智慧城市背景下消防安全實時監測關鍵技術探析

摘要：隨著城市化進程的推進，火災事故隱患越來越受到社會各界的重視。隨著越來越多的信息技術和智能技術融入消防工作中，消防安全實時監測系統應運而生。該系統實現了對監控場景的實時監測，從而更加快捷、高效地感知和傳遞火災信息，實現火災預警和快速響應。基于此，本文從需求和功能的角度剖析了智慧城市背景下消防安全實時監測技術的設計思路和技術架構，介紹了消防安全實時監測系統中的關鍵技術應用，希望能夠給相關單位提供一定啟發。

關鍵詞：智慧城市；消防；實時監測；關鍵技術

引言

近年來，5G通信技術、信息技術和智能技術的發展日益成熟，智慧城市理念逐漸從構想變為現實。在智慧城市理念中，城市運營管理的各項工作都依賴于技術手段，大幅提升了管理質量和效能。智慧消防是智慧城市的重要延伸，有助于改變傳統的以人力為主導的消防管理模式，借助現代技術實現消防實時監控和管理。當前，物聯網、大數據云計算、人工智能等技術已經逐步與消防管理工作相融合，形成了集實時監控、火災識別、風險評估、火災預警、應急響應為一體的消防安全實時監測系統，大幅提升了火災預防和應對能力，保障了社會大眾的生命和財產安全。

一、智慧城市背景下消防安全實時監測技術的設計思路和技術架構

（一）設計思路

隨著城市化進程的加快，當前我國的城鎮化率已經達到了66.16%，城市規模不斷擴張，建筑物數量、高度和密度也在不斷增加，給消防安全管理和滅火救援工作帶來了很大困難。隨著互聯網和信息技術的發展，當前的城市管理工作正在逐步朝著信息化、數字化和智能化方向發展，“智慧城市”理念也就是在這一背景下應運而生。智慧城市是指在城市的規劃、建設、運營管理等各個方面融入信息技術和數字技術，從而實現不同領域、不同基礎設施和服務之間的互通互聯和高效配合。

在智慧城市背景下，消防管理工作也逐漸從傳統的人力管理模式朝著智能化方向發展。城市中建筑物眾多，大量的消防隱患因素和風險區域難以采用現場檢查的方式來防范火災事故的發生。隨著技術的發展，當前建筑物中普遍安裝了如煙霧報警器、自動噴水滅火系統等設備，從而快速應對火災事故的發生并進行初步處理。然而，這一技術具有誤報率高、反應較慢、滅火能力不足等缺陷，難以滿足城市樓宇的消防安全管理需求。研究開發消防安全實時監測系統，以實現對現場環境的實時監測、火災因素的實時感知和及時預警，是消防智慧化發展的主要趨勢。

智慧城市背景下的消防安全實時監測系統應滿足以下要求。第一，能夠對建筑物內的主要區域進行實時消防監測，采集溫度、濕度、煙霧等主要數據；第二，能夠對所采集的數據進行分析和識別，準確評估其是否屬于火災信號以及火災的風險程度；第三，能夠依據評估結果進行火災風險預警，將建筑內的消防火災風險位置、風險等級向相關單位和人員進行預報[1]。

（二）技術架構

結合消防安全實時監測系統的設計思路應包含物聯網、5G通信技術、大數據云計算技術、人工智能等?；炯夹g架構主要有四層。感知層：主要用于采集消防監測所需的各類數據，通過煙霧探測器、感溫探測器等傳感設備和攝像設備實現。在應用消防安全實時監測系統時，城市建筑業主方或物業部門應在消防部門的指導下在建筑關鍵部位安裝相關設備，并與系統進行連接，以便感知環境和采集數據。通信層：主要用于數據傳輸，包括ZigBee協調器、5G無線網絡、智能網關等配置。同時，為了確保消防數據的安全性，還應配置防火墻等安全防護措施，避免出現數據泄露、遺失等現象[2]。處理層：處理層是整個消防安全實時監測系統的核心和大腦，感知層所采集的數據最終匯入這一層，在數據清洗和處理后存儲于數據庫中，便于分析和應用。通過人工智能、大數據、云計算等技術對感知數據進行分析，篩查其中的異常數據，開展火災分析，一旦發現火災風險，迅速開展定位和預警工作。展示層;主要服務于系統管理員和使用人員，如消防部門、建筑物業管理部門等，結合消防管理的實際需要，應滿足PC端和移動端的展示需求，將火災預警信息實時發送到相關負責人的設備上，管理人員登錄系統進行消防事務處理。

二、智慧城市背景下消防安全實時監測關鍵技術

（一）物聯網技術

在消防安全實時監測系統中，物聯網技術主要用于數據采集和智能預警。物聯網技術的核心在于“萬物互聯”，即將系統內的所有“物”通過傳感器、RFID和通信網絡進行串聯，以便實現所需數據的采集、分析和應用。

數據采集是物聯網技術的基礎，也是消防安全實時監測系統構建感知層、實現消防管理功能的基礎。正常情況下的建筑物與火災發生時的建筑物在溫度、煙霧、氣體等多個方面有較大差異，通過對環境數據的實時監測，能夠為火災發現、評估和定位奠定基礎。消防安全實時監測系統在運行過程中，需要對建筑物的關鍵位置和潛在風險區域進行監測，并對各個位置上的傳感器等設備信息和環境數據進行識別和采集。物聯網將建筑物內的傳感器、攝像頭、RFID射頻識別標簽與消防管理系統相串聯，24小時不間斷傳輸環境數據以供處理層分析和識別[3]。此外，物聯網技術還能夠實現對消防通道、消防器材、消防水源等消防管理工作必備基礎設施的監測，確保其始終處于正常狀態。以消防水源監測為例，在消防水源系統的關鍵節點，如閥門、噴淋嘴等位置設置傳感器來感應水壓、水位和故障情況。當出現異常數據時，消防安全實時監測系統就能夠迅速感知并將相關信息傳輸到管理人員的接收終端，提示其快速進行排查和處理。

當系統識別到建筑物內的火災風險后，需要對其進行定位，以便向管理員和用戶發送火災預警信息。因此，火災區域定位也是消防安全實時監測系統的組成部分。傳統的火災定位方式并不精準，實時性不強，難以起到良好的預警效果。傳感器本身是隨機布置的，不適宜安裝GPS定位（能耗高、成本較大）。對此，消防安全實時監測系統以感知層數據為基礎，通過質心算法來分析射頻信號的節點，從而精準定位。在確定火災位置后，系統將分析獲得的火災風險等級和位置信息發送給消防部門和用戶，能夠提升響應速度，降低火災風險的不良后果。還可以配置消防管理系統，實現對火災的自動報警和應急處理。這一套系統同樣可以采用物聯網技術，即將實時監測系統接入消防管理系統，在發現火災事故后將預警信號傳輸到管理系統。管理系統在自動化技術的輔助下打開消防水泵、噴淋泵管道閥門，迅速處理和控制初期火情。

（二）大數據云計算技術

大數據云計算技術在消防安全實時監測系統中的應用主要是數據的存儲和分析。在感知層中，分布在建筑物各個位置的傳感器會傳遞大量的環境數據以供分析，而這些數據的處理效率和精度決定了消防安全實時監測的效果。借助大數據云計算技術，能夠搭建云端數據庫，并形成多個數據處理模塊，以實現火災監測、預警等智能決策功能。

數據庫是數據處理的前提和基礎。在消防安全實時監測系統中，整合了各類數據信息，如建筑結構數據、消防設施數據、傳感系統數據、消防檢查信息、歷史火災數據等。這些數據來源不同，蘊含的價值也各有差異，在數據庫的整合下，消防安全實時監測系統能夠對數據進行綜合管理和分析應用[4]。數據庫不僅能夠為實時數據的后續分析奠定基礎，還能夠滿足歷史數據分析需求，如可以從過往數據中評估哪些區域、哪些時段事故的發生概率較高，從而調整消防措施。

在消防安全實時監測系統中，數據模塊主要包含三個部分。第一，數據采集模塊。這一模塊主要接收傳感器經由通信技術傳輸而來的數據，所有的數據統一在此匯總，并在數據庫中進行存儲備份。第二，數據預處理模塊。由于采集設備的差異性，系統所獲取的數據可能會存在格式不統一、信息不完整等情況，需要進行預處理。在這個模塊中，可以應用數據清洗技術，將多源異構數據經過清洗和轉換，形成直接可用的結構化數據。在完成數據預處理后，數據中心會將格式統一后的數據上傳至云計算中心，并在云端開展分析和決策[5]。第三，數據分析模塊。在這一模塊中，所有數據將會根據特定算法、模型開展分析。分析模塊中還包含大量數據分析工具，如可視化工具，將數據以可視化圖表的形式呈現；趨勢預測工具，根據數據的變化特征進行趨勢預判，以提升消防響應能力。

（三）人工智能技術

近年來，人工智能技術得到了飛速發展，越來越多的領域開始應用人工智能技術。在消防安全實時監測系統中引入人工智能技術，能夠進一步提升火災識別和分析能力。在火災識別中，通常采用傳感設備來識別火災相關因素，如溫度變化、煙霧、氣體等。人工智能具有圖像識別功能，以此技術為核心的AI攝像頭能夠對視頻圖像進行實時監測和分析。例如，煙火識別算法能夠準確評估監測場景中是否出現了火點、煙霧和火焰，從而配合傳感設備對火災進行精準識別[6]。無論是傳感器還是AI攝像頭，均為事后識別，即在火災發生后進行識別。隨著人工智能技術的進一步發展，AI攝像頭不僅能夠實現火災因素的分析，還能夠對場景中的火災風險進行識別。一般來說，火災起因分為客觀和人為兩種?？陀^是指電氣火災、極端天氣火災等由客觀因素造成的火災；人為是指由于違規操作、用火不慎等行為引起的火災。AI攝像頭在對建筑場景進行監測時，可以對人為因素進行識別和分析，如有人亂扔煙頭，可以適時發出警告。

在火災分析中，人工智能技術主要用于評估火災的風險程度，從而選擇對應的消防措施。普通的環境數據分析手段評估火災風險程度的結果比較模糊，容易出現預警信息不夠精準的情況。借助人工智能的模糊算法，能夠將通常使用的風險程度評價術語（高、中、低等）轉換為數據指標（閾值或百分比），并通過對應的方式進行更為精準的評估[7]。

（四）5G通信技術

5G通信技術是智慧城市建設的前提，具有高速率、低時延、大容量的通信特征。在整個消防安全實時監測系統中，通信系統十分關鍵，通信系統的傳輸速度決定了消防監測能否真正達到“實時”。對于一幢大型建筑來說，存在諸多需要監測的點位，如電力系統周邊、電梯井、消防通道等。因此，需要布設大量的數據采集設備，不斷獲取數據信息并傳輸至消防安全實時監測系統中。為了避免數據流的增加占用信道資源，要充分利用5G通信技術形成大容量、超高速的通信方案，從而為消防系統的高效運作提供有力支持[8]。

為了提升傳輸效率，消防安全實時監測系統中的通信層在整合感知層的各項數據后，可以在5G通信技術的基礎上，采用ZigBee、藍牙多種通信技術傳輸到后端的處理層，以便處理層更加快速開展數據分析工作，實現火災事故的及時響應。

結語

隨著互聯網和科技的飛速發展，消防工作也日益朝著數字化、智能化的方向發展。融合了物聯網、人工智能、大數據云計算等關鍵技術的消防安全實時監測系統能夠實現消防關鍵節點的實時監測和數據采集。通過對火災隱患的實時分析和火災險情的快速預警，能夠有效保障城市環境的消防安全。

參考文獻

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[8]羅元明.智慧消防在防火監督業務中的應用現狀與發展前景[J].今日消防，2023，8（10）：66-68.

作者簡介：

亢佳（1994- ），男，漢族，陜西漢中人，本科，研究方向：消防監督。