物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防隱患監(jiān)測(cè)與預(yù)警中的應(yīng)用

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧消防的深度融合，為傳統(tǒng)消防監(jiān)測(cè)體系帶來重大變革。通過搭建低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，部署智能傳感設(shè)備，結(jié)合人工智能視頻分析及大數(shù)據(jù)建模技術(shù)，構(gòu)建智能化消防隱患監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將火情發(fā)現(xiàn)時(shí)間由傳統(tǒng)5～10min縮短至3s內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣及可燃?xì)怏w泄漏等安全隱患的智能識(shí)別及預(yù)警。在某大型危險(xiǎn)品倉儲(chǔ)企業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果顯示，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)覆蓋率達(dá)95%以上，預(yù)警準(zhǔn)確率顯著提升，驗(yàn)證了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在提升消防安全管理效能方面的顯著優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；消防隱患；智能監(jiān)測(cè)；預(yù)警系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2025）03-0037-03

大型倉儲(chǔ)企業(yè)火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，暴露出傳統(tǒng)消防監(jiān)測(cè)手段在響應(yīng)時(shí)效、覆蓋范圍和智能化程度上存在一些短板，天津港“8·12”特大火災(zāi)事故更是為我們敲響了消防安全的警鐘[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，為消防安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域帶來新的契機(jī)，通過構(gòu)建智能感知網(wǎng)絡(luò)，整合多源數(shù)據(jù)信息，建立智慧消防平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)隱患的智能識(shí)別，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及快速預(yù)警，從根本上提升消防安全管理效能。

1 物聯(lián)網(wǎng)消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

LoRa技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵通信技術(shù)，具備遠(yuǎn)距離傳輸、低能耗與大規(guī)模設(shè)備連接能力，特別適合分散部署的消防監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，支持電池供電設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行?；贚oRa技術(shù)的智慧消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建了私有化低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與聯(lián)動(dòng)控制，系統(tǒng)通過分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層，集成了基于物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控的煙火智能識(shí)別、可燃?xì)怏w探測(cè)及消防水壓監(jiān)測(cè)等多類專業(yè)傳感設(shè)備，電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)模塊部署剩余電流及線纜溫度傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；可燃?xì)怏w探測(cè)器采用高精度傳感元件，對(duì)危險(xiǎn)品倉儲(chǔ)區(qū)域進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)；消防水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)消火栓及噴淋系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)基于云計(jì)算及大數(shù)據(jù)技術(shù)，采用分布式架構(gòu)，集成設(shè)備管理、數(shù)據(jù)分析及可視化展示等功能模塊，通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧及傳輸策略，結(jié)合邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的部署，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的就近處理及實(shí)時(shí)傳輸。平臺(tái)支持基于平面圖及三維模型的空間定位顯示，構(gòu)建可視化監(jiān)測(cè)預(yù)警界面，同時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)確保功能擴(kuò)展性，為火災(zāi)隱患監(jiān)測(cè)提供全方位的技術(shù)支撐。

2 基于人工智能的火災(zāi)隱患識(shí)別技術(shù)

2.1" 基于物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控的煙火智能識(shí)別技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控的煙火智能識(shí)別技術(shù)作為智慧消防系統(tǒng)感知層的核心組件，通過融合深度學(xué)習(xí)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了面向火災(zāi)早期征兆的智能化視覺監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)[2]。該系統(tǒng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上部署升級(jí)了物聯(lián)網(wǎng)攝像頭陣列，形成分布式感知節(jié)點(diǎn)，采用改良的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型針對(duì)倉儲(chǔ)環(huán)境特性進(jìn)行優(yōu)化訓(xùn)練。在算法設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)引入煙霧擴(kuò)散動(dòng)態(tài)模型。

該模型實(shí)現(xiàn)了溫濕度與氣流等物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，顯著提升了復(fù)雜環(huán)境下的識(shí)別準(zhǔn)確率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將視頻流分流至邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初步特征提取，再傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)至云平臺(tái)進(jìn)行深度分析，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源的高效分配。

2.2" 電氣火災(zāi)特征分析

電氣火災(zāi)特征分析系統(tǒng)通過對(duì)配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的多維度監(jiān)測(cè)，構(gòu)建電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，系統(tǒng)在配電箱關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署溫度傳感器及剩余電流檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路負(fù)載、接觸發(fā)熱及絕緣劣化等狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，針對(duì)電氣火災(zāi)的特性，建立基于時(shí)序數(shù)據(jù)分析的預(yù)警模型，將電氣設(shè)備異常狀態(tài)分為預(yù)警期、危險(xiǎn)期及緊急期，系統(tǒng)通過分析剩余電流變化趨勢(shì)，結(jié)合線纜溫度動(dòng)態(tài)變化特征，建立電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估函數(shù)。

系統(tǒng)根據(jù)評(píng)估函數(shù)的計(jì)算結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)警閾值，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)超負(fù)荷、過熱等異常狀態(tài)時(shí)，智能預(yù)警系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警并聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的早期預(yù)警。

2.3" 可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)方法

可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)危險(xiǎn)品倉儲(chǔ)環(huán)境的特殊需求，采用多點(diǎn)布設(shè)的高精度氣體傳感器陣列，構(gòu)建區(qū)域性氣體濃度分布監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)[3]，系統(tǒng)采用新型半導(dǎo)體傳感器，具備快速響應(yīng)、高靈敏度及良好選擇性等特點(diǎn)，可同時(shí)監(jiān)測(cè)多種可燃?xì)怏w濃度，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過建立氣體擴(kuò)散模型，結(jié)合環(huán)境參數(shù)對(duì)氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)分析及預(yù)測(cè)，系統(tǒng)采用改進(jìn)的自適應(yīng)閾值算法，根據(jù)環(huán)境溫度與濕度等因素動(dòng)態(tài)調(diào)整報(bào)警閾值，有效降低誤報(bào)率，在氣體濃度異常時(shí)，系統(tǒng)通過聲光報(bào)警、短信通知、移動(dòng)應(yīng)用推送等多種方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的快速傳遞，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急處置預(yù)案與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)氫氣、一氧化碳等危險(xiǎn)氣體濃度進(jìn)行24h監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體泄漏事故的及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處置，有效預(yù)防由氣體泄漏引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故。

3 多維數(shù)據(jù)融合的預(yù)警決策機(jī)制

3.1" 異構(gòu)數(shù)據(jù)采集與處理

智慧消防系統(tǒng)通過集成視頻煙火監(jiān)控、電氣監(jiān)測(cè)、氣體傳感及水壓監(jiān)測(cè)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建全方位的消防安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)采集層采用分布式架構(gòu)，將各類傳感數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心[4]，針對(duì)不同類型數(shù)據(jù)的特征差異，設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理框架，對(duì)于時(shí)序數(shù)據(jù)，采用滑動(dòng)窗口算法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理及降噪；對(duì)于視頻圖像數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)模型提取關(guān)鍵特征；對(duì)于設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用狀態(tài)編碼方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)融合過程采用分層處理策略，建立數(shù)據(jù)融合函數(shù)。

通過該模型實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的有效整合，為預(yù)警決策提供全面的數(shù)據(jù)支持，系統(tǒng)構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及檢索機(jī)制，支持對(duì)歷史數(shù)據(jù)的快速訪問及分析，為消防安全態(tài)勢(shì)感知提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2" 預(yù)警閾值自適應(yīng)優(yōu)化

預(yù)警閾值自適應(yīng)優(yōu)化機(jī)制基于多維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)預(yù)警模型，系統(tǒng)通過分析歷史預(yù)警數(shù)據(jù)，建立基于時(shí)空關(guān)聯(lián)的預(yù)警參數(shù)優(yōu)化算法，預(yù)警模型綜合考慮環(huán)境因素、設(shè)備狀態(tài)及歷史數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)預(yù)警閾值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。系統(tǒng)將預(yù)警分為多個(gè)等級(jí)，針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)設(shè)置差異化的預(yù)警策略，預(yù)警模型采用基于規(guī)則及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方法，通過持續(xù)學(xué)習(xí)優(yōu)化預(yù)警參數(shù)，對(duì)不同類型的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，建立獨(dú)立的預(yù)警評(píng)估函數(shù)，綜合計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估結(jié)果，自動(dòng)調(diào)整預(yù)警閾值，提高預(yù)警的準(zhǔn)確性及及時(shí)性，預(yù)警系統(tǒng)具備自學(xué)習(xí)能力，通過分析預(yù)警結(jié)果的準(zhǔn)確性持續(xù)優(yōu)化預(yù)警參數(shù)，提升系統(tǒng)預(yù)警效能。

3.3" 應(yīng)急響應(yīng)協(xié)同方案

應(yīng)急響應(yīng)協(xié)同方案基于地理信息系統(tǒng)構(gòu)建智能化應(yīng)急處置平臺(tái)，集成建筑平面圖及三維模型，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備及應(yīng)急資源的精確定位，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，智能平臺(tái)自動(dòng)生成應(yīng)急處置預(yù)案，通過多途徑告警方式確保信息及時(shí)傳遞，應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)采用分級(jí)響應(yīng)機(jī)制，根據(jù)事件等級(jí)啟動(dòng)相應(yīng)的處置流程，平臺(tái)支持應(yīng)急資源的智能調(diào)度，通過算法優(yōu)化確定最佳響應(yīng)路徑及處置方案，建立區(qū)域聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域應(yīng)急資源的協(xié)同調(diào)度，提高應(yīng)急處置效率。應(yīng)急指揮中心通過可視化界面實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，遠(yuǎn)程指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)處置工作，系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)通信及信息共享功能，支持多部門協(xié)同處置，確保應(yīng)急響應(yīng)的高效性及協(xié)同性，應(yīng)急預(yù)案庫定期更新、完善，持續(xù)提升應(yīng)急處置能力。

4 智慧消防系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐與效果分析

4.1" 系統(tǒng)部署與實(shí)施

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)在某大型危險(xiǎn)品倉儲(chǔ)企業(yè)的部署中采用分區(qū)分級(jí)實(shí)施策略，系統(tǒng)部署將倉儲(chǔ)區(qū)域劃分為重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)、一般監(jiān)控區(qū)及輔助區(qū)域，針對(duì)不同區(qū)域特點(diǎn)配置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)部署高密度傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括智能視頻煙火監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)裝置及可燃?xì)怏w探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)通信基站按照信號(hào)覆蓋需求進(jìn)行網(wǎng)格化布置，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，系統(tǒng)采用模塊化部署方案，支持功能的靈活擴(kuò)展及設(shè)備的即插即用，降低系統(tǒng)維護(hù)成本。智能監(jiān)控中心采用分布式架構(gòu)，通過邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)提升數(shù)據(jù)處理效率，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析及預(yù)警，一般監(jiān)控區(qū)配置標(biāo)準(zhǔn)密度的傳感器網(wǎng)絡(luò)，重點(diǎn)關(guān)注人員密集區(qū)域及重要設(shè)施。輔助區(qū)域則以基礎(chǔ)監(jiān)控為主，構(gòu)建多層次的安全防護(hù)體系，網(wǎng)格化部署的物聯(lián)網(wǎng)基站實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的全覆蓋，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.2" 運(yùn)行效果評(píng)估與驗(yàn)證

智慧消防系統(tǒng)在多個(gè)大型危險(xiǎn)品倉儲(chǔ)企業(yè)的應(yīng)用表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)顯著提升了消防安全管理水平，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，火情發(fā)現(xiàn)時(shí)間由傳統(tǒng)的5～10min縮短至3s內(nèi)，監(jiān)測(cè)覆蓋率達(dá)到95%以上，智能預(yù)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確率顯著提升，誤報(bào)率降低至1%以下。電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備異常提前預(yù)警，平均提前20min發(fā)出預(yù)警信號(hào)，可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)泄漏事件的響應(yīng)時(shí)間控制在10s內(nèi)，有效預(yù)防了危險(xiǎn)氣體積累引發(fā)的安全事故，智能視頻煙火監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大空間的高效監(jiān)控，單個(gè)攝像頭的有效監(jiān)控面積提升至500m2，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)詳見表1。

4.3" 推廣應(yīng)用價(jià)值研究

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口設(shè)計(jì)及模塊化的組件構(gòu)架，確保了跨平臺(tái)的兼容性，實(shí)現(xiàn)了在不同類型倉儲(chǔ)企業(yè)的快速部署，系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)具有高度的可擴(kuò)展性，可針對(duì)不同企業(yè)的具體需求進(jìn)行功能模塊的靈活配置與優(yōu)化升級(jí)。在運(yùn)營(yíng)管理方面，智慧消防系統(tǒng)通過智能化監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)預(yù)警機(jī)制，顯著降低了人力資源投入，提升了安全管理效率。系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口協(xié)議，支持與其他智能化管理平臺(tái)的無縫集成，為構(gòu)建綜合性智慧消防體系提供了實(shí)踐基礎(chǔ)，推動(dòng)了消防安全管理體系向數(shù)字化與智能化方向的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

5 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防隱患監(jiān)測(cè)與預(yù)警中的創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)防火向主動(dòng)預(yù)防的重要轉(zhuǎn)變，通過構(gòu)建智能化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，融合多源感知數(shù)據(jù)，建立快速預(yù)警機(jī)制，顯著提升了火災(zāi)防控能力。在大型危險(xiǎn)品倉儲(chǔ)企業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用中，驗(yàn)證了該系統(tǒng)在提高監(jiān)測(cè)覆蓋面、縮短響應(yīng)時(shí)間、提升預(yù)警準(zhǔn)確率等方面的顯著優(yōu)勢(shì)，為智慧消防領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新及實(shí)踐應(yīng)用提供了參考。

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