基于物聯網的消防滅火救援戰斗力量調度指揮研究

李 增，王子碩，張麗敏

(武警學院 a.消防指揮系； b.研究生隊，河北 廊坊 065000)

0 引言

對于滅火及應急救援來說，“調度指揮”貫穿整個行動的始終，是滅火及應急救援的核心和靈魂，調度指揮的高效和準確與否，直接決定了整個戰斗行動的成敗。如今，災情呈現多元化趨勢，單單以指揮員的經驗和膽識來進行復雜的調度指揮頗有難度，而基于物聯網條件下的調度指揮是物聯網最新的理念在消防領域的實際應用與具體體現。這將大大提高指揮員決策的準確性和迅速性，并能一定程度上保障救援人員生命安全。

1 物聯網條件下的消防調度指揮整體架構

根據滅火救援指揮調度的實際與需求，整個消防力量指揮調度可分為三個模塊:指揮中心模塊，指揮員操作終端模塊，參戰模塊。參戰模塊可分為三部分:車輛調度指揮、人員調度指揮及戰勤調度指揮，利用物聯網技術中的RFID、GPS及GIS技術對人員車輛裝備進行實時監測。指揮中心主要實現器材裝備實時管理、消防員信息監測、車輛動態實時管理、戰勤保障調度指揮四項功能。能夠將參戰模塊信息通過平臺運算研判，把有效輔助決策信息提供給指揮員，指揮員依此為依據作出決策并通過指揮中心各相應平臺，將作戰任務下達至各戰斗力量，整體架構如圖1所示。

圖1 物聯網條件下的消防調度指揮整體架構圖

2 物聯網條件下的消防調度指揮的關鍵技術

2.1 感知層技術

感知層作為調度指揮的各種基礎類信息來源，其主要實現感知功能。包括識別滅火救援人員、消防車輛、裝備器材的狀態信息。具體功能是對對象分布狀態、位置、數量、行為、環境狀況和物質屬性等動態或靜態的信息進行大規模、分布式的獲取及狀況辨識。感知層技術主要涵蓋電子標簽技術和傳感器技術[1]。RFID通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據。目前，正在研究將天線集成在標簽芯片上，無需外部器件即可工作，可使標簽體積減小，降低成本；傳感器是一種檢測裝置，能探測到目標信息，并按一定的規律轉變成電信號傳送出去，以滿足信息的傳輸、處理、儲存、顯示、記錄和控制的等方面要求。

2.2 網絡層技術

網絡層的主要任務是將感知層所采集到的信息，通過各種網絡技術進行傳輸[2]。調度指揮物聯網需要具備集成有線和無線網絡技術，可實現透明無縫銜接及實現自我配置和有層次的組網結構。相關技術主要有4G通信技術、IPv6技術[3]。

2.3 處理層技術

處理層是整個核心“智慧”的來源，其功能主要是完成信息的表達與處理，最終達到語義互操作和信息共享的目的。處理層技術主要有大數據處理和云計算技術。大數據技術涵蓋批處理、流處理和交互分析三種計算模式：離線批處理(Batch Processing)技術以MapReduce和Hadoop系統為代表；實時流處理(Stream Processing)技術以雅虎的S4系統和Twitter的Storm系統為代表；交互式分析(Internet Analysis)技術以谷歌的Dremel系統為代表；云計算的具體應用模式主要有軟件即服務(Software as Service,SaaS)、平臺即服務(Platform as a Service,PaaS)和基礎設施即服務(Infrastructure as a Service,IaaS)[4]。

3 消防力量調度指揮中物聯網技術的實踐應用

網絡建設是物聯網條件下消防調度指揮的關鍵，由于3G/4G公網覆蓋范圍非常廣泛,包括建筑物內部、地下空間、隧道等場所都能實現信號的覆蓋,而且帶寬大,利用3G/4G公網實現信息傳輸能夠滿足現場信息測量傳輸的需求,通信網絡結構如圖2所示[5]。

圖2 通信網絡結構圖

3.1 車輛調度指揮

當前消防車輛調度指揮已實現利用GPS和GIS技術對車輛進行動態管理，在指揮中心的電子地圖上顯示出行車路線和消防車輛位置信息。指揮中心聯絡員再根據實際情況，利用無線通信設備，實時對參戰車輛進行調度指揮和行車路線調整[6]。基于物聯網條件下的車輛調度指揮能夠很好地解決獲取信息難和不準確的問題，目前有以下具體應用：

3.1.1 警情提示及現場共享。手機APP實時聯網，由指揮中心服務器同步警情，并對各級指戰員下發警情信息，并提示轄區中隊出警。通訊員通過車載終端手機可以對轄區內火情通過視頻和文字實時速報，其他人員可以通過推送消息了解現場警情。

3.1.2 建立車輛現場采集終端與指揮中心通信通道，通過綜合分析判別，分析匹配最合適的可調度的車輛，并能將車輛在事故現場的戰斗?？课恢妙A先準確顯示在車載終端，能夠確保戰斗車輛第一時間介入現場。

3.1.3 不確定因素下智能規劃行車路徑。能夠將交警、治安管理監控攝像頭所采集的信息添加至物聯網，并將有效視頻信息自動識別數字化，實時計算分析，規劃出最短路徑傳送至接警車輛。

3.1.4 水源查找。指揮員可以通過車載手機對周邊水源進行查找，可以詳細獲取水源位置信息，維護保養記錄，當已有消防車輛占用水源時，該消防水源不再在其他車載終端上顯示，提高了車輛供水速率。

3.1.5 車輛工作狀態實時反饋。通過消防車輛總線系統或在重點部位設置傳感器對消防車輛發動機、水泵、水(泡沫)箱、電瓶、胎壓以及車載器材等關鍵參數進行采集。將這些信息通過雙向信息交互通道回傳至指揮中心。實現對消防車輛工況的準確顯示。

3.1.6 裝備器材管理。通過手機APP對車載器材二維碼進行掃描可顯示器材裝備的性能參數、操作使用說明、維護保養記錄及在車輛器材箱的放置位置。

3.1.7 能夠實時獲取車載滅火劑量與使用時間等參數，并將這些參數回傳至指揮中心，通過數據庫已存在的海量數據，對現有數據進行挖掘及研判分析，對火場滅火劑需求態勢進行預判。

3.1.8 當確定要進行滅火劑調運保障劑量后，能夠自動向符合條件的物聯網存儲中心發出調運指令及調運方案，并在整個調運過程中實現實時動態監控。同時，將位置狀態信息回傳至指揮中心，通過模型計算，使災害現場及時調整供給強度及戰術，防止出現火場滅火劑間斷的情況。

3.2 人員調度指揮

參戰人員是整個滅火救援行動中的核心因素，是各項工作的主體。然而，一般在救援現場指揮員很難掌握救援人員的實時位置，只能通過無線對講機或公共通信設備間接獲得救援人員的位置信息。這一方面不利于科學高效的組織指揮，同時，也不利于救援人員的安全保障。在滅火救援過程中，指揮員只有對各小組消防員的位置分布、進攻路線的選擇、供水線路鋪設以及水槍(炮)陣地的設置等信息了如指掌，才能做出明智的決策?；谖锫摼W條件下的人員調度指揮目前有以下具體應用：

3.2.1 生命體征監測系統。實時獲取各級指戰員基本信息，此類基本信息包括，各級指戰員姓名年齡信息、各項生命體征(體溫、血壓及心跳等)、空氣呼吸器工作狀態(余氣量等)。能夠對于偏離正常指標的參數進行計算，達到報警值后，向監控人員發出危險警告，并對危險類型加以判斷。生命體征信息采集端由消防員隨身攜帶佩戴于胸前，采集各項生理指標。此外，對一定時長坐標位置不發生改變的救援人員進行標記，并向指揮員發出預警，防止救援人員由于受傷昏迷而發生危險。系統結構如3所示[7]。

3.2.2 室內定位系統。室內定位技術主要有紅外線室內定位技術、藍牙室內定位技術、ZigBee室內定位技術、超聲波定位技術、UWB定位技術等[8]。實

圖3 消防員生命體征傳感監控系統結構圖

現人員定位功能，在濃煙中，指揮員可通過終端了解救援人員的朝向信息，結合建筑物結構，可通過方向指令指引救援人員安全返回。多數以地磁結構模型為應用基礎，并結合人體運動學模型為輔助判據來定位追蹤，無須考慮信道傳輸模型，也無需考慮高精度的時鐘同步問題，目前正在普及階段。

3.2.3 陣地位置實時獲取。第一到達的指揮員，對于陣地的掌握應是了如指掌，但當現場火勢發生擴大蔓延時，一方面能夠更加直觀顯示出當前陣地對于火情的相對位置，能夠迅速合理的重新部署；另一方面當現場指揮權發生轉變，高一級的指揮員能夠直觀獲取初戰指揮的部署情況，交接速度將大大提高。

4 物聯網條件下消防調度指揮的建設

4.1 整合資源，信息獲取多樣化

4.1.1 充分建設發展消防遠程監控系統。綜合利用RFID、無線傳感、云計算、大數據等技術，依托有線、無線、移動通信等現代互聯網通信手段，整合各數據中心，擴大監控系統聯網用戶數量，完善系統報警聯動功能，為消防初戰指揮決策提供數據支撐。要實現從高層到地下“險情監控全覆蓋，結構水源全知曉”，尤其加強對建筑密集、人流量大、救援力量難以到達的重點區域進行聯網監察。廣泛應用圖像識別技術對火光及燃燒煙霧進行檢測報警，并由數據中心進行研判分析。以近幾年火災數量居高不下的電氣火災來說，應大力建設電氣火災數據監控系統，實時掌握線纜溫度及工況，對線路、電器經常維修、損壞的重點單位、重點區域備案統計，并做好多種數字化預案。

4.1.2 充分建設發展救援力量實時監控系統。要加強對消防車輛、指戰員、滅火救援裝備及聯動力量的信息精確獲取，優化基礎信息采集維護手段，實現轄區消防隊站、多種形式消防隊伍、裝備器材、保障物資，歷史記錄，訓練成績等信息展示。以歷史數據為參考，構建數學配給模型，為科學指揮和力量調度提供準確信息參考。

4.1.3 充分建設發展數據資源整合分析平臺。信息收集多樣化帶來的必然結果就是數據的冗雜，且災情的不確定性因素較大，單單憑一種或幾種數據類型難以對現場災情作出評判。為此，要對海量數據進行篩選、聚類后進行研判。加強對化工品生產運輸全流程數據收集，協同各職能監管部門上傳相關數據，實現一體化管理。

4.2 統一技術標準，指揮體系扁平化

4.2.1 各地域，各類型的滅火救援站、隊伍數據互聯互通。當前，部分試點消防隊伍將物聯網技術融入消防領域，效果顯著，逐漸成熟，但涉及的相關技術標準不盡相同，這對全國范圍內物聯網的繼續推廣普及有一定制約，也對未來跨區域消防力量調度指揮有一定阻礙?！懊^過河”的探索階段已經過去，應加強統一技術標準，搭建各消防隊伍信息、裝備互聯互通橋梁，為物聯網技術實現跨區域調度指揮打下基礎。

4.2.2 部消防局平臺突出全國信息資源共享查詢分析、國家級應急聯動指揮、宏觀態勢研判和跨省指揮調度；總隊平臺發揮承上啟下作用，突出對屬地災情處置和作戰指揮的精確管控；支隊平臺在拓展現有消防接處警系統功能的基礎上，建設個性化研判分析工具和輔助指揮應用，突出各類信息收集、上報、精細化指揮和全過程科學戰評。

4.3 優勢互補，形成合力

首先，要依托現有政策，加大力度建設微型消防站、衛星消防站等社會救援力量，對其車輛、人員、裝備信息數據聯網共享。將社會救援力量接入物聯網能夠彌補城市遠程消防監控的不足，避免由于傳感器故障、漏報造成的火情擴大。其次，要將物聯網技術應用到協同滅火救援中，災害現場情況復雜，除了依托嚴謹的指揮體系，還應借助于指揮工具，為此亟須搭建一體化指揮平臺，實現全部救援力量“一張圖”，提高指揮效率，減少冗余環節。

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