)情評(píng)估，火災(zāi)態(tài)勢(shì)分析，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的預(yù)測(cè)。

4 消防物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

消防物聯(lián)網(wǎng)，綜合利用射頻識(shí)別、無(wú)線傳感、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，依托有線、無(wú)線、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信手段，整合已有的各數(shù)據(jù)中心，擴(kuò)大監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量，完善系統(tǒng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)、設(shè)施巡檢、單位管理、消防監(jiān)督等功能。在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及故障、報(bào)警信號(hào)基礎(chǔ)上，利用圖像模式識(shí)別技術(shù)對(duì)火光及燃燒煙霧進(jìn)行圖像分析報(bào)警；監(jiān)測(cè)室內(nèi)消火栓和自動(dòng)噴淋系統(tǒng)水壓、高位消防水箱和消防水池水位、消防供水管道閥門啟閉狀態(tài)、防火門開(kāi)關(guān)狀態(tài)，利用單位視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控安全出口和疏散通道、消防控制室值班情況；接入電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)或裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漏電電流、線纜溫度等情況；提供App、Web服務(wù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)控、立體呈現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)單位消防安全狀態(tài)，全面提升社會(huì)單位消防安全管理水平和消防監(jiān)督執(zhí)法效能。消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防控“自動(dòng)化”、滅火救援指揮“智能化”、日常執(zhí)法工作“系統(tǒng)化”、消防管理“精細(xì)化”。

本課題建立了消防物聯(lián)網(wǎng)邏輯架構(gòu)，如下圖。

圖 消防物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

5 研究成果

本課題提出了消防物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，能夠滿足多元異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入和海量設(shè)備連接管理；建設(shè)了基于大數(shù)據(jù)的消防物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，并進(jìn)行63家聯(lián)網(wǎng)單位的試點(diǎn)應(yīng)用，所有硬件及系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行情況良好。研發(fā)過(guò)程中，課題團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮在傳統(tǒng)消防技術(shù)及數(shù)據(jù)研判模型方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)集成了多個(gè)數(shù)據(jù)分析模塊，架起了數(shù)據(jù)與應(yīng)用之間的橋梁，大大提升了消防物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的智慧水平。