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物联网技术在消防领域的应用前景分析
2015-05-11 15:30:15   来源:文/王兆国 王辉 王坤   评论:0 点击:

近年来,物联网技术受到了越来越多的关注,其应用更是成为关注的焦点。本文简要介绍了物联网技术的概念和层次架构,分析了物联网技术在消防领域应用的可行性,并从灭火救援作战、社会消防安全管理、消防装备管理三个方面详细探讨了物联网技术在消防领域的应用前景,指出该技术的应用必将对提高消防工作的水平和效率发挥重要作用。

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  “物联网”—一个全球瞩目的关键词,最有前瞻性的热点技术,被预言为继计算机与互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮。物联网技术已被美国、日本等发达国家纳入国家和区域信息化战略,针对物联网技术带来的信息化浪潮,我国也提出了“感知中国”的发展战略。目前,物联网技术已在一些领域得到应用,包括电力、智能交通、医疗卫生、家庭安防、重点区域防入侵、工业控制、农业和环境监测等诸多领域。

    物联网技术的“动态化、智能化、网格化”管理模式在消防领域具有广阔的应用前景。公安消防部队的根本任务就是提高两个能力: 一是提高快速反应和灭火救援能力; 二是提高消防监督执法能力。这两方面能力的提高都离不开先进科技提供的技术支撑。同时,全国消防部队正在大力推进消防信息化建设,并将其作为实施科技强警,实现消防工作跨越式发展的战略性举措,物联网技术作为一项新兴的信息技术,必将对消防信息化建设产生深远的影响。因此,如何将物联网技术应用到消防领域值得探索和研究。

一.物联网技术
1.物联网的概念

  “物联网”(The Internet of Things,IoT),即物物相连的互联网络。我国对物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。从其概念可以看出,物联网是在互联网的基础上延伸和扩展的网络,它实现了人与人、人与物、物与物之间的信息交互。

2. 物联网的层次架构
  感知层。感知层就是物联网的感知器官,其功能是感知和识别物体、捕获和采集信息、接受和执行指令。主要包括RFID标签和读写器、传感器、传感器网关、数码相机等。其需要的关键技术有检测技术、短距离有线和无线通信技术等,主要解决数据获取的问题。对于消防领域而言,感知层设备包括消防远程监控设备、安装在建筑物中的火灾感应器、视频采集设备、消防员携带的生命体征传感器等。

  网络层。网络层对于物联网而言类似于人体的神经和大脑,负责传输和处理感知层获取的各种外部信息,是感知层和应用层的沟通桥梁,由移动通信网、互联网、网络管理系统、智能处理平台等组成。网络层的关键技术包括远距离有线和无线通信技术、网络技术等,解决的是将感知层获取的信息在一定范围和时限内长距离传输的问题。网络层将建立在现有的移动通信网和互联网的基础之上。

  应用层。应用层是物联网技术与行业专业技术的深入融合,并结合相关行业的需求,直接面向应用,为用户提供特定服务,实现物联网的智能应用。应用层包括中间件层和应用服务层。中间件层主要实现网络层与应用服务间的接口和能力调用,应用服务层包括各类具体应用[4]。通过应用层即可实现物联网在远程医疗、智能交通、物流、城市管理、家居生活等方面的应用。

二.物联网技术在消防领域应用的可行性分析
1.基本技术条件成熟
  物联网是基于现有的信息网络而发展的,是在当前通信网和互联网基础上的延伸和扩展,一般并不需要专门为物联网改造最基础网络。二维码、传感器、电子标签等传感设备,互联网、通信网、传感网等网络设施已经在各行各业得到了广泛应用,因此,物联网技术应用于消防领域有丰富的经验可借鉴。此外,自消防信息化建设实施以来,有线通信、无线通信、卫星通信、计算机通信等基础通信网络已基本在消防部队建立,互联网技术和实用系统也已经在消防部队得到广泛应用。这些都为物联网的应用提供了基本技术条件。

2.现有的应急管理系统为物联网的应用提供了平台
  当前,消防安全重点单位都已经投入使用了火灾自动报警系统等各类应急管理系统,并联入了各地的消防安全远程监控系统,这些系统在信息采集、传输、处理等方面与物联网技术有着相通之处,只要在其基础之上再构建一层基于物联网技术的系统,即可利用物联网技术有效拓展现有应急管理系统的功能。消防部队目前配备使用的灭火救援指挥系统、3G图像传输系统等都为物联网的应用提供了一定的平台。

3. 适应社会消防安全管理的需求
  目前,在社会消防安全管理工作中普遍存在着消防安全管理制度不落实、消防设施维护保养不到位等问题,与社会消防安全管理工作的目标还有一定的差距。其中一个方面的原因就是缺乏先进可靠的技术支撑。技术含量低导致当前的工作模式无法满足社会消防安全管理动态化的特点,消防安全管理水平与现实需求之间矛盾突出。物联网技术为创新消防安全管理工作模式提供了有效途径。如,利用RFID技术、视频监控系统可实时的对重点单位消防控制室管理人员的在位情况进行监控,避免人员脱岗现象的发生;利用传感器技术对建筑内固定消防设施的运行状态进行采集,并通过服务器联入网络,实现远程控制和管理,从而提高消防监督管理工作的及时有效性。

4.可有效提高消防部队的灭火救援能力
    近年来,消防部队承担的灭火救援任务越来越繁重,面临的灾害现场情况越来越复杂,在实施救援时经常遇到现场情况不清楚、信息传递不通畅、指挥决策不科学等问题,而物联网技术所具备的全面感知、可靠传递、智能处理三大特征,能够很好的解决这些问题,满足消防部队处置各类灾害事故的需求。无线传感器网络(WSN)可用于灾害现场的侦察,特别是条件恶劣的环境;传感器技术用于灭火救援人员的安全管理,实时将消防员的生命体征参数、位置信息传送给指挥员;运用云计算等技术对收集到的信息进行整合、智能分析,为指挥员的决策提供支撑,以增强决策的科学性。

三. 物联网技术在消防领域的应用方法 
1.在灭火救援作战中的应用

  全方位的侦察感知。对灾害现场情况的侦察工作是灭火救援作战的重要保障,为指挥员判断灾害形势、制定作战方案提供信息支撑,这就决定了侦察工作是一项艰巨、复杂、细致的任务,并贯穿于整个灭火救援行动的始终。目前,侦察工作主要是由侦察人员通过外部观察、深入灾害现场内部侦察、利用仪器检测等方式完成,但这都无法保证对灾害现场情况的全面掌握。通过在灾害现场大量布置微型的多功能传感器,形成灾害现场的侦察传感网络,边感知,边传送,实时获得灾害现场各个点的温度、风速、烟气浓度、有毒有害气体浓度等信息,及时将信息传递给指挥部,为指挥员提供全方位的、及时准确的现场信息,从而保证灾害现场信息的时效性、准确性和连续性,并提高指挥员获取信息的速度、拓展信息的深度和广度。如果将传回的信息与地理信息系统(GIS)融合,即可为指挥员提供直观的灾害现场态势图,从而大大提高指挥决策的科学性。

  智能的作战指挥。物联网技术应用于消防领域后,可以利用云计算技术对无线传感器及其网络收集的灾害现场信息通过分类整理、鉴别提炼、分析研究等方法进行加工整理,为指挥员定下灭火救援战斗决心提供辅助支撑。通过执勤车辆上安装的GPS系统及时将车辆的位置信息发送到指挥部,同时,在车辆及其随车装备上安装RFID电子标签,通过数据采集终端使指挥部提前了解赶往现场的车辆类型、所属单位和配备的装备、人员数量,预先为车辆确定停靠位置、分配作战任务,防止现场交通混乱,并提高指挥效率。利用温度传感器、微振动传感器对石油化工火灾的潜在危险进行预警,一旦出现爆炸的危险就立即报警,指挥员下达撤退指令,以减少不必要的人员伤亡。

  智能的人员安全管理 。在灭火救援现场,往往需要救援人员深入火场内部侦察、灭火,但是火场内部的高温、浓烟对救援人员的安全构成了严重的威胁。物联网技术为解决这一问题提供了方法。每个攻坚人员携带存储姓名、进入时间、空气呼吸器压力等信息的电子标签,每人拥有唯一的编号,当进入现场时利用读写器识别电子标签的信息,并利用位置已知的参考标签确定攻坚人员的位置。将这些信息通过无线方式传送到数据库,并在客户监控端显示这些信息,以实时确定空气呼吸器的使用状态和人员位置,一旦达到空气呼吸器使用的预定压力或人员作业的预定时间,指挥员可提醒攻坚人员及时撤出。每个攻坚人员还可配备生命体征传感器,实时监控呼吸、脉搏、体温等生命体征参数,并将生命体征参数实时传送到指挥部。当攻坚人员的生命体征参数出现异常时,指挥部可向其下达撤出指令,无法自行撤出时,向该战斗员的就近人员下达指令,协助其撤出。

2.在社会消防安全管理中的应用
  消防设施的动态管理。消防设施对社会的消防安全起着至关重要的作用,因此消防设施的运行维护是消防部门监督管理的重点。利用物联网技术可实现对自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、灭火器、防火门等消防设施的监控,使消防检查人员和单位管理人员能够对消防设施进行动态的管理。在自动喷水灭火系统、室内消火栓系统内安装传感器,实时采集管网内是否有水、水压以及阀门的开合状态、水箱水位等信息,并将信息传送到管理平台,消防检查人员和单位管理人员可通过该平台查看信息,实现全天候监测。一旦出现异常状态,该平台就会发出报警信息,提醒单位人员进行保养维修。在灭火器、缓降器等消防器材上安装RFID电子标签,标签内记录认证标志、生产日期、性能参数、使用寿命、维护保养等信息,检查人员利用手持读写器对标签扫描即可获取相关信息,确定该器材是否完整好用,是否需要更换,并可有效防止社会单位使用假冒伪劣产品。此外,还可利用视频监控系统对常闭式防火门是否按规定关闭、安全疏散通道和消防车通道是否畅通等进行监控,出现违规情况时,可立即通知单位整改,并可随时检查整改情况。

  重大危险源的实时监控。重大危险源是指长期或临时地加工、生产、处理、搬运、使用或者储存危险物质,且危险物质的数量等于或超过临界量的场所和设施,以及存在危险能量可能造成重大事故的场所和设施[5]。重大危险源一旦发生事故极易造成人员伤亡和财产损失,其监控工作不容忽视。借助于物联网的识别、感知、智能分析、监控等技术特点,可对重大危险源的实时状态、设备状况、周围环境、安全情况实施有效的消防监管。利用温度、压力、风力、风速、湿度、可燃气体浓度、有毒气体浓度、液位等传感器,部署传感网络,实时采集重大危险源状态信息、设备状况信息及其周围环境参数,并将采集的数据传送到监控中心的数据库。监控中心的数据综合分析处理平台采用云计算技术,对采集的数据进行智能分析,并与预先设置的安全参数范围比对,评估危险源的安全状况,预测可能发生的事故。当不处于安全参数范围内时,系统会发出警报,工作人员可根据GIS系统提供的信息迅速定位隐患点,并采取必要的应急措施,防止事故的发生。

3.在消防装备管理中的应用
  装备故障的智能诊断。装备故障诊断是监测装备状态的重要手段,并为装备的维修保养提供决策支持。现代化的新型消防装备使用的技术越来越先进,必须有与之相配套的故障诊断方法。物联网技术为提高消防装备故障诊断能力提供了重要的途径。在消防装备的各部件,如发动机、油箱、线路、管道等嵌入不同类型的传感器,可实时获得各部位的相关参数,包括不同状态下的温度、转速、液位、压力以及水、油、电、气等参数,系统通过将这些参数与预设的合理值比对,判断并监测装备运行状态,进而识别装备各项指标是否正常,发现、确定装备发生故障的部位,寻找故障原因。当处于异常状态时,系统会发出警报,提醒装备管理人员及时处理,并根据系统中预存的故障模型自动查找维修保养方案以供装备管理人员参考,从而有效提高装备管理人员的装备故障诊断和维修保养能力。

  库存装备的智能管理。消防装备种类繁多、数量巨大、使用频繁,难以实现装备库存管理的精确化、动态化、实时化。而物联网技术识别、定位的技术特性可满足装备库存管理工作的需求。在装备入库环节,安装在仓库入口的读写装置自动识别装备上RFID电子标签,并采集标签上的信息,这些信息将被传送到数据库,系统根据标签上的信息对装备进行分类,提醒管理人员将装备存放到指定区域,可有效防止装备存放的混乱。当在仓库中寻找指定的需要调拨的装备时,系统可利用RFID技术提供的定位服务迅速、精确的定位装备的位置,准确的找到指定装备,从而节省寻找装备的时间,提高工作效率。装备出库时,安装在仓库出口的读写装置自动识别装备上的RFID电子标签,并将采集的信息传送到数据库,系统获取信息后自动消除出库装备的信息。在完成出入库工作后,系统会根据数据库提供的数据自动计算不同种类装备的入库数量、出库数量、库存数量,避免人为记录造成错误,并为装备调拨提供可靠的依据。

  随着物联网技术的不断发展和成熟,物联网在各行各业的应用将会不断的扩大和深入。其在消防领域的应用也必将对消防事业的发展带来深刻的变化,推动消防部队在灭火救援、消防监督管理、后勤管理等方面的重大变革,有效提高消防部队的灭火救援能力和消防监督执法能力。因此,我们应把握住物联网技术发展所带来的机遇,认真研究将其应用于消防领域的关键技术和核心问题,并逐步推广应用,切实推动消防部队各项工作的全面发展。
                           (作者单位 中国人民武装警察部队学院研究生部)

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