基于AIoT的“智慧消防”系統的研究與設計

鄭銳藝　張小蕾

摘要：隨著大數據、物聯網、人工智能等技術的發展，極大的加速了智慧消防從概念設計落地到實際產品應用。本文通過分析傳統消防的現狀，探討傳統消防存在的問題，闡明智慧消防建設的重要性;研究智慧消防系統平臺建設所涉及的關鍵技術，并為智慧消防系統和平臺設計提供建議。

關鍵詞：物聯網;人工智能;AIoT;智慧消防

中圖分類號：TP18? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）04-0016-02

隨著國民經濟的飛速發展和人們生活水平的不斷提升，城市建設和管理正逐步向數字化、自動化、智能化方向發展，智慧消防作為智慧城市中公共安全應用領域的重要組成部分，人們對智慧城市、智慧生活提出了更高的要求。本文將探討如何通過現代化科技手段，提升消防系統完整性，提高防火監督管理水平，實現消防安全隱患事前預警、事中處置、事后管理，多手段遏制火災事故，進而為人們創造美好生活，促進城市的和諧、可持續發展。

一、傳統消防現狀

（一）傳統消防行業現狀

根據相關統計數據顯示，2019年，全年共接報火災23.3萬起，亡1335人，傷837人，直接財產損失36.12億元。當前我國消防安全形勢依然嚴峻，傳統消防仍面臨著許多問題，包括建筑消防存在孤島效應;消防預警設備老舊，依賴有線系統，損壞后修復難;公眾消防意識薄弱，存在僥幸心理;管理部門對設備終端的巡檢能力有限，對公眾缺乏有效監管手段;消防信息化建設相較其他行業滯后，缺乏對終端數據的抓取能力，無法支撐科學決策等。

（二）智慧消防建設的政策指導

2017年10月，原公安部消防局發布了《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》，2019年12月，應急管理部公開《關于推進全國智慧消防建設的提案》的答復指出：積極建設智慧消防大數據平臺和物聯網系統，進一步指導和支持地方推進智慧消防建設。可知智慧消防作為智慧城市建設的重要組成部分，構建智慧消防體系，提高消防風險防控能力，有力保障人民生命財產安全具有重大意義。

二、智慧消防的定義和作用

智慧消防建設是利用無線傳感、大數據、人工智能等技術，通過物聯網、互聯網等通信方式，對消防產品、設備等狀態進行智能化感知、識別、定位與跟蹤，實現實時、動態、互動、融合的消防信息采集、傳遞和處理，通過信息處理、數據挖掘和態勢分析，從警情監控、隱患查詢、設備巡檢、遠程指揮、應急管理等方面為防火監督管理和滅火救援提供信息支撐，提高消防監督與管理水平，增強消防滅火救援能力。智慧消防建設對于維護社會穩定，構建和諧社會有著重要意義，主要體現在以下幾個方面。

（一）主動預警，降低風險

智慧消防系統平臺可實現實時在線監測消防設備運行狀態，故障和隱患主動上報;對設施故障維修情況進行跟蹤、提示，直至恢復正常，有效解決問題發現不及時，設備長期帶病運行問題，從而增強建筑物抗御火災能力。

（二）提升管理，節省成本

通過集中管理，在線監測，智能維護，自動報表等功能，有效提升單位消防管理水平，降低現場排查人力成本;通過電子化手段解決手動記錄不準確、不全面、不真實的問題，發生事故后可快速準確調取歷史數據，明確各方責任。

（三）智能救援，全面布局

通過“一張圖”就可掌握監管場所火災隱患情況，精準判斷并處置，解決政府的痛點、盲點問題，形成網格化、標準化、痕跡化的大數據分析，提升政府部門的火災隱患管理和應急救援水平。

三、智慧消防涉及的關鍵技術

智慧消防建設從技術角度而言主要是實現消防系統狀態數字化，消防維保信息化，滅火救援自動化和消防管理智能化，其涉及的關鍵技術及各技術的應用主要體現在以下方面。

（一）傳感器技術

智慧消防的基礎是感知并獲取消防系統的各種狀態，運用電量互感器，溫濕度傳感器、壓力傳感器，光電傳感器等儀器采集整個消防系統的狀態，形成監測預警歷史數據庫，為進一步做大數據分析提供支撐。

（二）射頻（RFID）技術

通過在消防設備或消防設施上放置加密的RFID標簽，檢查員可以從檢查點采集和獲取設備運行數據，將設備的工作狀態實時傳輸到智慧消防平臺，從而提高消防檢查的效率。RFID比傳統紙質方式更高效、簡潔，極大改善傳統消防檢查不到位、記錄不全的現象。

（三）物聯網技術（IoT）

建筑消防包含電、水、氣等多個系統，一個大型建筑內的消防設備數量多則以萬為單位，一部分設備通過有線方式進行監控，線路多為暗線直線，線路一旦出現故障，設備立即失效，檢修費時費力;另一部分設備則靠巡檢人員定期檢查，無法及時發現問題;應用物聯網技術就能完美解決設備依賴有線通訊和無法實時監測的問題。

（四）大數據技術

智慧消防的核心技術在于大數據的分析，通過對海量數據進行建模，開發專家系統，在數據中找到原本不易發現的關聯性或是經驗，并做出精準的預測與決策，通過平臺直觀展示火災風險趨勢和影響走勢的因素，實現隱患預警，火情預判以及提供處置方案的功能。

（五）云計算技術

云計算具有動態可擴展、按需部署、可靠性高的優勢與特點。智慧消防平臺建設采用B/S架構與云計算結合，滿足智慧消防業務復雜多樣，用戶定制功能多，設備高并發等應用需求。

（六）地理信息系統技術（GIS）

運用GIS技術將系統設計成支持圖文交互，地圖下鉆等模式，提供城市區域圖的顯示、查詢與定位，以及消防設備的分布，以便于用戶直觀的解讀，為使用單位 或消防部門決策提供了重要的幫助。

（七）建筑信息模型技術（BIM）

運用BIM技術可以實現對建筑信息、設備信息由傳統二維消防管理向三維可視化消防管理的轉變，實現信息的實時更新，從而能夠快速、高效地了解火災環境，極大地提高消防救援的效率，提升了信息的準確性，對于火災預警準確定位，消防設施的排布，消防救援和被困者自救具有十分重要的意義。

（八）虛擬現實技術（VR）

消防人員通過VR技術實現沙盤推演流程標準化，實現三維沙盤的自主部署;普通用戶也可通過沉浸式的VR技術，高效學習消防器材使用方法、防/滅火，自救和逃生知識。

（九）人工智能技術（AI）

運用AI技術在設備端可實現自主運行、自我診斷、智能控制的功能，一量以生火災事故，將火災即時消滅在萌芽狀態;其次，在平臺端實現消防系統一鍵體檢，消防聯動一鍵啟動，應急預案一鍵調優等人工智能輔助決策功能，破解信息化發展的瓶頸。智慧城市是未來城市的主流形態，在人工智能技術的加持下，城市將真正擁有“智慧大腦”。

（十）5G技術

5G具有數據吞吐量更高、延遲更低、移動性更強的優點，隨著5G商用的推廣，智能監控數據讀取及共享、高清數據傳送能力將極大加強，對應急救援，遠程指揮作戰等應用將如虎添翼，同時基于5G的智慧城市安全系統將促進應急，交通，醫療等部門信息的互融互通，極大的提升多部門協同作戰能力。

四、智慧消防系統架構設計

智慧消防系統是通過各種信息傳感設備，將數據動態上傳至智能云平臺，把消防設施與互聯網相連接，進行信息交換和通信，將物理實體和虛擬世界的信息進行交換處理，并作出反應的智能服務器端的系統。系統體系架構自下而上應由感知層、傳輸層、應用層構成。

（一）感知層

感知層的數據采集來源于安裝于消防系統內的各類傳感器、安裝于消防設備上的電子標簽、視頻采集終端、維保巡查上傳的數據等。所采集的數據應上傳至消防設施物聯網信息中心。感知層的硬件支撐系統包含消防主機遠程監控，電氣火災監控，消防水系統監控，煙霧報警監控，視頻分析，電子巡檢等系統。

（二）傳輸層

傳輸層的主要功能是將數據、信息通過各種網絡進行安全可靠的傳遞，是物聯網重要的基礎設施。網絡數據的傳輸應具有傳輸效率及響應速度的實時性，并應有身份認證、數據安全加密及數據傳輸過程中的安全性。

（三）應用層

應用層采用支撐服務技術，通過信息運行中心進行數據應用。支撐服務技術采用消息隊列、內存計算、負載均衡、并行運算、協議處理、運維管理和實時報警等技術手段。應用平臺應包括消防大數據應用平臺、維保應用平臺和應急管理平臺。

五、應用平臺設計

結合傳統消防的存在問題，智慧消防系統平臺的建設應從火災預防、人員管理、滅火救援、監督檢查和安全教育幾方面著手。智慧消防平臺根據具體功能可劃分三大基礎平臺和三大應用平臺。

（一）三大基礎平臺

數據資源管理平臺主要梳理明確消防各業務系統相關數據，隨著平臺的建立，消防管理部門將擁有多維、異構、實時、海量的消防大數據資源，從而構建全面、實時、標準的消防大數據資源體系。數據集成融合平臺定位為大數據的核心支撐，支持分布式一鍵部署，支持定時、事件觸發、人工執行等調度方式，解決數據資源中心和各個業務系統之間、不同業務系統之間的數據集成融合自動化持續作業問題，為一體化大系統提供關鍵支撐。數據共享交換平臺實現跨系統間的數據資源共享，幫助各系統更好的協作。共享交換平臺設計由中心平臺和前置系統構成。中心平臺將提供平臺的核心功能支持，包括目錄管理、安全服務、日志管理、監控管理等，不直接參與數據交換過程;前置系統設計提供數據的發布、訂閱等功能，數據交換由前置系統之間交互完成。

（二）三大應用平臺

智慧消防物聯網平臺主要實現遠程可視化管理，消防系統實時感知，隱患監測預警，火災風險評估功能;智慧消防維保服務平臺主要實現巡檢、維保、維修 過程透明可控、自動生成分析報表，持續優化系統;電子化消防培訓，模擬消防演練功能;三維數字化應急管理平臺主要實現戰備資源感知，數字化預案管理，可視化作戰指揮一張圖，遠程聯動控制，火情智能預判，災后分析，預案調優等功能。

通過建設以上基礎平臺和應用平臺，全面涵蓋了整個消防系統的資源監控，隱患預警，人員管理，數據維護，報警處置，應急救援等方面的功能模塊，結合智能硬件終端系統的建設，即可完整構建出一套智慧消防系統。

六、結語

綜上可知智慧消防建設意義重大，涉及前沿技術眾多，智慧消防是消防行業發展中的一次歷史性機遇，雖然還處于起步階段，但隨著產業不斷完善，技術不斷成熟，加上民眾重視和政策利好，智慧消防作為智慧城市的重要組成部分將為消防產業帶來巨大的發展浪潮。

參與文獻：

[1]張蕾.基于物聯網技術的智慧消防建設[J].消防界，2018，004（006）：97-98.

[2]DGTJ08-2251-2018，消防設施物聯網系統技術標準[S].2018.