消防信息通信系統運行管理與建設研究

韓冰

（呼倫貝爾市消防救援支隊信息通信科，內蒙古呼倫貝爾 021008）

1 引言

近年來，我國市場經濟增速放緩、城市建設步伐加快，各種高層、超高層建筑拔地而起，工業行業規模也不斷擴張，為區域發展注入新生活力的同時，也給消防管理帶來諸多阻礙。傳統的消防信息通信系統已經很難滿足實際需求，亟須功能更加完善、覆蓋范圍更廣、響應速度更快的虛擬平臺系統輔助優化。針對該種情況，許多專業領域學者加入研究開發隊列中。近年來，科技產業興盛，“智慧消防”的呼聲愈發高漲。據統計，2020年智慧消防行業市場規模已經達到2 757億元，智能報警、智能疏散產品[1]等層出不窮。本文立足消防信息通信系統發展現狀，從消防業務層面入手進行全局性設計，與舊有研究成果相比，其創新之處主要集中在如下幾個方面：

1）信息通信系統板塊劃分更加完善、全面，在常規火災受理、調度、情報板塊的基礎上，配套設計重大危險源評估板塊、通信模擬訓練板塊等。

2）引入集群無線通信技術、車載動中通衛星通信技術等，通信更加可靠和高效，可以減少信號中斷、失穩帶來的風險因素。

3）融合設計了智能決策板塊，采用層次-灰度關聯分析法設計輔助決策機制，可以克服主觀判斷失誤問題，提升消防反饋、響應速度。

2 消防信息通信系統框架結構及功能分屬

從需求角度出發，將消防信息通信系統架構分為3個部分，即通信層、存儲層和業務層，現將每個層級分述如下。

2.1 通信層

通信網絡是實現即時溝通、動態監控的重要依托，可以為消防情報的交互分享、指揮決策的上傳下達提供平臺，這種平臺應當是集語音、文字、圖像為一體的綜合化系統，因此，網絡拓撲結構建設過程中，綜合運用了多形式網絡技術，力求提升通信層穩定性、兼容性以及高效性（見圖1）。其一是有線通信網絡，以數字程控交換機、電信終端設備為核心，另外搭配多種附加設備、配置專屬線路，能夠在火警電話電路、調度專線、公安電話網等主體之間建立有機聯系。其二是無線通信網，融入LTE網絡、微波、短波通信技術等，可以為救援現場、各級信息、調度、指揮中心提供通信服務。其三是衛星通信網，能夠在規避地形影響的前提下實現高速交互，保障指揮中心、火災現場通信順暢，可滿足視頻、語音等多種形式的交流，與車載動中通衛星通信系統相連接，還能規避信號捕捉能力差、連續性不佳等問題。

圖1 消防信息通信系統衛星網絡拓撲結構示意圖

2.2 儲存層

進入經濟新常態以來，我國城市建設規模明顯擴張，截至2021年年末，城鎮化率已經達到64.72%。該背景下帶來的消防管理壓力也是與日俱增，消防信息呈現出指數化、異構化發展趨勢，亟須引入大數據技術進行梳理、管控和分析。因此，在新型信息通信系統中，融合應用了Hadoop平臺中的HDFS分布式系統，并結合消防實際需求對其存儲策略進行改進。該系統本身擁有一套完整的存儲策略，可以根據Client節點位置，精準選擇機架節點DataNode集群進行分布式存儲，當單個節點出現宕機錯誤時，系統直接從其他節點加載副本，防止斷線、容錯率過低等問題。但這種情況也帶來了一定的局限性，那就是單個節點處理能力下降，難以適應消防系統多數據中心的情況，因此，設計過程中引入“資源權重值”概念，對各服務器性能進行分析計算，結合心跳機制準確衡量節點存儲能力，以最大限度保障分布式系統功能。權重因素主要選取5個，包含CPU（F）、剩余內存（M）、硬盤剩余容量（C）、磁盤讀寫速度（V）以及網絡狀況（N），計算公式為：

式中，λ1~λ5均為權重值，相加后和等于1；W代表資源權重值。

計算完成后數據庫根據權重情況、節點位置等分配消防數據副本存儲區域，提升適用性和系統穩定性。

2.3 業務層

消防信息通信系統是火情傳遞、調度指揮、輔助決策的重要平臺，其業務功能覆蓋范圍應當全面、完整，通信能力則要可靠、順暢，應當以省指揮中心為核心，聯通各級指揮中心、應急聯動部門，保障跨區調動可行性，同時從火災預防管控角度出發，增設業務模擬板塊、危險源評估板塊等。消防信息通信系統模塊劃分示意圖見圖2。

圖2 消防信息通信系統模塊劃分示意圖

1）火警受理及調度板塊。該板塊主要部署于接警中心，可以在多形式通信技術的支持下，對火警業務信息進行接收、記錄，并提供警情辨識、實時錄音、地理信息描繪等功能。板塊接口向各級指揮中心開放，可以傳送災情信息，反饋相關指令，并與火場建立實時通信。

2）消防車輛動態管理板塊。該板塊主要針對消防車輛展開定位管理，可以在GPS、GIS技術以及車載動中通衛星通信技術支持下，實時更新車輛位置、速度、方向等信息，為科學調度、精確引導的實現提供助力。

3）消防情報信息管理板塊。負責消防業務信息的管理、傳輸和存儲，基礎功能包含用戶身份、權限管理等，延伸功能包含實時采集、自動統計功能等，不僅支持火災現場圖像傳送、車輛編號、狀態信息傳送，還包含消防站圖像、當日氣象、溫度、風力信息[2]等，可以綜合多種異構數據運行智能決策機制。

4）消防救援預案管理板塊。滅火預案以數字化形式存在于該板塊之中，部局級、總隊級消防隊均可以調取查看，可同時支持精準、模糊查詢，以及編輯、修改操作。

5）重大危險源評估管理板塊。該板塊是從應急評價、危害預防角度出發設計搭建的，可以依托GIS技術對轄區內部消防風險因素進行篩查、排列，重點關注對象有人員密度過大區域、存在爆炸、毒害風險區域等。

6）通信指揮模擬訓練板塊。該板塊集成情報處理、傳遞功能、預案管理功能及調度指揮功能，可以模擬真實情境進行通信預演，并在監控流程支持下輔助完成訓練考核工作，方便系統及時發現不足、優化改進。

本文對各板塊涉及的重點、創新技術進行展開闡述。

3 消防信息通信系統技術創新及智能機制設計

3.1 無線數字集群通信技術

消防救援及調配工作具有顯著的綜合性、復雜性特征，現場局勢、火情瞬息萬變，信息通信過程中僅依靠語音傳遞、文字描繪是遠遠不夠的，還必須綜合調動圖像、視頻傳輸方式，基于此，建立集多種通信技術為一體的、寬窄帶融合的集群通信渠道就顯得異常重要。本系統中主要以LTE核心網絡為基礎，融合微波無線通信技術、短波通信技術、VSAT衛星通信技術等，在各級轄區中建設衛星助戰，TSAT小站等設施，站點之間相互配合、共同運作，形成星型網絡拓撲結構，大、小口徑天線的搭配，可以滿足高、低發射功率的差異性需求，保障了實時通信穩定性。

3.2 車載動中通衛星通信技術

車載動中通衛星通信技術運用更加智能化的信息傳遞方式，系統內部分別設置了信號收發板塊、伺服板塊，可以通過陀螺儀、極化角傳感器[3]等準確測定消防車輛位置、狀態以及速度變化情況（見圖3）。與傳統網絡連接方式相比，該種系統架構下消防信號更加穩定和可靠。即使是在較為偏遠的地區，車載CPU也可以精準捕捉衛星方位，經過DVD播放器的處理，以及編碼器、交換機、衛星Modem的處理，還能夠完成視頻信息的傳送和播放，精度高且受干擾程度小。

圖3 車載動中通衛星通信系統結構示意圖

3.3 智能決策模型技術

當前社會層面消防管理需求激增，消防應急、決策能力均面臨較大挑戰，信息通信系統設計時，還應當適時融入“智慧消防”理念，改善通信系統信息分析能力薄弱的現實問題。本次設計主要采用層次-灰度關聯分析算法，該算法本質上是一種多因素統計分析方式，可以在多個“相關目標”中找到對指標影響最大的因素，并自動生成排序結果，方便系統決策。以消防站選取、調度為例，備選方案記為Y={y1，y2，…，yn}，系統會自動提取集合站點各相關因素（因素分層結構可見圖4）。

圖4 基于層次-灰度關聯分析的消防智能決策因素模型

在此基礎上生成相應的新合集C={c1，c2，…，cm}，整合得到全面化的評價序列Yn={yn（c1），yn（c2），…，yn（cm）}，經過一致性檢驗、無量綱化處理后，計算每個序列關聯系數ξij，并運用下述關聯系數矩陣計算得到最終的關聯度H，為站點選擇提供依據。n、m分別代表備選站點個數以及判決指標個數。

4 結語

綜上，本文以集成化、實用化思路為指引，搭建和完善了一種新型的消防信息通信系統，引入無線數字集群通信技術、車載動中通衛星通信技術對通信層進行優化設計，引入HDFS平臺對數據存儲層進行完善升級，在此基礎上健全消防業務板塊，設計了火警受理及調度板塊、重大危險源評估板塊、消防通信模擬訓練板塊等，采用的層次-灰度關聯分析算法還能綜合消防站位置、消防水源分布情況等輔助決策，整個結構較為條理、清晰，可為系統設計實踐提供思路指引。但考慮到技術、需求等方面的因素，本系統還存在諸多待改進之處，未來有望引入5G通信技術、智能疏散技術等進行優化改良。