基于物聯網的滅火救援決策支持系統

張志華，朱紅偉

(武警學院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

滅火救援任務是消防部隊工作的重點。災害現場信息紛繁復雜，指揮員能否全面準確掌控災害現場信息直接關系到整個戰斗行動的成敗。物聯網技術作為一項新興的現代科學技術，具有智能化程度高、拓展性良好、資源共享能力強等優點，適用于消防部門的遠程監控、智能管理和信息資源共享等工作[1]。在滅火救援過程中應用這種技術能夠實現智能化感知識別、動態定位跟蹤和精確控制管理，從而可以有效地解決現場處置過程中存在的各種難題，提高滅火救援能力[2]。

目前，物聯網的研發和應用已經納入國家重大發展戰略[3]，“智慧城市”已經成為未來城市發展的方向[4]。作為“智慧城市”建設體系中的有機組成部分，各省消防總隊正在大力推進“智慧消防”建設。但是我國“智慧消防”建設才剛剛起步，目前還沒有一個統一的模式可供借鑒。因此，本文的研究以及系統的開發為消防部隊“智慧消防”的建設提供了新的思路，具有較強的現實意義。

一、系統體系架構設計

系統的體系結構包括感知層、網絡層、應用層，如圖1所示。首先，利用傳感器、RFID、GPS/北斗定位以及視頻監控等感知技術，隨時隨地獲取消防員的位置和狀況以及消防裝備和災害現場環境信息；然后利用云計算技術對海量異構數據進行分析與處理；最后通過可視化操作對分析的結果進行直觀準確的呈現，實現對災害現場信息隨時隨地的交互、共享，從而達到智能決策與控制的目的。

圖1 系統體系架構

感知層作為消防數據信息的來源，主要實現對物體的全面感知。感知層包括數據采集和短距離無線通信兩個部分，具體由各類傳感器和傳感網絡、RFID電子標簽和閱讀器以及監控攝像頭等設備構成[5]。感知層主要功能是對感知對象的狀態、位置、數量、行為、環境狀況等動態或靜態的信息進行大規模、分布式的實時動態采集及狀況識別[6]，此外還能夠接收網絡層傳輸的控制命令，并迅速響應。感知層是物聯網技術架構中最為關鍵的環節，因為采集的數據正確與否關系到指揮員的決策成敗。

網絡層主要實現信息傳遞功能，將感知層感知到的數據可靠、安全、無障礙地進行傳輸，并解決遠距離傳輸問題。網絡層包括接入網和核心網，接入網為消防物聯網終端提供網絡接入功能。核心網是基于IP的統一、高性能、可擴展的網絡，支持異構接入以及終端的可移動性。

應用層主要是利用經過分析處理的感知數據，開發各類消防業務應用服務系統，將物聯網技術優勢與消防管理、調度、救援等結合起來，實現智能化監控管理，以輔助指揮員進行決策指揮。具體來講，應用層將網絡層傳輸來的數據通過云計算技術進行分析處理，并將數據資源儲存在“網絡云”中進行共享，在數據解釋方面則通過可視化分析實現人機交互，實現對裝備器材、固定設施等信息的錄入和滅火救援信息的智能檢索以及對人員、車輛、裝備、環境等信息的動態監控。在應用終端以Web頁面訪問形式實現實時動態的信息查詢。指揮員利用具有登錄權限的手持移動終端，通過Internet連接到Web瀏覽界面即可實現對災害現場信息的實時掌握，對火災進行全方位、多角度、精細化、信息化、可視化的作戰指揮。

二、系統軟件的開發

滅火救援決策支持系統軟件是對感知數據提供人機交互的操作界面，以Web頁面訪問形式實現可視化展示,其優點是能夠實現多終端協同應用，擁有權限的終端可以在任何地點通過Internet連接，使指揮員、專家組成員能夠遠程、直觀、高效地掌握災害現場信息。

(一)系統主要功能模塊

1.采集模塊

利用射頻識別技術、傳感技術、自組網技術、GPS/北斗定位系統、圖像監控系統等對災害現場環境、消防員生理狀況、器材裝備狀態、消防車輛位置、建筑物室內消防設施等進行實時監測、智能化感知識別、動態定位跟蹤和精確控制管理。

2.儲存模塊

利用數據庫實現對大量異構數據的分類儲存以及有關操作指令的儲存。

3.查詢模塊

對無線傳感網絡中各節點動態監控或采集的數據進行實時查詢，同時滿足對歷史數據庫中存儲的相關滅火救援案例、預案等歷史數據查詢操作。

4.統計分析模塊

利用云計算技術實現對災害現場數據的統計、分析、處理，通過可視化分析對數據進行動態直觀顯示，實現輔助決策。

5.通信模塊

實現無線傳感器自組網絡的內部通信及互聯網、3G/4G公共網絡平臺通信。WSN內部通信通過WSN組網機制實現，3G/4G網絡通過提供接入端口，進行通信。

6.共享模塊

整合消防業務信息系統數據、轄區內政府各部門管理數據、公共服務機構業務數據、公安專業數據及社會單位基礎數據等各類消防相關數據。統一數據格式，上傳至“政府云”平臺，提供接入端口，實現資源共享。

(二)滅火救援決策支持系統

滅火救援決策支持系統主界面如圖2所示,具有使用權限的用戶通過輸入賬號和密碼登錄該系統。系統包括環境數據庫、人員數據庫、裝備數據庫、轄區重點單位數據庫及其他相關因素數據庫。環境數據庫中包括道路交通數據庫、消防水源數據庫和氣象數據庫；人員數據庫中包括消防官兵執勤實力電子檔案、火災現場消防官兵生理狀況和火災現場消防官兵位置信息；裝備數據庫包括消防車輛管理系統、裝備器材管理系統和滅火藥劑管理系統；轄區重點單位數據庫包括社會單位基本情況及消防安全重點單位應急預案庫；其他相關因素數據庫包括危險化學品信息子系統、典型滅火救援案例子系統、語音識別錄入系統、市政監控信息系統等九個子系統。使用者可以動態查詢各子系統中的數據，并能夠進行實時錄入、修改、跟蹤、監控。

圖2 系統主界面

三、手持移動終端的應用

利用智能手機、平板電腦等手持終端，在擁有登錄權限的情況下，可以在任何時間、任何地點通過Internet連接到系統的Web瀏覽界面，實現對災害現場信息的實時掌握。

指揮員通過手持移動終端，登錄滅火救援決策支持系統查詢各子系統的數據，在接警出動過程中可以隨時查詢道路交通信息，選取最優行車路線，快速到達火場，跟車中隊指揮員可以充分利用此時間段，調閱查看起火單位建筑結構圖、相應滅火救援預案，通過單位監控錄像傳輸的視頻信息或消防控制室反饋的火情信息，對災害現場進行初步掌握，并實時接收指揮中心的下達的作戰命令。

在火災撲救過程中，基層指揮員根據指揮部命令合理安排消防車停靠位置，充分利用消防水源，實現科學調度。移動終端Web瀏覽界面會動態顯示火災現場溫度、濕度、風向、風速等氣象因素變化，便于及時調整救援方案策略。指揮員可以實時掌握消防員生理狀況、空氣呼吸器氣瓶壓力狀況，進行人員輪換，及時下達進攻撤離指令，根據火情合理選擇滅火救援裝備及破拆裝備，對裝備位置情況、使用情況進行查詢，實現科學調度，會在系統中實現動態獲取車載、庫存、社會單位儲備的滅火藥劑的數量、分布等信息及災害現場的可用滅火劑總量統計信息，實現消防部隊跨區域調度與社會單位協同作戰，保障滅火劑充足供應。

滅火救援手持移動終端作為便捷式的綜合信息處理平臺，為消防部隊在火災撲救過程中全方位掌控滅火救援戰斗現場信息，做到快速響應、高效處置，實現裝備資源優化配置及為指揮員提供輔助決策提供了重要的技術保障。

四、結束語

現階段，各省公安消防總隊都在大力推進“智慧消防”建設，采用物聯網技術不但可以遠程監控重點單位、道路交通等情況，同時也能夠實現火災現場裝備器材、消防車輛性能參數和位置信息以及戰斗員生理體征、位置狀況的實時采集。基于物聯網技術開發的滅火救援決策支持系統通過對大數據的綜合分析和挖掘，為指揮員滅火救援作戰指揮提供決策支持。

[1] 杜經緯,李海濤,梁濤.國內外物聯網研究現狀及展望[J].世界科技研究與發展,2013,35(3):408-416.

[2] 楊校權.物聯網感知層無線通信系統的設計與應用[D].重慶: 重慶郵電大學，2012.

[3] 王麗麗.未來物聯網應用的軟件架構研究[J].信息技術,2015(8):110-112.

[4] 代紹飛.智慧城市建設探討[J].中國科技縱橫,2015,18(1):19-25.

[5] 劉強, 崔莉, 陳海明.物聯網關鍵技術與應用[J]. 計算機科學, 2010,37(6):1-4.

[6] 裴建國, 張穎花,張翔.基于ZigBee技術的滅火救援現場數據采集系統研究[J].武警學院學報,2015,31(4):37-40.