cookieOptions = {...}; .智慧消防的發展與研究現狀 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

3S MARKET

2020年1月10日 星期五

Intelligent fire detector with 
automatic water sprinkler system 
to avoid fire accidents




0935-970-603 施正偉

河北 廊坊

為瞭解當前智慧消防的發展現狀,在回顧現有文獻的基礎上,梳理出智慧消防的提出背景,從不同角度探討了其概念和特徵;簡要概述了智慧消防的發展歷程,重點從火災防控精細化、滅火救援智慧化,和後勤管理高效化等方面,分析了智慧消防的研究現狀;最後依據當前的研究成果,淺談了下一步的研究方向,目的在對下一步的研究提供思路和方向。


1.引言
2009 年 IBM 正式公佈「智慧城市」的理念後,世界各國都以其為突破口,不斷發展突破資訊技術,加快推進「智慧城市」的規劃建設,並推動眾多領域向智慧化轉變 。

消防作為城市公共安全的一部分,在智慧城市建設發展的熱潮中,也必須適應形勢,實現消防資訊化、智慧化。由此,「智慧消防」應運而生,如何更好地將資訊技術,應用於消防領域,進而實現滅火救援和火災防控智慧化,是當前消防部門和公共安全領域專家學者,研究的熱點問題。

其作為消防行業發展的新方向,在為防火監督管理和滅火救援提供數據支撐,提高社會化消防監督與管理水平,提升現代化智慧城市綜合防火能力等方面,具有良好的社會效益和應用前景。


2. 智慧消防的定義與特徵
2.1. 智慧消防的定義
當前「智慧消防」還是一個理念,全球各國家在法律層面上,還沒有明確「智慧消防」的具體定義和標準 ,各專家學者對智慧消防的定義也不同。

有學者專家認為,智慧消防是借助物聯網、雲端運計算、大數據等新一代技術,立足於消防的職能需求,從獲取的資訊中分析研判,以實現防火安全智慧評估,和滅火救援智能決策;

有專家對數位消防和智慧消防做了比較,認為前者重點在於資訊的採集與傳輸,後者更注重是資訊的綜合分析,和輔助決策等;從知識創新應用的角度指出,智慧消防不單是物聯網、大數據等資訊技術的應用,更重要的是透過知識理論的創新應用,推進消防事業創新的一種方法。

究其實質,智慧消防就是綜合運用,各種先進的資訊化技術,採集、傳輸、挖掘、分析海量的消防數據,實現消防管理服務和滅火救援智能化。


2.2. 智慧消防的特徵
資訊全面感知:智慧消防建設的基礎,是建立集中式的消防大數據網路,利用各類智慧感測器、地理資訊系統和各種智慧終端設備,獲取各類消防資訊,實現對城市各區域,消防數據的即時感知和處理,進而實現全局化監測和全時空管理。

系統互聯共享:智慧消防不能只靠感知,還需要實現資訊系統的互聯互通。運用物聯網和雲端運算平台,對消防多源異構數據進行整合,同時要打破相關部門的資訊資源保護壁壘,形成統一的資源體系,搭建成智慧消防的資訊基礎平台,實現資訊共享。

服務智慧可靠:智慧消防能夠匯總所感知到的海量數據,但真正體現出「智慧」的是對海量資訊,進行不同深度處理、分析和挖掘的能力,根據不同部門和用戶的需求,提供不同層次的智能化服務。


3. 全球智慧消防的發展現狀
3.1. 國際發展現狀
國既有關智慧消防的研究,以美國最具代表性。智慧消防的研究起源於 2012 年,是由美國標準技術研究院(NIST)提出,將資訊實體系統(CPS),應用在消防裝備和滅火器材領域 。

2013 年美國消防研究基金會,研製了智慧消防發展規劃圖,同時明確了智慧消防建設,將要面對的研究難點和技術問題,並將智慧消防,作為未來的重點項目進行研究 。

國際智慧消防建設成效顯著,2013 年美國 Math Works 公司創建開發了智慧應急響應系統(smart emergency response system (SERS)),目的在發生災難時,為倖存者和救援人員,提供周邊地理環境等資訊,以實現快速定位和救助;

美國谷歌公司研發的谷歌眼鏡,可以內置加載建築物地圖,幫助消防員快速穿過濃煙火場;瑞典皇家理工學院研製了數位定位消防鞋,其設計系統安裝了先進感測器、無線模組和處理器,數據能反映消防員和被困人員的準確資訊,對消防員進行遠端操控。


3.2. 對岸中國發展現狀
對岸中國智慧消防起步,比國際稍晚幾年,2012 年頒布了《武警消防部隊「十二五」資訊化建設項目總體規劃》,要求推進資訊技術與消防的深度融合;2016 年 6 月,中國湖北省宜昌,市舉辦「全國創新社會消防管理會議」,在官方層面正式宣佈由傳統消防轉型為智慧消防;

2017 年 10 月,他們政府部局下發了《關於全面推進「智慧消防」建設的指導意見》,要求加速實現消防服務,向智慧化轉型升級。

在智慧消防建設方面,有專家提出智慧消防,應當先建設消防物聯網,獲取所需的消防資訊,而後建立依託網路,建立物聯網消防,實現智慧化應用;另外有專家提出,建設一個集中式雲端平台,進行資訊收集和匯總,開發火災防控網路,和滅火救援網路的建設框架。

目前,對岸中國各城市智慧消防建設,也取得了一定的成果,對岸中國江蘇省鎮江市,建立了城市消防設施聯網監測系統,實現消防設施的監測維保,以及日常巡檢等功能;湖南省搭建了全省統一的「消防數據中心」,應用於消防大數據指揮平台,和火災監控預警平台。
4. 智慧消防的研究領域
目前,中國專家學者大多基於物聯網、大數據等資訊技術,對智慧消防的建設進行了探索,研究總體上可以分為火災防控精細化、滅火救援智慧化,和後勤管理高效化等其他方面。

4.1. 火災防控精細化
在消防設施聯網監控建設方面,對岸中國制訂了《城市消防遠端監控技術規範》,要求城市建立消防物聯網,採集和匯總消防設施運行、火警,和維保管理等資訊,但系統缺乏在消防水箱水位、噴淋管網壓力,和行動滅火裝置等,數據資訊的監測。

利用 RFID 技術,對水帶、滅火器、逃生器材等行動設施,進行位置監測。在消防管理系統加入壓力感測器、水位感測器等監測室內消防給水系統,接入智慧影像分析裝置,監視感知疏散通道和逃生門。以上研究大多利用物聯網,實現了獨立消防監控系統的集中管理,對於消防數據統計分析,和深度挖掘等方面較少涉及。

在火災預警和智慧風險評估方面,中國專家提出在消防物聯網監測系統中引入 CEP (複雜事件處理)技術,透過編碼實現火警誤報、漏報的判別。 就火災精確探測方面,提出根據樣本數據訓練感測器 BP 神經網路,和圖像 BP 神經網路,並結合模糊算法進行火災預測。

利用 Hadoop 和 Spark 等大數據技術,建構「智慧消防」系統,對消防大數據進行深度挖掘和融合,實現火災風險評估和預警,但對於具體的火災風險評估模型,以及火災預警的實現方法沒有具體的說明。

在社會消防安全管理方面,等利用 BIM  (建築資訊模型)建立 3D 可視化的消防系統,能夠動態呈現防火分區、疏散路線等相關要素,可應用於防火監督檢查,和應急疏散逃生指示等。還有專家提出利用大數據平台,根據火災規律和突發趨勢,提出餓預防措施,根據系統上消防知識閱讀量等資訊,進行針對性的宣傳教育。

4.2. 滅火救援智慧化
在數位化預案建設方面,對岸中國學者提出,運用 3D 實景和虛擬仿真等,全景技術製作滅火救援數位化預案,火警發生時時,可快速瞭解建築資訊,並制訂相應滅火戰術,日常可佩戴 VR 眼鏡在編制的重點單位數位化中,預案開展「六熟悉」工作。

還有學者依據 C/S 模式、GIS 技術建構了數位化預案,透過建立 3D 可視化的預案數據庫,可在 GIS 和 3D 場景中,進行預案的製作、查詢、推演等操作。若在此系統中,能動態再現火災和煙氣蔓延情況,與救援疏散流程等功能,會使系統功能更全面。

在大數據指揮平台建設方面,提出搭建一體化作業指揮平台,整合靜態和動態數據,集 119 接處警系統、GPS 定位系統,和可視化調度指揮,系統等子系統為一體,進行指揮調動、協調聯動和智慧輔助決策。

提出建構應急處置系統模組,其中接警出動和勤務評核,總結模組應用 GIS 系統進行路線規劃,救援行動模組應用多核協同指揮系統,和室內人員定位系統,進行輔助指揮決策,執勤戰備模組,應用消防裝備物聯網管理系統,和重點單位網格化管系統,進行裝備和人員管理。

在單兵作業監測方面, 提出基於物聯網技術,建立消防員生理資訊監控系統,透過為消防員配備的感測器,或火場其他部位的感測器,收集其各類生理數指標資訊,及火場環境和位置參數等,即時傳輸至現場指揮系統。

在消防員行動端,除了配置各類感測器外,還設計了網路攝影機和語音傳輸模組,進行影像傳輸和語音通信;並提出了基於消防員運動軌跡,結合動態感測和 GPS 系統,實現消防員室內環境定位。

4.3. 後勤管理高效化
就車輛物聯網建設方面,提出建構消防 GPS 車輛管理系統,利用 GPS 定位車輛,GIS 動態監控車輛和交通狀況等,實現即時監控當前案件、歷史案例回放、執勤跨界報警等功能。

採用 LORA 電子標記卡,載入車載的裝備和人員資訊,再融合 OBD 模組,採集上傳各種車輛基本資訊,和載水量、泡沫量等資訊,實現消防車輛資訊動態監管和調度。

在裝備物資管理方面,提出將 RFID 電子標籤嵌入裝備中,透過在裝備庫房和車庫門口,設置固定式讀寫器,監測車輛和裝備出入庫情況,手持式讀寫器登記清點單個裝備,使裝備管理從各個環節,均能實現資訊化。

但是在應用大數據分析,評估隊伍裝備管理的水準,以及預測隊伍裝備的需求等方面,還需要進一步研究。針對 RFID 技術,同時採集多個資訊時,存在的標籤衝突或碰撞問題,建議採用二進制樹狀算法,以減少干擾,以準確獲取多個數據參數。

4.4. 其他
在救火作業方面,提出精細化救火作業評估理念,運用大數據技術,對指揮中心的接處警分析,對轄區中隊、增援中隊、全勤指揮部、聯動力量的救火作業分析。

在救火作業力評估方面,提出運用數據評估與分析作業力,依據 3 個理論指標因素,和 2 個實寄作業指標因素,利用大數據技術分析收集的基礎資訊,採用一張圖展示和評估消防隊伍作業力。
5. 結論
基於「智慧城市」的建設背景,從內涵和應用等角度,探討了智慧消防的定義,提出了智慧消防資訊全面感知、系統互聯共享和服務智慧可靠的三點特徵。

在此基礎上,闡述了全球智慧消防的發展歷程和建設成果,重點研究了本地智慧消防的研究領域,從火災防控精細化、滅火救援智慧化和後勤管理高效化等方面,進行分類綜述,並歸納了各個領域的具體研究成果。透過對現有研究文獻的回顧和分析,下一步研究方向大致可從以下三個方面展開:
  1. 加強具體功能實現方面的基礎理論研究。目前研究多停留在體系和框架的設計上,對於實現功能所需的理論支撐,和技術手段等研究,往往比較籠統,如依據何種理論實現區域火災風險評估,建立哪些模型進行火災預警等,都需要進一步,進行理論和技術層面的研究。

2) 明確智慧消防的建設思路和研究重點。智慧消防是個大領域,研究時應分輕重緩急,不能片面追求大而全,應著重研究和發展對於社會建設和隊伍管理急需的方面,加強頂層體系的規劃和研究。

3) 加強工程應用中實際問題的解決研究。目前純理論層面研究較多,對於實踐應用層面上的研究較少,如何解決不同消防設備間的技術壁壘、統一通訊協議,如何在不給防火單位造成額外負擔的基礎上推進智慧消防建設,在這些方面還需理論上的探討和研究。


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