姚子龍
智慧城市是信息城市、數(shù)字城市和可持續(xù)發(fā)展城市的進(jìn)一步發(fā)展和延伸[1]。一般而言,智慧城市是指廣泛利用信息和通訊技術(shù)(ICT)來提升城市系統(tǒng)運(yùn)行和服務(wù)供給的效率和效益[2]。智慧城市作為城市可持續(xù)發(fā)展的重要形態(tài),與城市韌性提升具有內(nèi)生性關(guān)聯(lián)。城市韌性建設(shè)一方面要降低特定風(fēng)險(xiǎn)或?yàn)?zāi)害的發(fā)生幾率,另一方面追求以人為本的宜居建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展,以增加城市的“冗余度”來應(yīng)對不確定性擾動因素的影響。也就是說,城市韌性建設(shè)就是要以“防患未然”為原則,不僅要對己經(jīng)出現(xiàn)的城市問題或者潛在風(fēng)險(xiǎn)做到“既病防變”,又要為應(yīng)對不確定性預(yù)留“冗余空間”,即“未病先防”[3]?;诖?,作為智慧城市建設(shè)的重要組成部分,智慧消防應(yīng)運(yùn)而生,為“既病防變,未病先防”提供技術(shù)支持。智慧消防是以信息化技術(shù)為基礎(chǔ),綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)對城市消防管理工作的數(shù)字化、專業(yè)化的動態(tài)數(shù)據(jù)的收集和追蹤,對以往消防管理工作數(shù)據(jù)采集層范疇進(jìn)行拓寬,提升對城市消防數(shù)據(jù)的有效分析和管理,實(shí)現(xiàn)對城市火災(zāi)預(yù)警、搶險(xiǎn)救援、防火監(jiān)督等工作有力支撐,完成城市消防管理工作的革新和發(fā)展。
智慧消防是傳統(tǒng)消防系統(tǒng)信息化的加強(qiáng)版本,在傳統(tǒng)消防的基礎(chǔ)上更上一層樓,具體來講,兩者的主要區(qū)別在于:一是傳統(tǒng)消防以“人防”為主,而智慧消防以設(shè)備監(jiān)測、信息傳輸為主;二是傳統(tǒng)消防設(shè)施監(jiān)控采用“有線”形式,智慧消防強(qiáng)調(diào)無線傳輸?shù)南乐悄鼙O(jiān)測終端,以“無線”云端監(jiān)控形式為主;最后,傳統(tǒng)消防偏被動,消防救援在事故發(fā)生中、發(fā)生后響應(yīng),而智慧消防則呈現(xiàn)主動狀態(tài),可以通過分析收集到的數(shù)據(jù),預(yù)先計(jì)算、識別事故隱患,真正防患于未然。
隨著當(dāng)前的信息釆集物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和數(shù)據(jù)處理能力的不斷提升,單個(gè)系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)所完成的數(shù)據(jù)積累已是一個(gè)龐大的數(shù)字[4]。而這些海量的數(shù)據(jù)包含了數(shù)據(jù)主體的行為規(guī)則和特性等關(guān)鍵信息,需要一種新的數(shù)據(jù)分析和處理方法,才能夠?qū)⑵溆糜趯?shí)際的決策優(yōu)化。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是“智慧消防”系統(tǒng)中不可或缺的一部分。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以通過采集和分析近期管控區(qū)域的火災(zāi)、火情資料,在區(qū)域范圍內(nèi)確定火災(zāi)易發(fā)點(diǎn),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對未來的火災(zāi)易發(fā)趨勢的預(yù)測,實(shí)現(xiàn)消防控制中心的轄區(qū)火災(zāi)分布的綜合掌控目標(biāo)。
基于大數(shù)據(jù)的云計(jì)算技術(shù)將海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分解,以服務(wù)器的方式進(jìn)行分配,然后由多個(gè)服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算。云計(jì)算可以把單個(gè)計(jì)算機(jī)的性能集中在一起,從而達(dá)到對計(jì)算資源的全面、高效使用[5]。
云計(jì)算是當(dāng)前“智慧消防”系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分。利用云計(jì)算技術(shù),可以將消防基礎(chǔ)設(shè)施、管理決策等各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來,并對基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算,為消防決策提供高效的數(shù)據(jù)[6]。利用“智慧消防”網(wǎng),將各消防站及基本消防設(shè)施的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合、分析,形成一份可視化的數(shù)據(jù),對城市消防安全狀況進(jìn)行有效的分析,為今后的消防工作提供必要的分析依據(jù)和研究依據(jù),使城市消防決策工作真正“智慧”化。
在“智慧消防”系統(tǒng)中,人工智能可以有效地保障城市消防后勤系統(tǒng)的正常運(yùn)行,自動診斷和排除故障點(diǎn),從而達(dá)到對火災(zāi)管理目標(biāo)的智能化控制和管理[7]。在火災(zāi)發(fā)生的早期,就能有效地控制火災(zāi)的發(fā)生?;谌斯ぶ悄艿恼Z言、圖像、多傳感器識別、專家決策等技術(shù),可以在復(fù)雜的情況下進(jìn)行高效的分析,并可在一定程度上代替消防員進(jìn)行危險(xiǎn)操作,有效地調(diào)查火災(zāi)災(zāi)害現(xiàn)場,協(xié)助被困人員營救,以及對火源進(jìn)行撲滅等。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是利用一種信息感知裝置,通過預(yù)先設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)化傳輸協(xié)議,把對象與網(wǎng)絡(luò)連接起來,達(dá)到智能化的識別管理和定位跟蹤等目的[8]。這些技術(shù)中,最主要的是內(nèi)部感應(yīng)和外部射頻識別。在當(dāng)前的“智慧消防”系統(tǒng)中,物聯(lián)網(wǎng)扮演了非常重要的角色。
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對重點(diǎn)防火單位和可能存在的火災(zāi)隱患進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測,確保對火災(zāi)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和反饋[9]。通過將火災(zāi)信息傳輸?shù)健爸腔巯馈毕到y(tǒng)中,達(dá)到遠(yuǎn)程綜合管理的目的,提高火災(zāi)管理的整體協(xié)調(diào)性和規(guī)范化。
隨著城市建設(shè)的日趨復(fù)雜,消防人員面臨的災(zāi)害和火災(zāi)情況也越來越復(fù)雜。災(zāi)害現(xiàn)場的變化給消防人員的有效傳達(dá)和有效的決策需求帶來了更大的挑戰(zhàn)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),消防人員可以利用現(xiàn)場配置的多功能感應(yīng)器,及時(shí)向消防部門報(bào)告火災(zāi)現(xiàn)場的災(zāi)情,為消防綜合指揮部提供第一手的數(shù)據(jù),并對現(xiàn)場的環(huán)境,例如有害物質(zhì)的濃度、風(fēng)速濕度等進(jìn)行有效的掌握;特別是在高層建筑火災(zāi)營救中,更是如此。同時(shí),在復(fù)雜、危險(xiǎn)的火災(zāi)環(huán)境中,通過可穿戴式的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將消防員的個(gè)人信息、周圍環(huán)境、消防服等信息,實(shí)時(shí)的輸入到消防系統(tǒng)中,進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和組織[10],可以為消防人員的人身安全提供更好保護(hù)。
一是提升環(huán)境感知能力。在智慧城市建設(shè)過程當(dāng)中包含有多樣化的互聯(lián)網(wǎng)信息終端,實(shí)現(xiàn)對城市運(yùn)作各個(gè)數(shù)據(jù)的有效感知監(jiān)測與分析,為城市管理、市民服務(wù)、民生發(fā)展提供必要的數(shù)據(jù)支持和自動化響應(yīng)。
二是加強(qiáng)行為管理。智慧消防能幫助對信息進(jìn)行全面、立體的匯總,確定不同對象生產(chǎn)經(jīng)營特點(diǎn)與消防安全突出問題,同時(shí)幫助消防安全責(zé)任人、消防安全管理人“管”消防、“懂”消防,對安全管理責(zé)任人、消防巡查員與消防控制室值班人員等相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行全方位掌握與核查,將責(zé)任切實(shí)落實(shí)到人,實(shí)現(xiàn)安全責(zé)任督導(dǎo)常態(tài)化管理。
三是優(yōu)化控制流程。消防問題處置的流程可以通過上述智慧消防平臺之間的信息交流模塊實(shí)現(xiàn)有效溝通,通過平臺將基礎(chǔ)的消防組織、消防基層網(wǎng)格、社會單位以及物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營商、地區(qū)政府進(jìn)行有效的對接,保證在進(jìn)行消防隱患的處置與管理過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)追蹤與痕跡記錄,從而實(shí)現(xiàn)對消防責(zé)任的落實(shí)和消防管理效率的有效提升。
四是實(shí)現(xiàn)智能研判。在智慧消防平臺能夠?qū)崿F(xiàn)對各方數(shù)據(jù)的有效匯總和分析的基礎(chǔ)上,通過消防管理事項(xiàng)的數(shù)據(jù)庫資源與地理信息平臺相融合,能夠直觀的呈現(xiàn)出區(qū)域內(nèi)主體火災(zāi)隱患分布狀態(tài)、火情危險(xiǎn)等級預(yù)警與研判等。從而有利于消防管理部門實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部消防工作的綜合掌控,明確火情災(zāi)害在全域范圍內(nèi)的分布狀態(tài),完成高效率的多維度資源可視化調(diào)度。
五是提升科學(xué)指揮水平。智慧消防能夠?qū)?19 接處警系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、車輛定位信息管理、救援預(yù)案管理相對接,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮的整體遷移,并對現(xiàn)有硬件系統(tǒng)和軟件操作及時(shí)升級,為后續(xù)統(tǒng)一高效的平臺分析與現(xiàn)場綜合調(diào)度提供準(zhǔn)確保障。在指揮調(diào)度中實(shí)現(xiàn)對應(yīng)信息的互聯(lián)互通,包括水文氣象、公安、地震等多方信息一鍵式調(diào)度,實(shí)現(xiàn)一圖可視化統(tǒng)一管理;并基于上述程序構(gòu)建實(shí)戰(zhàn)指揮平臺,對應(yīng)急指揮、輔助性決策和消防安全事故重大安保的基礎(chǔ)性功能完善,構(gòu)建聯(lián)動式救援、綜合化管理的可視化“一張圖像”精準(zhǔn)指揮。
3.1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用
江蘇消防支隊(duì)在利用移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息資源的基礎(chǔ)上,建立了一個(gè)大數(shù)據(jù)共享平臺。通過對火災(zāi)信息的有效收集,促進(jìn)了火災(zāi)信息管理平臺的構(gòu)建和使用。在這個(gè)過程中,所有的工作都是圍繞著網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、數(shù)據(jù)的收集以及平臺的搭建進(jìn)行;共建成13 個(gè)主題數(shù)據(jù)庫,涉及20 多個(gè)消防系統(tǒng),4 個(gè)與之相連的公安信息系統(tǒng)。在江蘇省消防支隊(duì)的綜合業(yè)務(wù)管理平臺上,構(gòu)建了一個(gè)包括跨省公安廳、相關(guān)各級政府部門、消防隊(duì)伍在內(nèi)的的數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了消防人員的信息有效收集和溝通交流。
3.1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用
江蘇在推廣“智慧消防”模式的同時(shí),還依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步探索出五大核心場景,包括網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、GIS 火災(zāi)可視化、火災(zāi)模型預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)等級、電信數(shù)據(jù)有效分析以及水電氣數(shù)據(jù)分析。
在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的過程中,根據(jù)各高層建筑的消防管理措施和各主體責(zé)任的落實(shí),實(shí)現(xiàn)了江蘇省主要建筑物情況的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控,以確保日常的火災(zāi)管理工作能夠快速反應(yīng)。同時(shí),與各省、市建立了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng),有效地對8000 多個(gè)可能的火災(zāi)隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過與交通部數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)共享,可以實(shí)時(shí)監(jiān)控化學(xué)品運(yùn)輸在路上的運(yùn)行情況。目前能夠有效地利用GIS 進(jìn)行火災(zāi)的可視化管理,對全省的火災(zāi)、災(zāi)害、報(bào)警進(jìn)行全面的監(jiān)控。
3.1.3 人工智能與云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)用
在“智慧消防”的基礎(chǔ)上,江蘇省運(yùn)用人工智能和云計(jì)算技術(shù)建立了一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)預(yù)報(bào)和監(jiān)測災(zāi)害的大型平臺。建立了火眼模型,利用數(shù)據(jù)挖掘的方法,將建筑的火險(xiǎn)程度和危險(xiǎn)程度進(jìn)行分類,以便對火災(zāi)進(jìn)行有效的預(yù)測。在江蘇實(shí)施“智慧消防”火眼系統(tǒng)后,蘇州市實(shí)現(xiàn)了100,000 多個(gè)單位相關(guān)數(shù)據(jù)的登記,2021年火災(zāi)發(fā)生率比2020年減少了35%,在現(xiàn)有消防力量保持不變的前提下,控制工作取得了比較明顯的成效。通過江蘇省“智慧消防”管理平臺,使各有關(guān)部門能夠有效地進(jìn)行管理,使得履行防火職責(zé)更有針對性,有效解決了以往各社會單位消防安全意識薄弱,日常消防管理工作不力等問題。
3.2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用
針對目前貴州各大居民區(qū)建筑火災(zāi)管理困難的現(xiàn)狀,將云上貴州模式應(yīng)用于貴州的“智慧消防”系統(tǒng),圍繞花果園開展了大數(shù)據(jù)消防系統(tǒng)的試點(diǎn)。運(yùn)用“智慧消防”管理模式,全面覆蓋轄區(qū)內(nèi)的火災(zāi)隱患;在云上貴州的消防工程中,一共有112 個(gè)火災(zāi)報(bào)警器,包含8000 多個(gè)壓力傳感器,120 多個(gè)液位傳感器;將管線水位閥替換為內(nèi)嵌在因特網(wǎng)上的信號閥,實(shí)現(xiàn)對消防設(shè)備的24 小時(shí)監(jiān)制。同時(shí),通過對電力線路溫度、電流、電壓等狀況的監(jiān)測,建立了電力安全監(jiān)測系統(tǒng)。
3.2.2 人工智能和云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用
基于人工智能和云計(jì)算技術(shù),貴州建立了“自動巡檢”模式。自動識別區(qū)域內(nèi)存在的火災(zāi)隱患,并將其反饋到后臺,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和管理,并對火災(zāi)事故做出及時(shí)的預(yù)報(bào);采用自動評估的方式,對消防設(shè)施進(jìn)行了有效的檢查,并將所有工作職責(zé)的落實(shí)和員工的業(yè)績掛鉤。
3.2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用
利用云上貴州消防系統(tǒng),對基于物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的識別和挖掘,對貴州的火災(zāi)情況進(jìn)行有效的分析,并在平臺上發(fā)布各種命令,保證了各部門在火災(zāi)處理中的有效分配。火災(zāi)早期,通過前端感應(yīng)器進(jìn)行識別,再傳回到指揮平臺,進(jìn)行火災(zāi)災(zāi)情程度的初步判別,并利用紅外感應(yīng)器進(jìn)行早期火災(zāi)的判斷。在確定了火情警報(bào)后,根據(jù)事先制定的計(jì)劃,派出消防員進(jìn)行處理。同時(shí),通過“云上貴州”的平臺,對周邊居民開展有效的預(yù)警和安全疏散。在這一過程中,利用“云上貴州”平臺,貴州逐步完成“智慧消防”體系框架的搭建與管理工作,使得消防信息化進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。
日本在人工智能技術(shù)領(lǐng)域的研究在世界上處于領(lǐng)先地位,他們已經(jīng)逐漸摸索出了利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行地震模擬、智能手段來提高救災(zāi)物資和人力資源配置的效率,并且能夠更好的利用機(jī)械來進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)的救災(zāi)工作。2019年6月,日本石垣市千葉縣消防局裝備了首批“Scrum Force”消防機(jī)器人,這是日本投入了13億8 千萬日元,研發(fā)五年的成果;該款機(jī)器人可以有效地采集、傳輸現(xiàn)場火災(zāi)信息,自動判斷火災(zāi)情況,根據(jù)滅火需求,實(shí)現(xiàn)伸縮式消防軟管進(jìn)行滅火。日本現(xiàn)有的消防系統(tǒng)主要是輔助滅火系統(tǒng),它可以有效的利用深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)的預(yù)測進(jìn)行受災(zāi)地區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)與模型的迅速搭建,災(zāi)區(qū)人群有效疏散、避險(xiǎn),對目前所采用的以預(yù)防為核心的火災(zāi)應(yīng)急工作進(jìn)行有效補(bǔ)充,從而形成了日本特有的滅火系統(tǒng)。
美國于2012年推出了“智慧消防”(Smart Fire Fighting),主要目的是將信息物理技術(shù)與測量科學(xué)相結(jié)合,有效地感知火災(zāi)現(xiàn)場,提高消防工作效果,確保消防人員的生命安全。“智慧消防”系統(tǒng)包括智慧樓宇與機(jī)器人技術(shù)、“智慧消防”人員裝備與機(jī)器人、智慧消防設(shè)備三大部分。2014年美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院發(fā)布的《美國“智慧消防”發(fā)展路線圖總結(jié)報(bào)告》中,詳細(xì)地論述了“智慧消防”系統(tǒng)在實(shí)施過程中遇到的困難和問題,以及未來的發(fā)展方向。
美國的“防火安全基礎(chǔ)設(shè)施”就是基于智能傳感器的智慧消防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。按照美國“智慧消防”的研究計(jì)劃,當(dāng)前的智能消防系統(tǒng)建設(shè),主要是數(shù)據(jù)收集、處理和應(yīng)用三個(gè)方面。在采集數(shù)據(jù)的過程中,利用基礎(chǔ)感應(yīng)器,對小區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)信息、建筑物的特點(diǎn)、周邊人員、消防隊(duì)伍等信息進(jìn)行有效整合,確保信息的可操作性和互動性。在數(shù)據(jù)處理時(shí),可以對各種來源的信息進(jìn)行高效編輯,從而使信息的內(nèi)容得到正確的反映,并根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的情況進(jìn)行動態(tài)更新。在資料運(yùn)用上,主要是利用資料的處理、挖掘等方法,對后期的消防工作及火情進(jìn)行分析、預(yù)報(bào),為消防人員和消防管理人員提供科學(xué)的決策依據(jù)。美國當(dāng)前“智慧消防”技術(shù)系統(tǒng)如表1所示。
表1 美國“智慧消防”技術(shù)的研發(fā)系統(tǒng)表
美國建立的“智慧消防”是以現(xiàn)有的信息物理系統(tǒng)為基礎(chǔ),在地方政府的大力扶持下,研發(fā)和探索出一套“智慧消防”體系的建設(shè)模式和發(fā)展路徑。然而,在實(shí)踐中,由于技術(shù)門檻較高,消防系統(tǒng)智能化程度較高,應(yīng)用效果還有待完善。
政府與企業(yè)共同發(fā)力,在5G 和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)支持下,強(qiáng)化對于智慧消防的科學(xué)理性認(rèn)知水準(zhǔn)[11]。政府主導(dǎo)的消防救援工作人員和社會消防單位、普通居民,都應(yīng)形成關(guān)于智慧消防的全面、清晰和準(zhǔn)確的認(rèn)知。其中,尤其要加強(qiáng)對普通民眾的智慧消防科普工作,引導(dǎo)他們通過官方認(rèn)證權(quán)威平臺來了解智慧消防;專業(yè)人員深入社區(qū),定期為居民提供智慧消防知識講座??傊鳛橹腔鄢鞘邪踩I(lǐng)域和現(xiàn)代消防建設(shè)的重要組成部分,智慧消防建設(shè)需要建立整體性認(rèn)知,在政府支持下,統(tǒng)一規(guī)劃、全行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈全體人員共同參與,構(gòu)建一個(gè)全方位、全時(shí)段、立體化的智慧消防認(rèn)知系統(tǒng)生態(tài)圈。
組建智慧消防專項(xiàng)研發(fā)機(jī)構(gòu),橫向聯(lián)合全國高校、科研院所,縱向貫通應(yīng)急管理部消防救援局及其直管單位、各消防救援總隊(duì),組織申報(bào)智慧消防科研項(xiàng)目建設(shè),開展智慧消防理論的系統(tǒng)性研發(fā),為智慧消防的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)[12]。同時(shí),提倡學(xué)界、實(shí)務(wù)界、業(yè)界共同聯(lián)手、持續(xù)發(fā)力,推進(jìn)理論研發(fā)成果的實(shí)踐性應(yīng)用。
隨著物聯(lián)網(wǎng)無線組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,無線技術(shù)以其部署簡單、成本低、功耗低、維護(hù)便捷等技術(shù)特點(diǎn),在智慧消防行業(yè)得到了普及應(yīng)用。從2016年底至2017年LoRa 技術(shù)的流行,到2019年NB-IoT 技術(shù)的廣泛推行,無線組網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)熱情高漲至客觀冷靜的市場反應(yīng)過程。雖然無線技術(shù)的應(yīng)用,目前還在基站建設(shè)、穩(wěn)定性、功耗等幾個(gè)方面?zhèn)涫芴魬?zhàn),但其代替有線聯(lián)網(wǎng)及通訊的發(fā)展趨勢已成定局,毋容置疑。