基于物聯(lián)網(wǎng)的滅火救援決策支持系統(tǒng)

張志華，朱紅偉

(武警學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

滅火救援任務(wù)是消防部隊工作的重點。災(zāi)害現(xiàn)場信息紛繁復(fù)雜，指揮員能否全面準(zhǔn)確掌控災(zāi)害現(xiàn)場信息直接關(guān)系到整個戰(zhàn)斗行動的成敗。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一項新興的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，具有智能化程度高、拓展性良好、資源共享能力強等優(yōu)點，適用于消防部門的遠(yuǎn)程監(jiān)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(yīng)用這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化感知識別、動態(tài)定位跟蹤和精確控制管理，從而可以有效地解決現(xiàn)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(lián)網(wǎng)的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)納入國家重大發(fā)展戰(zhàn)略[3]，“智慧城市”已經(jīng)成為未來城市發(fā)展的方向[4]。作為“智慧城市”建設(shè)體系中的有機(jī)組成部分，各省消防總隊正在大力推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)。但是我國“智慧消防”建設(shè)才剛剛起步，目前還沒有一個統(tǒng)一的模式可供借鑒。因此，本文的研究以及系統(tǒng)的開發(fā)為消防部隊“智慧消防”的建設(shè)提供了新的思路，具有較強的現(xiàn)實意義。

一、系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)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(jiān)控等感知技術(shù)，隨時隨地獲取消防員的位置和狀況以及消防裝備和災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境信息；然后利用云計算技術(shù)對海量異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理；最后通過可視化操作對分析的結(jié)果進(jìn)行直觀準(zhǔn)確的呈現(xiàn)，實現(xiàn)對災(zāi)害現(xiàn)場信息隨時隨地的交互、共享，從而達(dá)到智能決策與控制的目的。

圖1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

感知層作為消防數(shù)據(jù)信息的來源，主要實現(xiàn)對物體的全面感知。感知層包括數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)、RFID電子標(biāo)簽和閱讀器以及監(jiān)控攝像頭等設(shè)備構(gòu)成[5]。感知層主要功能是對感知對象的狀態(tài)、位置、數(shù)量、行為、環(huán)境狀況等動態(tài)或靜態(tài)的信息進(jìn)行大規(guī)模、分布式的實時動態(tài)采集及狀況識別[6]，此外還能夠接收網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)目刂泼睿⒀杆夙憫?yīng)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因為采集的數(shù)據(jù)正確與否關(guān)系到指揮員的決策成敗。

網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)信息傳遞功能，將感知層感知到的數(shù)據(jù)可靠、安全、無障礙地進(jìn)行傳輸，并解決遠(yuǎn)距離傳輸問題。網(wǎng)絡(luò)層包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，接入網(wǎng)為消防物聯(lián)網(wǎng)終端提供網(wǎng)絡(luò)接入功能。核心網(wǎng)是基于IP的統(tǒng)一、高性能、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，支持異構(gòu)接入以及終端的可移動性。

應(yīng)用層主要是利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，開發(fā)各類消防業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢與消防管理、調(diào)度、救援等結(jié)合起來，實現(xiàn)智能化監(jiān)控管理，以輔助指揮員進(jìn)行決策指揮。具體來講，應(yīng)用層將網(wǎng)絡(luò)層傳輸來的數(shù)據(jù)通過云計算技術(shù)進(jìn)行分析處理，并將數(shù)據(jù)資源儲存在“網(wǎng)絡(luò)云”中進(jìn)行共享，在數(shù)據(jù)解釋方面則通過可視化分析實現(xiàn)人機(jī)交互，實現(xiàn)對裝備器材、固定設(shè)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(huán)境等信息的動態(tài)監(jiān)控。在應(yīng)用終端以Web頁面訪問形式實現(xiàn)實時動態(tài)的信息查詢。指揮員利用具有登錄權(quán)限的手持移動終端，通過Internet連接到Web瀏覽界面即可實現(xiàn)對災(zāi)害現(xiàn)場信息的實時掌握，對火災(zāi)進(jìn)行全方位、多角度、精細(xì)化、信息化、可視化的作戰(zhàn)指揮。

二、系統(tǒng)軟件的開發(fā)

滅火救援決策支持系統(tǒng)軟件是對感知數(shù)據(jù)提供人機(jī)交互的操作界面，以Web頁面訪問形式實現(xiàn)可視化展示,其優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)多終端協(xié)同應(yīng)用，擁有權(quán)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(yuǎn)程、直觀、高效地掌握災(zāi)害現(xiàn)場信息。

(一)系統(tǒng)主要功能模塊

1.采集模塊

利用射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、自組網(wǎng)技術(shù)、GPS/北斗定位系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)等對災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境、消防員生理狀況、器材裝備狀態(tài)、消防車輛位置、建筑物室內(nèi)消防設(shè)施等進(jìn)行實時監(jiān)測、智能化感知識別、動態(tài)定位跟蹤和精確控制管理。

2.儲存模塊

利用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對大量異構(gòu)數(shù)據(jù)的分類儲存以及有關(guān)操作指令的儲存。

3.查詢模塊

對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點動態(tài)監(jiān)控或采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時查詢，同時滿足對歷史數(shù)據(jù)庫中存儲的相關(guān)滅火救援案例、預(yù)案等歷史數(shù)據(jù)查詢操作。

4.統(tǒng)計分析模塊

利用云計算技術(shù)實現(xiàn)對災(zāi)害現(xiàn)場數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、處理，通過可視化分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)直觀顯示，實現(xiàn)輔助決策。

5.通信模塊

實現(xiàn)無線傳感器自組網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部通信及互聯(lián)網(wǎng)、3G/4G公共網(wǎng)絡(luò)平臺通信。WSN內(nèi)部通信通過WSN組網(wǎng)機(jī)制實現(xiàn)，3G/4G網(wǎng)絡(luò)通過提供接入端口，進(jìn)行通信。

6.共享模塊

整合消防業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、轄區(qū)內(nèi)政府各部門管理數(shù)據(jù)、公共服務(wù)機(jī)構(gòu)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、公安專業(yè)數(shù)據(jù)及社會單位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等各類消防相關(guān)數(shù)據(jù)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，上傳至“政府云”平臺，提供接入端口，實現(xiàn)資源共享。

(二)滅火救援決策支持系統(tǒng)

滅火救援決策支持系統(tǒng)主界面如圖2所示,具有使用權(quán)限的用戶通過輸入賬號和密碼登錄該系統(tǒng)。系統(tǒng)包括環(huán)境數(shù)據(jù)庫、人員數(shù)據(jù)庫、裝備數(shù)據(jù)庫、轄區(qū)重點單位數(shù)據(jù)庫及其他相關(guān)因素數(shù)據(jù)庫。環(huán)境數(shù)據(jù)庫中包括道路交通數(shù)據(jù)庫、消防水源數(shù)據(jù)庫和氣象數(shù)據(jù)庫；人員數(shù)據(jù)庫中包括消防官兵執(zhí)勤實力電子檔案、火災(zāi)現(xiàn)場消防官兵生理狀況和火災(zāi)現(xiàn)場消防官兵位置信息；裝備數(shù)據(jù)庫包括消防車輛管理系統(tǒng)、裝備器材管理系統(tǒng)和滅火藥劑管理系統(tǒng)；轄區(qū)重點單位數(shù)據(jù)庫包括社會單位基本情況及消防安全重點單位應(yīng)急預(yù)案庫；其他相關(guān)因素數(shù)據(jù)庫包括危險化學(xué)品信息子系統(tǒng)、典型滅火救援案例子系統(tǒng)、語音識別錄入系統(tǒng)、市政監(jiān)控信息系統(tǒng)等九個子系統(tǒng)。使用者可以動態(tài)查詢各子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，并能夠進(jìn)行實時錄入、修改、跟蹤、監(jiān)控。

圖2 系統(tǒng)主界面

三、手持移動終端的應(yīng)用

利用智能手機(jī)、平板電腦等手持終端，在擁有登錄權(quán)限的情況下，可以在任何時間、任何地點通過Internet連接到系統(tǒng)的Web瀏覽界面，實現(xiàn)對災(zāi)害現(xiàn)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(tǒng)查詢各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在接警出動過程中可以隨時查詢道路交通信息，選取最優(yōu)行車路線，快速到達(dá)火場，跟車中隊指揮員可以充分利用此時間段，調(diào)閱查看起火單位建筑結(jié)構(gòu)圖、相應(yīng)滅火救援預(yù)案，通過單位監(jiān)控錄像傳輸?shù)囊曨l信息或消防控制室反饋的火情信息，對災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行初步掌握，并實時接收指揮中心的下達(dá)的作戰(zhàn)命令。

在火災(zāi)撲救過程中，基層指揮員根據(jù)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(xiàn)科學(xué)調(diào)度。移動終端Web瀏覽界面會動態(tài)顯示火災(zāi)現(xiàn)場溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象因素變化，便于及時調(diào)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(jìn)行人員輪換，及時下達(dá)進(jìn)攻撤離指令，根據(jù)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(jìn)行查詢，實現(xiàn)科學(xué)調(diào)度，會在系統(tǒng)中實現(xiàn)動態(tài)獲取車載、庫存、社會單位儲備的滅火藥劑的數(shù)量、分布等信息及災(zāi)害現(xiàn)場的可用滅火劑總量統(tǒng)計信息，實現(xiàn)消防部隊跨區(qū)域調(diào)度與社會單位協(xié)同作戰(zhàn)，保障滅火劑充足供應(yīng)。

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(zāi)撲救過程中全方位掌控滅火救援戰(zhàn)斗現(xiàn)場信息，做到快速響應(yīng)、高效處置，實現(xiàn)裝備資源優(yōu)化配置及為指揮員提供輔助決策提供了重要的技術(shù)保障。

四、結(jié)束語

現(xiàn)階段，各省公安消防總隊都在大力推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不但可以遠(yuǎn)程監(jiān)控重點單位、道路交通等情況，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場裝備器材、消防車輛性能參數(shù)和位置信息以及戰(zhàn)斗員生理體征、位置狀況的實時采集。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的滅火救援決策支持系統(tǒng)通過對大數(shù)據(jù)的綜合分析和挖掘，為指揮員滅火救援作戰(zhàn)指揮提供決策支持。

[1] 杜經(jīng)緯,李海濤,梁濤.國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀及展望[J].世界科技研究與發(fā)展,2013,35(3):408-416.

[2] 楊校權(quán).物聯(lián)網(wǎng)感知層無線通信系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[D].重慶: 重慶郵電大學(xué)，2012.

[3] 王麗麗.未來物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的軟件架構(gòu)研究[J].信息技術(shù),2015(8):110-112.

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

[5] 劉強, 崔莉, 陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計算機(jī)科學(xué), 2010,37(6):1-4.

[6] 裴建國, 張穎花,張翔.基于ZigBee技術(shù)的滅火救援現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究[J].武警學(xué)院學(xué)報,2015,31(4):37-40.