基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧消防系統(tǒng)應用及火災預警能力提升

摘要：當前城市化進程不斷加快，消防安全問題愈發(fā)凸顯，傳統(tǒng)消防模式難以滿足當下火災應對需求，智慧消防應運而生?；诖?，簡要闡述智慧消防、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本內(nèi)涵，詳細分析基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧消防系統(tǒng)應用場景，如消防設(shè)施實時監(jiān)測管理、消防水源智能化監(jiān)控以及消防物資與消防通道的智能管控等。由此進一步提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的火災預警能力提升策略，從多源數(shù)據(jù)融合分析、物聯(lián)網(wǎng)與人工智能融合等層面詳細分析，以期為消防安全提供有力保障。

關(guān)鍵詞：智慧消防；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；火災預警；實時監(jiān)測；智能防控

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）07-0035-03

0 引言

在城市化快速發(fā)展的進程中，建筑數(shù)量與日俱增，火災風險也隨之攀升。依據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，各類建筑均需配備完善的消防設(shè)施，并保障其能在緊急時刻有效運行。然而，傳統(tǒng)消防模式于設(shè)施維護、火情監(jiān)測等方面存在一定的滯后性，無法滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》要求[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則憑借強大的連接及數(shù)據(jù)傳輸能力為智慧消防帶來變革。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入可實現(xiàn)智慧消防系統(tǒng)中消防設(shè)施互聯(lián)互通，從而動態(tài)地監(jiān)管消防現(xiàn)場。下述將聚焦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧消防系統(tǒng)中的實踐應用，以深入探索提升火災預警能力的新路徑。

1 智慧消防和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1" 智慧消防

智慧消防本質(zhì)上是依托現(xiàn)代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)所構(gòu)建的消防運作新模式。在傳統(tǒng)消防工作中，各部門、各環(huán)節(jié)信息流通不暢，導致“信息孤島”現(xiàn)象，阻礙消防工作高效開展[2]。而智慧消防則充分借助現(xiàn)代信息技術(shù)，于消防各職能系統(tǒng)間搭建溝通橋梁，從而打破信息壁壘，輔助救援調(diào)度與現(xiàn)場指揮。

1.2" 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)、現(xiàn)代科學技術(shù)、移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的結(jié)晶。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以無線網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)為連接紐帶，可通過移動終端、智能設(shè)備、自動傳感器等，實現(xiàn)物與物間互聯(lián)互通，進而有效完成諸如遠程操控、管理、監(jiān)測、調(diào)度等相關(guān)智能化操作，兼具安全、節(jié)能、環(huán)保、高效等突出優(yōu)勢。當前無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動通信技術(shù)持續(xù)突破，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也迎來信息化、智能化的高速發(fā)展應用[3]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧消防系統(tǒng)應用場景

2.1" 消防設(shè)施的實時監(jiān)測與管理

依托豐富多樣的物聯(lián)網(wǎng)連接方式，智慧消防系統(tǒng)可實現(xiàn)對消防設(shè)施的實時狀態(tài)監(jiān)測與故障預警。以常見消防水泵為例，借助RS-485總線、Wi-Fi或LoRa等連接手段，系統(tǒng)構(gòu)建完備的監(jiān)測體系。在水泵電機處，基于電磁感應原理安裝的高精度電流傳感器，敏銳捕捉電機運轉(zhuǎn)時電流細微變化，并將其轉(zhuǎn)換為對應的電壓信號輸出。同時在水泵出口水管配備運用壓阻效應的壓力傳感器，精準感知水壓變化并轉(zhuǎn)化為電信號[4]。

系統(tǒng)時刻密切關(guān)注這些關(guān)鍵參數(shù)，一旦電機電流因繞組短路致使電阻減小、電流異常飆升，或因軸承磨損等機械故障而超出正常范圍，抑或水壓因供水管道出現(xiàn)漏水點，水流持續(xù)泄漏而降低，智慧消防系統(tǒng)均可迅速響應。憑借物聯(lián)網(wǎng)高速數(shù)據(jù)傳輸特性，系統(tǒng)快速獲取傳感器數(shù)據(jù)，與內(nèi)置預設(shè)正常運行參數(shù)范圍比對分析。一旦確認數(shù)據(jù)偏離正常區(qū)間，即刻通過聲光警報、短信推送、系統(tǒng)彈窗等多種方式觸發(fā)故障預警機制，通知相關(guān)人員及時處置。在消防應急照明、疏散指示系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮關(guān)鍵作用。各應急照明燈具、疏散指示標志可配備智能模塊，通過物聯(lián)網(wǎng)與系統(tǒng)相連。這些智能模塊實時反饋燈具和標志工作狀態(tài)，如是否正常點亮、電池電量是否充足等信息[5]。當火災發(fā)生導致正常照明中斷時，系統(tǒng)可根據(jù)預先設(shè)定的疏散預案、現(xiàn)場實際情況，通過物聯(lián)網(wǎng)遠程控制應急照明燈具、疏散指示標志亮度、閃爍頻率、指示方向，引導人員快速疏散。

2.2" 消防水源的智能化監(jiān)控

智慧消防體系中，消防水源信息精準采集、高效傳輸需借助多種先進傳感器協(xié)同作用。在消防水池中，使用靜壓式液位傳感器，基于液體靜壓力、液位高度線性關(guān)系運作。在具體布設(shè)中，將傳感器探頭置于水池底部，當消防水池水位變化時，探頭所受液體靜壓力改變，傳感器可將壓力信號轉(zhuǎn)換為標準電信號，如4～20mA電流信號或0～5V電壓信號，精確呈現(xiàn)水位高度[6]。

在消防水管網(wǎng)中，應變片式壓力傳感器應用廣泛。這一傳感器利用金屬應變片在壓力作用下產(chǎn)生形變，導致電阻值變化。當水管內(nèi)水壓變化時，壓力傳感器彈性元件發(fā)生形變，粘貼在表面的應變片電阻值隨之變化，通過惠斯通電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)化為電信號輸出，精確測量水壓。采集消防水池水位、消防水管網(wǎng)水壓等信息，需借助高效物聯(lián)網(wǎng)傳輸手段。RS-485總線憑借其穩(wěn)定可靠的特性，在消防水源監(jiān)測中發(fā)揮重要作用[7]。其半雙工通信模式以及差分信號傳輸原理，可有效抵抗電磁干擾，適合傳輸分布相對集中、距離控制中心較近的消防水源傳感器數(shù)據(jù)。

智慧消防系統(tǒng)核心平臺接收來自各類消防水源傳感器的數(shù)據(jù)后，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深度挖掘處理。系統(tǒng)實時分析所采集的水位、水壓數(shù)據(jù)，將其與歷史數(shù)據(jù)、預設(shè)正常運行參數(shù)范圍比對。正常情況下消防水池的水位保持在一定區(qū)間，當大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)水位持續(xù)下降且超出正常波動范圍時，系統(tǒng)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)判斷是否存在漏水情況。

平臺還會運用機器學習算法預測性分析消防水源數(shù)據(jù)?；趯﹂L期積累水位、水壓數(shù)據(jù)、周邊環(huán)境因素學習訓練，構(gòu)建預測模型。以消防水管網(wǎng)水壓為例，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，在夏季用水高峰期時，由于居民用水量增加，管網(wǎng)水壓有所下降。機器學習模型根據(jù)過往夏季水壓變化規(guī)律、同期用水量等數(shù)據(jù)，預測本年度夏季不同時段水壓變化趨勢。當實際監(jiān)測水壓、預測值偏差過大時，系統(tǒng)及時預警，提醒相關(guān)部門存在管網(wǎng)故障或異常用水情況，采取措施維護調(diào)整，保障消防水源在關(guān)鍵時刻正常供應。

2.3" 消防物資與消防通道的智能管控

對于消防物資，通過在滅火器、滅火毯、消防水帶等設(shè)備上粘貼帶有唯一識別碼的RFID標簽，并配備相應讀寫器，構(gòu)建消防物資物聯(lián)網(wǎng)管理體系。當物資入庫、領(lǐng)用、歸還時，讀寫器自動識別RFID標簽信息，將物資名稱、規(guī)格、數(shù)量、有效期、存放位置等數(shù)據(jù)實時上傳至智慧消防系統(tǒng)平臺。管理人員可通過平臺隨時掌握消防物資庫存狀況，當某種物資數(shù)量低于安全庫存閾值時，系統(tǒng)自動觸發(fā)補貨提醒，避免在火災發(fā)生時出現(xiàn)物資短缺的情況[8]。同時借助物聯(lián)網(wǎng)的實時定位功能，快速查找特定消防物資存放位置，提高物資調(diào)配效率。

消防通道作為火災發(fā)生時人員疏散與消防救援的生命通道，其暢通至關(guān)重要。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在消防通道入口、內(nèi)部關(guān)鍵位置安裝紅外感應傳感器、圖像識別攝像頭等設(shè)備。紅外感應傳感器可實時監(jiān)測通道內(nèi)是否有物體長時間阻擋，一旦檢測到有車輛、雜物等占用通道，即刻將信號傳輸至系統(tǒng)。圖像識別攝像頭運用先進深度學習算法，實時分析通道場景，準確識別違規(guī)停放車輛、堆積雜物等情況，并將現(xiàn)場圖像一并上傳。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的火災預警能力提升策略

3.1" 多源數(shù)據(jù)融合與分析

在智慧消防系統(tǒng)中，多源數(shù)據(jù)融合分析是提升火災預警能力的關(guān)鍵手段。如消防設(shè)施、環(huán)境監(jiān)測、人員行為等多方面數(shù)據(jù)，都可為火災預警提供有效依據(jù)。例如，火災探測器可傳輸現(xiàn)場煙霧、溫度等數(shù)據(jù)，消火栓水壓數(shù)據(jù)，及建筑內(nèi)濕度、風速等環(huán)境數(shù)據(jù)。通過建立數(shù)據(jù)融合模型，可將不同類型、不同來源的數(shù)據(jù)進行整合處理。

在實際運行中，當火災探測器感知到煙霧濃度異常升高且溫度也開始攀升時，這些數(shù)據(jù)會迅速通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸至智慧消防系統(tǒng)。與此同時，消火栓水壓傳感器同步反饋水壓情況，確保在火災發(fā)生時供水系統(tǒng)正常運行。環(huán)境監(jiān)測設(shè)備采集濕度、風速數(shù)據(jù)，干燥環(huán)境和較大風速會加速火勢蔓延。通過數(shù)據(jù)融合模型，系統(tǒng)將整合來自不同傳感器的數(shù)據(jù)[9]，其會先清洗數(shù)據(jù)，去除因信號干擾產(chǎn)生的異常值，保證數(shù)據(jù)準確性；然后利用關(guān)聯(lián)分析算法，找出各數(shù)據(jù)間的潛在聯(lián)系。對于煙霧、溫度數(shù)據(jù)異常的區(qū)域，同時伴有低濕度和較大風速，且消火栓水壓穩(wěn)定時，模型綜合判斷該區(qū)域火災風險程度，若風險超出預設(shè)閾值立即觸發(fā)預警。

3.2" 物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的融合

在高層建筑中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)支撐作用。建筑內(nèi)各類消防設(shè)施，如遍布各樓層的火災報警器、消防噴淋頭，以及安裝在電氣豎井內(nèi)的漏電監(jiān)測設(shè)備，借助物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建精細數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。這些設(shè)備實時采集數(shù)據(jù)，通過無線Wi-Fi、LoRa等物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，以極低延遲快速傳輸至消防數(shù)據(jù)中心。人工智能算法隨即對這些海量數(shù)據(jù)展開深度學習分析[10]。例如，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，基于火災報警器傳輸?shù)臒熿F圖像數(shù)據(jù)進行特征提取識別，精準區(qū)分日常煙霧（如烹飪產(chǎn)生煙霧）與火災初期煙霧差異。同時結(jié)合電氣設(shè)備的電流、電壓數(shù)據(jù)，通過遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預測電氣故障引發(fā)火災可能性。當系統(tǒng)監(jiān)測到某樓層煙霧濃度異常上升且電氣設(shè)備出現(xiàn)異常電流波動時，經(jīng)人工智能模型快速運算，判斷火災風險等級達到預警標準后，系統(tǒng)即刻發(fā)出預警。?

預警發(fā)出后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進一步賦能消防資源調(diào)配。基于物聯(lián)網(wǎng)智能定位系統(tǒng)，實時獲取消防車輛、消防人員及周邊可利用消防設(shè)施位置信息。人工智能算法依據(jù)這些實時數(shù)據(jù)，綜合考慮交通路況、建筑布局等因素，為消防人員規(guī)劃最優(yōu)行進路線，并制定精準消防資源調(diào)配方案。系統(tǒng)可根據(jù)火災發(fā)生樓層高度、火勢大小、周邊消火栓水壓狀況，智能調(diào)配不同類型的消防車與滅火藥劑，確保在最短時間內(nèi)抵達火災現(xiàn)場并高效撲救。

4 結(jié)束語

綜上所述，研究聚焦智慧消防系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度應用，期望以此大幅度提升火災預警能力。經(jīng)分析可知，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可基于多元化連接方式實現(xiàn)消防設(shè)施實時監(jiān)測管理、消防水源智能化監(jiān)控，同時，從多源數(shù)據(jù)融合分析、智能傳感器技術(shù)應用等層面出發(fā)，以顯著提升火災預警能力。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧消防系統(tǒng)深度融合下，在提升消防安全水平、推動城市安全可持續(xù)發(fā)展中將發(fā)揮更為關(guān)鍵的作用。

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