【智慧消防】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧消防中的應用研究

【智慧消防】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧消防中的應用研究

胡劍飛;丁寧

一、背景

根據應急管理部消防救援局網(wǎng)站統計數據，近十年全國消防部門(mén)總接報火災228.2萬(wàn)起，火災造成死亡人數超過(guò)1.5萬(wàn)人。伴隨著(zhù)城市建設的快速發(fā)展，城市消防安全風(fēng)險的不斷上升，城市高層、超高層建筑和大型建筑日益增多，建筑消防安全問(wèn)題越來(lái)越突出。消防工作面臨著(zhù)前所未有的挑戰，傳統工作方式與新形勢、新任務(wù)不相適應的矛盾日益凸顯。

近年來(lái)，隨著(zhù)信息技術(shù)飛速發(fā)展，現代城市的信息化水平有了很大提高，逐步形成了“智慧城市”的建設理念。城市消防安全作為城市建設的重要一環(huán)，逐步形成“智慧城市”相匹配的“智慧消防”。智慧消防已成為大勢所趨。

二、智慧消防

近年來(lái)，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算、人工智能等一系列科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，火災科學(xué)、消防技術(shù)與消防軟科學(xué)等領(lǐng)域作為消防科學(xué)技術(shù)研究的主要方向。智慧消防行業(yè)逐漸向多級啟動(dòng)、智能化、滅火提效、特殊領(lǐng)域應用等方向發(fā)展。具體來(lái)說(shuō)，智慧消防就是利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現實(shí)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+等最新技術(shù)，配合大數據云計算平臺、火警智能研判等專(zhuān)業(yè)應用，實(shí)現城市的消防的智能化，是智慧城市消防信息服務(wù)的數字化基礎，也是智慧城市智慧感知、互聯(lián)互通、智慧化應用架構的重要組成部分。

2017年10月10日，公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設的指導意見(jiàn)》，意見(jiàn)中提出建設“智慧消防”的重點(diǎn)任務(wù)和明確工作目標。根據該指導意見(jiàn)，對智慧消防提出了五大重點(diǎn)任務(wù)：

（1）建設城市物聯(lián)網(wǎng)消防遠程監控系統；

（2）建設基于“大數據”“一張圖”的實(shí)戰指揮平臺；

（3）建設高層住宅智能消防預警系統；

（4）建設數字化預案編制和管理應用平臺；

（5）建設“智慧”社會(huì )消防安全管理系統；

消防物聯(lián)網(wǎng)的構建作為五大重點(diǎn)任務(wù)之一，對于相關(guān)消防信息的獲取至關(guān)重要。也是其他重點(diǎn)任務(wù)完成的基礎。

三、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)介紹及對比

國際電信聯(lián)盟( ITU) 發(fā)布的ITU 互聯(lián)網(wǎng)報告，對物聯(lián)網(wǎng)做了如下定義：通過(guò)二維碼識讀設備、射頻識別(RFID) 裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。

物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)很多，主要可以分為兩大類(lèi)：

（1）短距離通信技術(shù)：ZIGBEE、WIFI、藍牙、Z－WAVE等；

（2）廣域網(wǎng)通信技術(shù)：LPWAN，低功耗廣域網(wǎng)。

其中低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN，LOW POWER WIDE AREA NETWORK）技術(shù)是一種革命性的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)接入新技術(shù)，與WI-FI、藍牙、ZIGBEE等現有成熟商用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)相比，具有遠距離、低功耗、低成本、覆蓋容量大等優(yōu)點(diǎn)，適合于在長(cháng)距離發(fā)送小數據量且使用電池供電方式的物聯(lián)網(wǎng)終端設備。

由于消防設施分布的區域比較廣，業(yè)務(wù)主要適用于廣域網(wǎng)技術(shù)。因此本文重點(diǎn)針對LPWAN，即廣域網(wǎng)通信技術(shù)進(jìn)行對比說(shuō)明。

3.1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對比

目前面向物聯(lián)網(wǎng)的LPWAN（低功耗廣域技術(shù)）技術(shù)可以分為兩類(lèi)：一是授權頻段的廣域網(wǎng)技術(shù)，以3GPP定義的NB-IOT、LTE演進(jìn)技術(shù)eMTC等為代表；另一類(lèi)是非授權頻段的廣域網(wǎng)技術(shù)，包括LoRa、Sigfox等技術(shù)，不同類(lèi)別的LPWAN技術(shù)的主導方、部署方式、服務(wù)模式均存在差異。

（1）NB-IOT ：2017年6月16日，NB-IoT技術(shù)協(xié)議獲得了3GPP 無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)(RAN)技術(shù)規范組會(huì )議通過(guò)。同年，工信部發(fā)公告稱(chēng)，在已分配的GSM或FDD方式的IMT系統頻段上，電信運營(yíng)商可根據需要選擇帶內工作模式、保護帶工作模式、獨立工作模式部署NB-IoT系統。頻率使用有效期與相應頻段的公眾移動(dòng)通信系統頻率有效期一致。即該技術(shù)需要應用在運營(yíng)商已有頻段上。

（2）eMTC：基于LTE協(xié)議演進(jìn)而來(lái)。使用授權頻段，較NB-IOT來(lái)說(shuō)，更適應于滿(mǎn)足中等速率業(yè)務(wù)。

（3）LoRa：由Semtech公司研發(fā)的低功耗廣域網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。使用非授權頻段，主要包括433 MHz、868 MHz、915 MHz等。

（4）Sigfox：Sigfox成立于2009年，主要用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)。使用非授權頻段，法國Sigfox公司對其技術(shù)進(jìn)行嚴格控制，相對封閉，生態(tài)系統構建相對緩慢。

表3.1  各種制式的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)對比

3.2、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)定位對比

各種制式的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定位對比如下表所示：

表3.2  各種制式的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定位對比

四、物聯(lián)網(wǎng)在智慧消防中的應用

消防物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)信息傳感與通訊等技術(shù)，采用“感、傳、知、用”等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，綜合利用 RFID、無(wú)線(xiàn)傳感、云計算、大數據等技術(shù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)、專(zhuān)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò )，對消防設施、器材、人員等狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位與跟蹤，實(shí)現實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、互動(dòng)、融合的消防信息采集、傳遞和處理，通過(guò)信息處理、數據挖掘和態(tài)勢分析。將消防設施通過(guò)社會(huì )化消防監督管理和公安機關(guān)消防機構滅火救援涉及的各位要素所需的消防信息鏈接起來(lái)，實(shí)現實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、互動(dòng)、融合的消防信息采集，傳遞和處理。為政府及相關(guān)機構提供必要和可靠的信息，為消防部門(mén)提供高價(jià)值安全管理解決方案，利用消防物聯(lián)網(wǎng)為消防關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程服務(wù)，利用大數據智慧輔助消防決策，提升城市消防安全水平。從而全面促進(jìn)與提高社會(huì )消防監督與管理水平，顯著(zhù)增強公安機關(guān)消防機構滅火救援的指揮、調度、決策和處置能力。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構建火災自動(dòng)報警系統、電氣火災監控系統、消防水源監控系統、消防設施監控系統、消防通道監控系統、九小場(chǎng)所監控系統等。通過(guò)這些系統完成（1）自動(dòng)信息采集匯總：重點(diǎn)目標檢測設備、消防設施自動(dòng)檢測、移動(dòng)信息采集；（2）分級分類(lèi)遠程監督檢查；（3）滅火救援信息支撐。

由于多數業(yè)務(wù)屬于小流量，大連接的業(yè)務(wù)，同時(shí)考慮安全性、可靠性以及穩定性，目前通過(guò)租用運營(yíng)商NB-IOT網(wǎng)絡(luò )或自建LoRa網(wǎng)絡(luò )來(lái)構建消防物聯(lián)網(wǎng)成為可選途經(jīng)。

五、小結

智慧消防是城市消防建設的必然趨勢，智慧消防物聯(lián)網(wǎng)的建設順應智慧城市的建設潮流，是智慧城市和消防信息化建設的重要內容。本文通過(guò)對LPWAN（低功耗廣域技術(shù)）各種制式技術(shù)的對比，以及對智慧消防應用的業(yè)務(wù)類(lèi)型分析，提出相應的網(wǎng)絡(luò )選擇策略，為加快推進(jìn)智慧消防提供有益的思路。