基于本體技術在消防安全綜合評價系統中的研究

任美麗，田宇

基于本體技術在消防安全綜合評價系統中的研究

任美麗1，田宇2

（1.山西財經大學網絡與信息教育技術中心，山西 太原 030006；2.山西省太原市消防支隊，山西 太原 030001）

隨著社會的發展，消防安全也逐漸成為人們討論的熱點，這就需要建立一種實時有效的監測系統。消防安全系統以本體技術為基礎的，在此基礎上，通過SQL語句的查詢和層次分析得到各消防設備的狀態，之后應用推理規則以及結合專家打分制度，判斷各消防安全狀況的綜合評價等級以及應對的措施，向消防人員提供必要的實時參考信息。

消防安全監測；本體技術；消防安全綜合評價系統；層次分析

隨著信息化建設的推進，消防安全監測系統也不斷更新。參閱《中國消防年鑒》，2018年全年共接火災報警23.7萬起，死亡人數1 407人，受傷人數798人，直接損失財產36.75億萬元。由此可見，消防安全在日常生活中的重要性，然而，傳統的消防安全系統存在一定的缺陷，導致一些消防信息無法及時傳送，錯失最佳施救時間，損失巨大。因此，本文通過類比本體技術在水質檢測、物流預警等領域上的應用[1]，將該技術應用在消防監測系統上，提出一種基于本體技術構建消防本體領域，通過建立本體域，獲取各消防設備之間的相關聯的信息狀態，判斷各消防設備的安全性以及所采取的策略。

1 基于本體技術的建模

本文在消防預警背景下，利用本體技術將消防信息知識進行共享。通過參閱相關文獻[2]，本文采用七步法構建消防本體模型。

1.1 確定本體領域

本體領域就是研究對象，明確所要研究的目的、需要解決的問題。本文主要通過建立本體域將各消防設備的信息進行收集共享，從而實現對消防設備的實時監控，以及對不同預警采取合理的措施。

1.2 現有本體的復用情況

本文主要利用物流預警系統的本體模型，對其模型的框架進行重新構造，創造消防本體模型。

1.3 羅列關鍵術語

本文中所涉及到的關鍵術語主要有水壓系統、流量監測、感煙、感溫、滅火器、消防栓、巡檢記錄、維護記錄等。

1.4 定義本體類

根據實際情況，本文主要建立消防本體的三大類：參數類、評價類和措施類。其中參數類包含的信息有設備信息、節點信息、設備維護信息、報警量、壓力量等；評價類包含有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五種消防安全等級；措施類主要是根據不同的安全等級采取不同措施，在本體評價方法中創建。

1.5 定義類的屬性

屬性包括表示類本身特征的數值屬性以及類之間相互關系的對象屬性。本文通過類中的對象屬性將消防本體模型中的相關參數進行關聯。

1.6 約束屬性

利用對象屬性說明類與類之間、個體與個體之間的關系，其中定義域和值域能夠限制對象屬性的范圍。

1.7 創建消防實例

建立好消防本體類之后，通過實例化，將實際消防設備的情況賦予定義的消防本體類中。

通過對比分析構建本體的特征，本文選擇操作簡單、界面優化的Protege軟件[3]搭建消防本體模型。

2 消防本體分析的研究與實現

2.1 基于Jena API的消防本體解析

本文主要利用Jena API對消防本體域進行解析和規則推理，其中com.hp.hp1.jena.ontology包讀取和解析本體模型，利用com.hp.hp1.jena.reasoner包實現基于Jena的規則推理。其具體的解析流程如圖1所示。

圖1 Jena本體解析流程圖

2.2 基于本體領域的消防安全綜合評價

本文主要利用SQL語言查詢RDF模型中的數據，在消防本體技術的基礎上，利用層次分析法得到消防設備的消防安全綜合評價[4]。首先，建立了符合該本體域的層次模型，如圖2所示。

其次，利用Santy的標度方法，構建一個用來比較相應層次中的所有指標的判斷矩陣，如表1所示。

圖2 多層次結構模型圖

表1 判斷矩陣元素標度方法

標度含義 1表示兩個指標同等重要 3表示兩個指標稍有差別 5表示兩個指標存在明顯的差別 7表示兩個指標存在強烈的差別 倒數指標m與n比較是amn，則指標n與m比較的判斷anm=1/amn

通過上述方案建立了與本文相關的一級指標的判斷矩陣：

使用同樣的方法計算二級指標的判斷矩陣是否滿足一致性。其中令1，2，3分別表示各二級指標的相關判斷矩陣，計算得到相應的二級指標的權重向量1，2，3：

1=（0.25，0.75）T，2=（0.375，0.625）T，

3=（0.246 4，0.318 2，0.435 4）T

為了檢驗二級指標的一致性對整體消防設備的影響，用ij表示指標的偏離程度，ij=i×j，其中i為一級指標的偏離程度，j為二級指標的偏離程度。通過計算可以進一步得到最底層指標對消防設備的整體影響。參閱相關文獻以及結合各級指標的狀態根據專家評分，給出相應狀態下的評分作為最終消防設備安全等級，其打分情況如表2所示。

表2 消防安全影響指標打分表

一級指標二級指標指標狀態評分值 水壓系統噴淋系統水壓節點正常0 其中有一個水壓節點異常1 2個或以上水壓節點異常3 雨淋系統水壓節點正常0 其中有一個水壓節點異常1 2個或以上水壓節點異常3 維護設備設備巡檢巡檢結果正常0 巡檢結果有1個異常2 巡檢結果有2個或以上異常4 設備維護維護結果正常0 維護結果有1個異常2 維護結果有2個或以上異常4 報警設備感煙探測器探測器均正常0 感煙探測器異常6 感溫探測器探測器均正常0 感溫探測器異常6 手動報警按鈕報警按鈕均正常0 手動報警按鈕異常8

結合實際情況與本文研究的消防本體域，規定消防設備的綜合安全等級有如下集中可能：當＜2為I級報警，屬于正常范圍內的報警；2≤＜4為Ⅱ級報警，屬于中度風險；4≤＜7為Ⅲ級報警，屬于較高風險；7≤＜9為Ⅳ級報警，屬于較高風險；≥9為Ⅴ級報警，屬于最高級風險，需要求助于消防人員。

由于不同的消防安全風險等級需要不同的措施，因此，本文中結合專家判斷以及層次分析的實際情況推理描述了各種狀態下的有效措施，如表3所示。根據以上措施規則，本文采取的數據來源于目前各建筑物群之間的消防設備，通過仿真模擬實驗，經計算，標度在正常的范圍，即＜0.05，滿足一致性要求。同時，計算出所有指標的安全級別并結合措施規則得到相應所采取的措施。

3 總結

本文通過利用本體模型構建消防領域的本體，同時結合SQL對數據庫的查詢和層次分析法得到消防設備的綜合評價以及結合專家打分制度確定最終的綜合評價等級以及相應的措施。此項研究在實際應用中可以有效幫助消防人員采取合適的措施，為了進一步加強準確性，在未來的研究中可以利用模糊理論進行打分，建立更有效的消防安全機制。

表3 推理措施規則

規則編號安全條件采取措施 Rule1Ⅰ級報警定期排查 Rule2Ⅱ級報警檢查各消防系統是否安全 Rule3Ⅲ級報警 && 過期設備 && 其他均正常重新對消防設備巡檢，確定過期設備，并進行更換 Rule4Ⅲ級報警 && 巡檢設備失敗 && 其他均正常定期對設備重新維護 Rule5Ⅲ級報警 && 巡檢設備過期 && 設備維護失敗確定過期設備并更換；定期對設備重新維護 Rule6Ⅲ級報警 && 巡檢設備過期 && 設備維護失敗&&水壓系統中有節點異常確定過期設備并更換；定期對設備重新維護；檢查相應的水壓系統 Rule7Ⅳ級報警檢查所有的消防設備，進行排除確定出現高風險的消防設備 Rule8Ⅴ級報警檢查所有的消防設備，并對出現的警報進行監督，必要時求救于城市消防

［1］田逢時.農村消防安全評價指標體系探討［J］.消防科學與技術，2011（5）：455-458.

［2］張文秀，朱慶華.領域本體的構建方法研究［J］.圖書與情報，2011（1）：16-19.

［3］盧嵐，劉正.本體編輯器研究與實現初探［J］.軟件，2014（7）：149-155.

［4］李強，張源.基于模糊層次分析法的高層建筑火災風險評估［J］.武警學院學報，2010（2）：34-36.

［5］李壯闊，李寧.基于粒子群算法的模糊層次分析法及其應用［C］//第二十九屆中國控制會議，2010.

［6］畢少穎，王志剛，張銀花.消防安全評估方案的分析［J］.消防科學與技術，2015（1）：15-17.

TP391

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.16.018

2095－6835（2019）16－0044－03

任美麗（1988—），女，研究方向為計算機應用技術。

〔編輯：嚴麗琴〕