基于AIoT的“智慧消防”系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

鄭銳藝　張小蕾

摘要：隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，極大的加速了智慧消防從概念設(shè)計(jì)落地到實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用。本文通過(guò)分析傳統(tǒng)消防的現(xiàn)狀，探討傳統(tǒng)消防存在的問(wèn)題，闡明智慧消防建設(shè)的重要性;研究智慧消防系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，并為智慧消防系統(tǒng)和平臺(tái)設(shè)計(jì)提供建議。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);人工智能;AIoT;智慧消防

中圖分類號(hào)：TP18? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2021）04-0016-02

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人們生活水平的不斷提升，城市建設(shè)和管理正逐步向數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，智慧消防作為智慧城市中公共安全應(yīng)用領(lǐng)域的重要組成部分，人們對(duì)智慧城市、智慧生活提出了更高的要求。本文將探討如何通過(guò)現(xiàn)代化科技手段，提升消防系統(tǒng)完整性，提高防火監(jiān)督管理水平，實(shí)現(xiàn)消防安全隱患事前預(yù)警、事中處置、事后管理，多手段遏制火災(zāi)事故，進(jìn)而為人們創(chuàng)造美好生活，促進(jìn)城市的和諧、可持續(xù)發(fā)展。

一、傳統(tǒng)消防現(xiàn)狀

（一）傳統(tǒng)消防行業(yè)現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年，全年共接報(bào)火災(zāi)23.3萬(wàn)起，亡1335人，傷837人，直接財(cái)產(chǎn)損失36.12億元。當(dāng)前我國(guó)消防安全形勢(shì)依然嚴(yán)峻，傳統(tǒng)消防仍面臨著許多問(wèn)題，包括建筑消防存在孤島效應(yīng);消防預(yù)警設(shè)備老舊，依賴有線系統(tǒng)，損壞后修復(fù)難;公眾消防意識(shí)薄弱，存在僥幸心理;管理部門對(duì)設(shè)備終端的巡檢能力有限，對(duì)公眾缺乏有效監(jiān)管手段;消防信息化建設(shè)相較其他行業(yè)滯后，缺乏對(duì)終端數(shù)據(jù)的抓取能力，無(wú)法支撐科學(xué)決策等。

（二）智慧消防建設(shè)的政策指導(dǎo)

2017年10月，原公安部消防局發(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)》，2019年12月，應(yīng)急管理部公開(kāi)《關(guān)于推進(jìn)全國(guó)智慧消防建設(shè)的提案》的答復(fù)指出：積極建設(shè)智慧消防大數(shù)據(jù)平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，進(jìn)一步指導(dǎo)和支持地方推進(jìn)智慧消防建設(shè)?？芍腔巯雷鳛橹腔鄢鞘薪ㄔO(shè)的重要組成部分，構(gòu)建智慧消防體系，提高消防風(fēng)險(xiǎn)防控能力，有力保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重大意義。

二、智慧消防的定義和作用

智慧消防建設(shè)是利用無(wú)線傳感、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等通信方式，對(duì)消防產(chǎn)品、設(shè)備等狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位與跟蹤，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、互動(dòng)、融合的消防信息采集、傳遞和處理，通過(guò)信息處理、數(shù)據(jù)挖掘和態(tài)勢(shì)分析，從警情監(jiān)控、隱患查詢、設(shè)備巡檢、遠(yuǎn)程指揮、應(yīng)急管理等方面為防火監(jiān)督管理和滅火救援提供信息支撐，提高消防監(jiān)督與管理水平，增強(qiáng)消防滅火救援能力。智慧消防建設(shè)對(duì)于維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，構(gòu)建和諧社會(huì)有著重要意義，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）主動(dòng)預(yù)警，降低風(fēng)險(xiǎn)

智慧消防系統(tǒng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)消防設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，故障和隱患主動(dòng)上報(bào);對(duì)設(shè)施故障維修情況進(jìn)行跟蹤、提示，直至恢復(fù)正常，有效解決問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，設(shè)備長(zhǎng)期帶病運(yùn)行問(wèn)題，從而增強(qiáng)建筑物抗御火災(zāi)能力。

（二）提升管理，節(jié)省成本

通過(guò)集中管理，在線監(jiān)測(cè)，智能維護(hù)，自動(dòng)報(bào)表等功能，有效提升單位消防管理水平，降低現(xiàn)場(chǎng)排查人力成本;通過(guò)電子化手段解決手動(dòng)記錄不準(zhǔn)確、不全面、不真實(shí)的問(wèn)題，發(fā)生事故后可快速準(zhǔn)確調(diào)取歷史數(shù)據(jù)，明確各方責(zé)任。

（三）智能救援，全面布局

通過(guò)“一張圖”就可掌握監(jiān)管場(chǎng)所火災(zāi)隱患情況，精準(zhǔn)判斷并處置，解決政府的痛點(diǎn)、盲點(diǎn)問(wèn)題，形成網(wǎng)格化、標(biāo)準(zhǔn)化、痕跡化的大數(shù)據(jù)分析，提升政府部門的火災(zāi)隱患管理和應(yīng)急救援水平。

三、智慧消防涉及的關(guān)鍵技術(shù)

智慧消防建設(shè)從技術(shù)角度而言主要是實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)字化，消防維保信息化，滅火救援自動(dòng)化和消防管理智能化，其涉及的關(guān)鍵技術(shù)及各技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面。

（一）傳感器技術(shù)

智慧消防的基礎(chǔ)是感知并獲取消防系統(tǒng)的各種狀態(tài)，運(yùn)用電量互感器，溫濕度傳感器、壓力傳感器，光電傳感器等儀器采集整個(gè)消防系統(tǒng)的狀態(tài)，形成監(jiān)測(cè)預(yù)警歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步做大數(shù)據(jù)分析提供支撐。

（二）射頻（RFID）技術(shù)

通過(guò)在消防設(shè)備或消防設(shè)施上放置加密的RFID標(biāo)簽，檢查員可以從檢查點(diǎn)采集和獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，將設(shè)備的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街腔巯榔脚_(tái)，從而提高消防檢查的效率。RFID比傳統(tǒng)紙質(zhì)方式更高效、簡(jiǎn)潔，極大改善傳統(tǒng)消防檢查不到位、記錄不全的現(xiàn)象。

（三）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IoT）

建筑消防包含電、水、氣等多個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)大型建筑內(nèi)的消防設(shè)備數(shù)量多則以萬(wàn)為單位，一部分設(shè)備通過(guò)有線方式進(jìn)行監(jiān)控，線路多為暗線直線，線路一旦出現(xiàn)故障，設(shè)備立即失效，檢修費(fèi)時(shí)費(fèi)力;另一部分設(shè)備則靠巡檢人員定期檢查，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題;應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就能完美解決設(shè)備依賴有線通訊和無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。

（四）大數(shù)據(jù)技術(shù)

智慧消防的核心技術(shù)在于大數(shù)據(jù)的分析，通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)中找到原本不易發(fā)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)性或是經(jīng)驗(yàn)，并做出精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)與決策，通過(guò)平臺(tái)直觀展示火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)和影響走勢(shì)的因素，實(shí)現(xiàn)隱患預(yù)警，火情預(yù)判以及提供處置方案的功能。

（五）云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算具有動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、按需部署、可靠性高的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。智慧消防平臺(tái)建設(shè)采用B/S架構(gòu)與云計(jì)算結(jié)合，滿足智慧消防業(yè)務(wù)復(fù)雜多樣，用戶定制功能多，設(shè)備高并發(fā)等應(yīng)用需求。

（六）地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）

運(yùn)用GIS技術(shù)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成支持圖文交互，地圖下鉆等模式，提供城市區(qū)域圖的顯示、查詢與定位，以及消防設(shè)備的分布，以便于用戶直觀的解讀，為使用單位 或消防部門決策提供了重要的幫助。

（七）建筑信息模型技術(shù)（BIM）

運(yùn)用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑信息、設(shè)備信息由傳統(tǒng)二維消防管理向三維可視化消防管理的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)更新，從而能夠快速、高效地了解火災(zāi)環(huán)境，極大地提高消防救援的效率，提升了信息的準(zhǔn)確性，對(duì)于火災(zāi)預(yù)警準(zhǔn)確定位，消防設(shè)施的排布，消防救援和被困者自救具有十分重要的意義。

（八）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）

消防人員通過(guò)VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)沙盤推演流程標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)三維沙盤的自主部署;普通用戶也可通過(guò)沉浸式的VR技術(shù)，高效學(xué)習(xí)消防器材使用方法、防/滅火，自救和逃生知識(shí)。

（九）人工智能技術(shù)（AI）

運(yùn)用AI技術(shù)在設(shè)備端可實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行、自我診斷、智能控制的功能，一量以生火災(zāi)事故，將火災(zāi)即時(shí)消滅在萌芽狀態(tài);其次，在平臺(tái)端實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)一鍵體檢，消防聯(lián)動(dòng)一鍵啟動(dòng)，應(yīng)急預(yù)案一鍵調(diào)優(yōu)等人工智能輔助決策功能，破解信息化發(fā)展的瓶頸。智慧城市是未來(lái)城市的主流形態(tài)，在人工智能技術(shù)的加持下，城市將真正擁有“智慧大腦”。

（十）5G技術(shù)

5G具有數(shù)據(jù)吞吐量更高、延遲更低、移動(dòng)性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，隨著5G商用的推廣，智能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)讀取及共享、高清數(shù)據(jù)傳送能力將極大加強(qiáng)，對(duì)應(yīng)急救援，遠(yuǎn)程指揮作戰(zhàn)等應(yīng)用將如虎添翼，同時(shí)基于5G的智慧城市安全系統(tǒng)將促進(jìn)應(yīng)急，交通，醫(yī)療等部門信息的互融互通，極大的提升多部門協(xié)同作戰(zhàn)能力。

四、智慧消防系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧消防系統(tǒng)是通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，將數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)上傳至智能云平臺(tái)，把消防設(shè)施與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，將物理實(shí)體和虛擬世界的信息進(jìn)行交換處理，并作出反應(yīng)的智能服務(wù)器端的系統(tǒng)。系統(tǒng)體系架構(gòu)自下而上應(yīng)由感知層、傳輸層、應(yīng)用層構(gòu)成。

（一）感知層

感知層的數(shù)據(jù)采集來(lái)源于安裝于消防系統(tǒng)內(nèi)的各類傳感器、安裝于消防設(shè)備上的電子標(biāo)簽、視頻采集終端、維保巡查上傳的數(shù)據(jù)等。所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)上傳至消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)信息中心。感知層的硬件支撐系統(tǒng)包含消防主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，電氣火災(zāi)監(jiān)控，消防水系統(tǒng)監(jiān)控，煙霧報(bào)警監(jiān)控，視頻分析，電子巡檢等系統(tǒng)。

（二）傳輸層

傳輸層的主要功能是將數(shù)據(jù)、信息通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全可靠的傳遞，是物聯(lián)網(wǎng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)具有傳輸效率及響應(yīng)速度的實(shí)時(shí)性，并應(yīng)有身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)安全加密及數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全性。

（三）應(yīng)用層

應(yīng)用層采用支撐服務(wù)技術(shù)，通過(guò)信息運(yùn)行中心進(jìn)行數(shù)據(jù)應(yīng)用。支撐服務(wù)技術(shù)采用消息隊(duì)列、內(nèi)存計(jì)算、負(fù)載均衡、并行運(yùn)算、協(xié)議處理、運(yùn)維管理和實(shí)時(shí)報(bào)警等技術(shù)手段。應(yīng)用平臺(tái)應(yīng)包括消防大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)、維保應(yīng)用平臺(tái)和應(yīng)急管理平臺(tái)。

五、應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)

結(jié)合傳統(tǒng)消防的存在問(wèn)題，智慧消防系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)從火災(zāi)預(yù)防、人員管理、滅火救援、監(jiān)督檢查和安全教育幾方面著手。智慧消防平臺(tái)根據(jù)具體功能可劃分三大基礎(chǔ)平臺(tái)和三大應(yīng)用平臺(tái)。

（一）三大基礎(chǔ)平臺(tái)

數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)主要梳理明確消防各業(yè)務(wù)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，隨著平臺(tái)的建立，消防管理部門將擁有多維、異構(gòu)、實(shí)時(shí)、海量的消防大數(shù)據(jù)資源，從而構(gòu)建全面、實(shí)時(shí)、標(biāo)準(zhǔn)的消防大數(shù)據(jù)資源體系。數(shù)據(jù)集成融合平臺(tái)定位為大數(shù)據(jù)的核心支撐，支持分布式一鍵部署，支持定時(shí)、事件觸發(fā)、人工執(zhí)行等調(diào)度方式，解決數(shù)據(jù)資源中心和各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間、不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成融合自動(dòng)化持續(xù)作業(yè)問(wèn)題，為一體化大系統(tǒng)提供關(guān)鍵支撐。數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)資源共享，幫助各系統(tǒng)更好的協(xié)作。共享交換平臺(tái)設(shè)計(jì)由中心平臺(tái)和前置系統(tǒng)構(gòu)成。中心平臺(tái)將提供平臺(tái)的核心功能支持，包括目錄管理、安全服務(wù)、日志管理、監(jiān)控管理等，不直接參與數(shù)據(jù)交換過(guò)程;前置系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)的發(fā)布、訂閱等功能，數(shù)據(jù)交換由前置系統(tǒng)之間交互完成。

（二）三大應(yīng)用平臺(tái)

智慧消防物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化管理，消防系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知，隱患監(jiān)測(cè)預(yù)警，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估功能;智慧消防維保服務(wù)平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)巡檢、維保、維修 過(guò)程透明可控、自動(dòng)生成分析報(bào)表，持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng);電子化消防培訓(xùn)，模擬消防演練功能;三維數(shù)字化應(yīng)急管理平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)備資源感知，數(shù)字化預(yù)案管理，可視化作戰(zhàn)指揮一張圖，遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)控制，火情智能預(yù)判，災(zāi)后分析，預(yù)案調(diào)優(yōu)等功能。

通過(guò)建設(shè)以上基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái)，全面涵蓋了整個(gè)消防系統(tǒng)的資源監(jiān)控，隱患預(yù)警，人員管理，數(shù)據(jù)維護(hù)，報(bào)警處置，應(yīng)急救援等方面的功能模塊，結(jié)合智能硬件終端系統(tǒng)的建設(shè)，即可完整構(gòu)建出一套智慧消防系統(tǒng)。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上可知智慧消防建設(shè)意義重大，涉及前沿技術(shù)眾多，智慧消防是消防行業(yè)發(fā)展中的一次歷史性機(jī)遇，雖然還處于起步階段，但隨著產(chǎn)業(yè)不斷完善，技術(shù)不斷成熟，加上民眾重視和政策利好，智慧消防作為智慧城市的重要組成部分將為消防產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展浪潮。

參與文獻(xiàn)：

[1]張蕾.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧消防建設(shè)[J].消防界，2018，004（006）：97-98.

[2]DGTJ08-2251-2018，消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].2018.