智能防災應急及應用實例研究

李忠 陳朝陽 薛子云 王志 李錦文

摘要：隨著大數據、物聯網、云計算等技術的發展和應用的普及，人工智能技術也迎來了快速發展的春天。在若干國家，人工智能技術已經上升到國家戰略，在國民經濟、國防安全、金融保險、防災減災、應急救援等領域得到廣泛應用。在介紹了人工智能發展現狀以及在防災減災和應急救援兩方面的應用后，以一個具體實例說明了人工智能技術在智慧消防中的應用。人工智能與行業結合是未來發展的必然趨勢。

關鍵詞：人工智能;防災減災;應急救援;智慧消防

中圖分類號：TU984.1? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2022）05-0001-03

災害的早期識別和風險評估是一項復雜而艱難的工作，有關理論和技術一直在發展中。近年來，互聯網、大數據、云計算等現代信息技術的快速發展，人工智能技術也進入了發展的快速通道，已經深入社會生活的各個領域，成為目前創新發展的標志性技術。因此，人工智能技術應用于防災減災救災領域是行業的迫切需求，也是很自然的事情。

1? 人工智能發展現狀

人工智能，被稱作“AI”，是英文Artificial Intelligence的縮寫，是指研究、開發用于模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新科學。它模仿人類智能并做出相應的反應，相關研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。

人工智能自誕生以來，理論和技術日益成熟，應用領域也不斷擴大，如在金融、軍事、經濟、防災救災等行業，人工智能都是應用研究的熱點領域，也研發出了若干智能產品，為人類生活質量提升、環境保護、人身安全等提供了更好的保障。學界普遍認為，第四次工業革命的關鍵節點是人工智能技術和大數據技術的大面積應用，21世紀科技競爭的核心，在于誰掌握超級智能的控制權。

自2013年以來，人工智能在很多國家上升到國家戰略層面。不同國家和組織根據自身需求，對人工智能的發展側重點也不一樣，如美國重點關注人工智能對科技、經濟等領域的作用和影響，歐盟則關注AI道德倫理、社會風險方面的發展趨勢，日本更注重人工智能對產業的作用等。中國則著力于人工智能產業化發展和社會治理智能化，如在2017年國務院就發布了《新一代人工智能發展規劃》，這可以說是我國在人工智能技術發展方面的“頂層設計”。根據“在人工智能要贏得全球科技競爭主動權的重要戰略抓手，要確保人工智能領域的理論研究走在前面，在關鍵的核心技術要占領制高點”的戰略目標，國家有關部門制定了相應的人工智能發展措施和步驟，一些研究機構陸續發布了《中國人工智能發展系列報告》《中國人工智能2.0發展戰略研究》等重要研究成果[1]。

人工智能可以對人的意識、思維等信息處理過程進行模擬，能夠像人那樣思考，也有可能超過人的智慧。但是，迄今為止，人工智能的發展水平仍處在“弱人工智能”的范疇，主要是以實現某個特定方面的智能化應用，如百度推出的智慧交通、阿里的城市大腦平臺、騰訊的智慧醫療影像和科大訊飛開發的智能語音平臺等。按照一些學者的觀點[2]，“強人工智能是指真正能思維的智能機器，且有知覺的和自我意識，但目前多見于科幻類影視作品”。

2? AI在防災與應急中的應用

人類的文明史，在很大程度上就是一部災難抗爭史。因此一些科學技術的發明創造首先被用于治理災害、監測災情、災后搶險、應急救援等工作中，人工智能技術也不例外。

2.1? 在防災減災中的應用

由于人工智能技術的應用普及，在各種自然災害的災前監測和災后救援中都可以見到人工智能的身影，如氣象災害的智能識別、洪澇災害的智能監測、火山噴發的智能影像捕捉和巖溶流動的動態視頻展示等，都是人工智能技術的一些具體應用。人工智能在這些具體領域的應用形成了一系列的智慧型信息系統，如與地震監測結合產生了智慧地震監測系統，與火山監測結合產生了智慧火山監測系統，與城市防洪系統結合形成了智慧防洪系統等。例如利用人工智能技術開發的“城市內澇監控云服務系統”，構建了一個由物聯網測控終端、云服務中心、客戶端以及通訊網絡四個部分組成的智能監測網絡，具有對城市內澇情況進行實時監測、數據分析、調度控制、信息推送等功能，滿足對城市內澇的監控、發布洪水消息、指揮決策服務等需要[3];防洪減災包括暴雨洪水預報、洪水監測、洪水計算、洪水情景推演、防洪工程調度、應急決策、災后管理等，涉及水利、氣象、地理、經濟、社會管理等多個學科和方向，這些災害的監控、預測等，都需要人工智能技術的支持。有學者采用非線性降維算法和動態聚類算法對北京市城區內澇進行預測，提取了北京城區歷史上的暴雨時空分布特征，通過BP神經網絡預測內澇;語音識別是近年來很火爆的一種智能技術，有人開發了智能語音識別的機器人，在防洪減災中進行了試驗，能夠快速地反饋防洪減災信息。中國地震科學試驗場采用人工智能技術開發了一個“智能地動系統—EarthX”，能夠同時處理川滇地區123個地震臺站的數據，具有自動檢測、自動拾取震相、自動定位地震的功能，提高了精度和預報效率，并將逐步取代以往的地震監測和發布手段，解放生產力[4]。

2.2? 在應急救援中的應用

基于人工智能技術開發的應急救援管理信息系統，能夠快速分析救援人員的結構，了解每個消防員所承擔的任務，以方便人員的調度與隊伍的優化;還能夠建立數據檔案，對發生的不同災難事故加以統計分析，形成應急救援的系統日志，這為后續的救援任務提供參考資料。

2.2.1? 地下被困人員救援

在地震災害或者礦井事故發生后，處在災區的人員很可能被埋于倒塌房屋或者礦井下的支護設施之間的縫隙里，這個時候蛇形機器人、遙測無人機等智能救援設備就派上用場了，可以運用先進的GPS導航系統、生物智能探測儀等裝備對被困人員進行精確定位。例如有人利用ipad、智能手機等終端通過快速無線通信系統，開發了地震災區現場調查和快速數據處理平臺，將搜救機器人信號接入系統，進行快速定位，及時救援[5]。在信息不通暢的地區，利用無人機在上空拍攝實時的災區景象，直觀地了解災區范圍內的道路情況、受災區域等，以便及時地為救災指揮人員做決策提供信息服務。無人機還可以通過一些危險地區，對災區的溫度、有害氣體濃度等環境因素進行探測分析，并及時搜索生還者，投遞食物、水等救生物資，為救援人員施救和生還者自救提供必要的幫助。

2.2.2? 智能火災救援系統

火災猛于虎！根據有關資料，全世界每年死于火災的人數有7萬人之多，造成直接經濟損失高達幾百億美元。在火災發生后，隨之產生的高溫、有毒煙霧會造成大量人員死亡，因此對火患時間的精確分析、事前精確監測和預報至關重要，及時地將隱患消滅在萌芽狀態。但火災原因復雜，對于火災現場的情況分析具有一定的難度，這時人工智能技術就可以為火災模擬、溯源、仿真等提供幫助。實際上，在2017年原公安部消防總局就提出了智慧消防建設計劃，利用先進的物聯網技術、人工智能、大數據、云計算、移動互聯等技術，構建覆蓋全國的智慧消防物聯網系統。救援指揮部可以根據人工智能偵查檢測到的信息，迅速對災情做出判斷，如派出救援機器人第一時間進入災區，代替救援人員進行滅火、排煙等工作，對受災人員進行救助，大大減少救援人員的自身傷亡[6]。

3? 應用實例——智慧消防

智慧消防是利用物聯網、人工智能、虛擬現實、移動互聯網+等最新技術，配合大數據云計算平臺、火警智能研判等專業應用，實現城市消防的智能化，智慧消防可以說是智慧城市中消防智能化模塊。智慧消防系統是將GPS（全球衛星定位系統）、GIS（地理信息系統）、GSM（無線移動通信系統和計算機、網絡等現代高新技術）集于一體的智能消防無線報警網絡服務系統，成功地解決了電信、建筑、供電、交通等公共設施建設協調發展的問題，改變了過去傳統、落后和被動地報警、接警、處警模式，實現了報警自動化、接警智能化、處警預案化、管理網絡化、服務專業化、科技現代化，大大減少了中間環節，極大地提高了出警速度，真正做到了方便、快捷、安全、可靠，使人民生命、財產的安全以及消防員的生命安全得到了最大限度地保護。

3.1? 智慧消防體系結構

智慧消防由四層組成，包括感知層、傳輸層、應用層和管理層，如圖1所示。

感知層主要是物聯網采集系統，包括各種消防設施數據采集、環境參數采集、視頻采集等，主要是硬件采集器的集成，如RFID、無線傳感、多信息融合、一維/二維識別碼、移動通訊終端等;傳輸層包括各類有線或者無線傳輸網絡、通信協議、安全認證等，是數據采集上傳的安全通道;應用層包含相關的支撐技術、數據庫系統、大數據存儲系統、云計算平臺、數據服務系統等;管理層主要是系統參數設置、用戶配置、安全和權限設定等功能。

3.2? 服務軟件開發

軟件是信息服務系統的靈魂。在智慧消防系統中，軟件部分同樣占據重要的位置。按照智慧消防建設“大數據、一張圖的實戰指揮平臺，高層住宅智能消防預警系統，數字化預案編制和管理應用平臺，社會消防安全管理系統”的思路，設計了23個軟件子系統：高層火災智能逃生預警系統、智能消防水源管理系統（含附近水源）、消防泵智能監控系統、消防電源智能監控系統、電氣火災智能監控系統、防排煙智能監控系統、消防設施及器材智能遠程監控系統、消防控制室智能監控系統、智能消防分隔設施管理系統（含防火門、防火通道）、智能應急疏散指示和應急照明管理系統消防電梯智能監控系統、智能消防可視化管理系統（含聯動模塊）、消防廣播智能管理子系統（含消防對講模塊）、智能消防PGIS管理系統、消防智能大屏指揮系統（展示）、智能消防巡更巡查系統、家庭廚房智能安全管理系統（可燃氣體監測）、移動App智能消防交互子系統、用戶登錄日志管理子系統、智慧消防數據管理與分析子系統、后臺管理與CA系統、消防設備設施制造商管理系統、智慧用電管理子系統等。這些軟件系統的運行，基本保證了消防業務的智能化。

4? 結語

人工智能技術的發展方興未艾，將在防災減災救災和應急管理等領域提供越來越多的智能化支持。在災害監測、預警、預報、救援決策與指揮、車輛調度、人員配置、路徑優化等方面發揮重要作用，為人類生命財產安全提供有力保障。

參考文獻：

[1]中國人工智能2.0發展戰略研究項目組. 中國人工智能2.0發展戰略研究[M].杭州：浙江大學出版社，2019.

[2]朱曉鑫，張廣海，孫佰清，等.人工智能時代我國政府開放應急管理數據的應用研究[J]. 圖書館理論與實踐，2019（6）：7.

[3]張夢.基于神經網絡的城市內澇點降雨積水預測研究[D].廣州：華南理工大學，2019.

[4]周連慶，趙翠萍，張捷，等.中國地震科學實驗場人工智能實時地震監測分析系統的應用與展望[J].地震，2021，41（3）：1-21.

[5]張濤，薄濤.現場震害信息電子化收集和快速處理平臺的建立[J].自然災害學報，2016.25（1）：110-119.

[6]張友利.人工智能在救援工作中的應用[J].今日消防，2021，6（1）：15-16.

Intelligent disaster prevention & emergency and an application examples

Li Zhong， Chen Zhaoyang， Xue Ziyun， Wang Zhi， Li Jinwen

（School of emergency management， Institue of disaster prevention， Langfang 065201）

Abstract：With the development and popularization of big data， internet of things， cloud computing and other technologies， the artificial intelligence technology has also ushered in the spring of rapid development. In several countries， the artificial intelligence technology has risen to the national strategy and has been widely used in the fields of national economy， national defense and security， finance and insurance， disaster prevention and mitigation， emergency rescue and so on. After introducing the development status of artificial intelligence and its application in disaster prevention and reduction and emergency rescue， this paper illustrates the application of artificial intelligence technology in intelligent fire protection as a specific example. The combination of artificial intelligence and industry is the inevitable trend of future development.

Keywords：artificial intelligence; disaster prevention and mitigation; emergency rescue; intelligent fire fighting