基于FTA-IOT的高校校園安全系統(tǒng)性分析

朱 瑾 欒 奕 楊涵伊 龍騰騰

（西南林業(yè)大學(xué) 消防學(xué)院，云南 昆明 650024）

0 引言

高校作為人群高度集中的場(chǎng)合，一旦發(fā)生危機(jī)事件，極易造成連帶性的傷害。近年來(lái)，高校校園安全事故時(shí)有發(fā)生，其中住宿、交通、飲食這3方面發(fā)生事故頻次最多、影響最大：2008年11月14日，上海商學(xué)院宿舍樓602室由于違規(guī)使用熱得快發(fā)生火災(zāi)，4名女生從6樓跳下當(dāng)場(chǎng)身亡。2015年9月18日，山東建筑大學(xué)一輛轎車在操場(chǎng)玩漂移時(shí)撞上一名女生，導(dǎo)致該女生左腿截肢。2015年27起食物中毒事件發(fā)生在學(xué)校集體食堂，中毒1605人[1]。

目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)高校校園安全的分析大多停留在不安全現(xiàn)狀描述上，如周立新指出高校校園安全存在的主要問題是食物中毒現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生、學(xué)生宿舍存在較大火災(zāi)隱患、校園交通存在較大安全隱患等[2]。也有研究者如劉立功等采用層次分析法得出復(fù)雜校園周邊環(huán)境、規(guī)章制度、安全教育、自我保護(hù)意識(shí)等是影響高校安全的主要因素[3]。但他們都未探究影響校園安全的深層原因，也缺乏從危險(xiǎn)因素是如何相互作用而導(dǎo)致事故發(fā)生方面的討論。本文采用事故樹分析法對(duì)高校校園安全進(jìn)行分析，可以深入地揭示事故發(fā)生的潛在原因[4]，并體現(xiàn)各原因?qū)κ鹿实挠绊懗潭取１疚倪€提出物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)安全校園思想，以往的高校安全事故樹分析提出的改進(jìn)措施大多基于傳統(tǒng)安全管理方式，已經(jīng)不能滿足越來(lái)越“智能化”的校園[5-6]。因此本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控等功能提出科技、高效的安全管理對(duì)策。

1 研究方法

1.1 事故樹分析

事故樹就是從結(jié)果到原因描述事件發(fā)生的有向邏輯樹，對(duì)這種樹進(jìn)行演繹分析，尋找防止結(jié)果發(fā)生對(duì)策的方法就是事故樹分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）。通過對(duì)事故樹的定性分析，可為確定安全對(duì)策提供依據(jù)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）主要是通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、氣體感應(yīng)器等傳感設(shè)備，按照約定協(xié)議，將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連，進(jìn)行信息交換實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控等的一種網(wǎng)絡(luò)[7]。物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層指對(duì)外物的感知，主要實(shí)現(xiàn)物體的信息采集、捕獲和識(shí)別。網(wǎng)絡(luò)層把感知到的信息無(wú)障礙、安全可靠地傳送，實(shí)現(xiàn)物與物的相通。應(yīng)用層與行業(yè)需求相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的各種智能應(yīng)用[8]。

2 結(jié)果與分析

通過對(duì)近年來(lái)高校安全事故的總結(jié)[9-17]，住宿、交通、飲食三方面發(fā)生事故頻次最多、造成影響最大，因此本文主要從這三方面展開分析。選取宏觀的高校住宿安全、高校交通安全、高校飲食安全作為事故樹的頂事件，不特指某一類型的事故。

2.1 住宿安全

2.1.1 事故樹編制

學(xué)生宿舍居住者眾多，可燃物相對(duì)集中。很多學(xué)生的安全意識(shí)不高，使用違禁電器、亂扔未熄滅的煙頭，很容易引發(fā)火災(zāi)。一些宿舍消防設(shè)施不完善，或是損壞、過期未及時(shí)更換，使得發(fā)生火災(zāi)時(shí)不能及時(shí)滅火。很多學(xué)校為了宿舍管理方便，一棟宿舍樓只開放一個(gè)進(jìn)出口，其他安全通道則長(zhǎng)期封閉，發(fā)生火災(zāi)時(shí)嚴(yán)重阻礙逃生和滅火救援。同時(shí)，宿舍中有較多學(xué)生的貴重物品，但學(xué)生普遍防盜意識(shí)薄弱，加之宿舍樓人員進(jìn)出頻繁，外來(lái)人員容易混入學(xué)生宿舍，財(cái)產(chǎn)極易被盜。確定頂上事件為高校住宿安全，對(duì)高校住宿安全從火災(zāi)事故和財(cái)產(chǎn)安全的角度分析。事故樹，如圖1，事故樹各事件列，見表1。

圖1 高校住宿安全事故樹Fig.1 Fault tree diagram of accommodation safety for university campus

2.1.2 事故樹定性分析

（1）最小割（徑）集分析。根據(jù)割（徑）集個(gè)數(shù)法判定，此事故樹最小割集較多，所以宜采用最小徑集進(jìn)行分析。通過EasyDraw軟件計(jì)算，得到10個(gè)最小徑集如下：

（2）結(jié)構(gòu)重要度分析。通過EasyDraw軟件計(jì)算得此事故樹的結(jié)構(gòu)重要度排序：

表1 住宿安全基本事件表Tab.1 Basic events of accommodation safety

依據(jù)上述結(jié)構(gòu)重要度順序，得出如下結(jié)論：

財(cái)產(chǎn)安全下的X17-X20結(jié)構(gòu)重要度最大，說明財(cái)產(chǎn)丟失可能性最大，是應(yīng)最先關(guān)注的問題。其次是X1、X2，但X1、X2是客觀存在事件，不宜作為控制重點(diǎn)。火災(zāi)初期控制下的X8、X9、X10、X11對(duì)頂上事件影響也較大，應(yīng)作為重點(diǎn)控制對(duì)象。

2.1.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的改進(jìn)措施

（1）宿舍設(shè)置門禁系統(tǒng)。學(xué)生攜帶校園卡進(jìn)出宿舍樓，RFID無(wú)線讀卡器無(wú)接觸式感應(yīng)學(xué)生進(jìn)出情況。每間宿舍房門也可由門鎖改為門禁形式的感應(yīng)器，宿舍房門只能由本宿舍的學(xué)生刷校園卡開啟。若發(fā)生暴力開鎖事件，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)傳到保衛(wèi)處指揮中心，指揮中心人員通過樓道監(jiān)控查看情況，做出相應(yīng)措施。

（2）消防設(shè)施應(yīng)用RFID系統(tǒng)。統(tǒng)計(jì)宿舍樓所有的滅火器、室內(nèi)外消火栓、感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、應(yīng)急照明燈、應(yīng)急疏散標(biāo)志等的數(shù)量與位置，維保時(shí)間等信息，系統(tǒng)定期提醒管理人員進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)與維護(hù)。

（3）建立消防水監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)消防水池水位、水箱水位、噴淋水壓、水泵狀態(tài)等信息，若水位、水壓等數(shù)值異常，立即通知管理人員前往查看。

2.2 交通安全

2.2.1 事故樹編制

我國(guó)高校發(fā)展歷史較長(zhǎng)，有許多路況復(fù)雜、交通設(shè)施老舊的校區(qū)，這些老校區(qū)難以滿足高校擴(kuò)招后行人、車輛的增加，機(jī)動(dòng)車亂停亂放現(xiàn)象嚴(yán)重，在上下課人車流高峰時(shí)期會(huì)出現(xiàn)人車混行、搶道等現(xiàn)象，行人對(duì)車輛往往不注意避讓，極易發(fā)生交通事故。確定頂上事件為高校交通安全，主要對(duì)高校交通安全從交通參與者行為、道路環(huán)境因素、學(xué)校管理因素3方面進(jìn)行分析，事故樹，如圖2，事故樹各事件列，見表2。

圖2 高校交通安全事故樹Fig.2 Fault tree diagram of traffic safety for university campus

表2 交通安全基本事件表Tab.2 Basic events of traffic safety

2.2.2 事故樹定性分析

（1）最小割（徑）集分析。根據(jù)割（徑）集個(gè)數(shù)法判定，此事故樹最小割集較多，所以宜采用最小徑集進(jìn)行分析。通過EasyDraw軟件計(jì)算，得到3個(gè)最小徑集如下：

（2）結(jié)構(gòu)重要度分析。通過EasyDraw軟件計(jì)算得此事故樹的結(jié)構(gòu)重要度排序：

依據(jù)上述結(jié)構(gòu)重要度順序，得出如下結(jié)論：

學(xué)校管理因素下的X14-X18對(duì)頂上事件影響最大，其次是駕駛?cè)撕托腥宋ｋU(xiǎn)行為下的X1-X6，說明要加強(qiáng)車輛管理和車輛違法行為約束，加強(qiáng)交通安全教育。

2.2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的改進(jìn)措施

（1）應(yīng)用RFID技術(shù)進(jìn)行車輛進(jìn)出管理，車輛到達(dá)入口，感應(yīng)器檢測(cè)到信號(hào)后，若是校內(nèi)車輛則自動(dòng)抬桿放行，若是外來(lái)車輛則語(yǔ)音提醒校內(nèi)限速行駛，注意避讓行人。車輛到達(dá)出口，校內(nèi)車輛自動(dòng)抬桿放行，外來(lái)車輛根據(jù)在校內(nèi)時(shí)長(zhǎng)收費(fèi)后放行。

（2）應(yīng)用GPS技術(shù)對(duì)車輛測(cè)速、定位、軌跡跟蹤以此來(lái)限制其行駛速度和方向，規(guī)范車輛在校園內(nèi)的行駛，對(duì)違規(guī)行為進(jìn)行監(jiān)督。

（3）采取校車視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行安全管理，確保校車駕駛員的行為規(guī)范，監(jiān)控記錄駕駛員的不良駕駛行為。

2.3 飲食安全

2.3.1 事故樹編制

部分承包高校食堂的餐飲企業(yè)存在重利益輕衛(wèi)生傾向，購(gòu)買低價(jià)食品原材料，聘用職業(yè)素質(zhì)較低，衛(wèi)生安全常識(shí)缺乏的員工。有的高校食堂基礎(chǔ)設(shè)施不完善，食品加工、儲(chǔ)存過程存在污染的隱患。部分高校飲用水衛(wèi)生管理制度落實(shí)不到位，二次供水設(shè)備防護(hù)不嚴(yán)、未定期清洗和消毒。學(xué)生飲水安全意識(shí)不高，很少定期清洗飲水機(jī)。確定頂上事件為高校飲食安全，主要對(duì)高校飲食安全從食堂食品衛(wèi)生和飲水安全2方面分析，事故樹，如圖3，事故樹各事件列，見表3。

圖3 高校飲食安全事故樹Fig.3 Fault tree of dietary safety for university campus

表3 飲食安全基本事件表Tab.3 Basic events of dietary safety

2.3.2 事故定性分析

（1）最小割（徑）集分析。根據(jù)割（徑）集個(gè)數(shù)法判定，此事故樹最小割集較多，所以宜采用最小徑集進(jìn)行分析。通過Easy Draw軟件計(jì)算,得到4個(gè)最小徑集如下：

（2）結(jié)構(gòu)重要度分析。通過Easy Draw軟件計(jì)算得此事故樹的結(jié)構(gòu)重要度排序：

依據(jù)上述結(jié)構(gòu)重要度順序，得出如下結(jié)論：

X3-X5結(jié)構(gòu)重要度最大，說明學(xué)生不良飲水習(xí)慣是應(yīng)最先關(guān)注的問題。食堂衛(wèi)生管理下的X1、X2以及食材安全、食品加工安全下的X6-X9對(duì)頂上事件影響較大，說明食材來(lái)源安全、食品加工過程衛(wèi)生、環(huán)境衛(wèi)生是保證食品安全的重要環(huán)節(jié)。

2.3.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的改進(jìn)措施

（1）使用基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機(jī)，飲水機(jī)加熱保溫達(dá)到一定時(shí)間后，會(huì)向綁定的手機(jī)發(fā)送通知，詢問飲水機(jī)是否需要繼續(xù)工作，用戶可以通過手機(jī)APP向飲水機(jī)發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)模式設(shè)定、溫度設(shè)定以及通斷電等操作，從而防止水被反復(fù)燒開形成“千滾水”。APP向用戶定期推送消息提醒用戶清洗飲水機(jī)。

（2）建立食品安全監(jiān)控系統(tǒng)信息平臺(tái)，隨時(shí)隨地觀察和監(jiān)控食品生產(chǎn)、加工現(xiàn)場(chǎng)由傳感器傳來(lái)的實(shí)際影像，供應(yīng)鏈上的各企業(yè)和監(jiān)管部門之間則通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“可視”的信息交互和監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)對(duì)食堂食品加工、清洗消毒、餐廚垃圾處置等全過程的信息監(jiān)管。

（3）將RFID技術(shù)運(yùn)用到食堂的食材管理上，統(tǒng)計(jì)食材的產(chǎn)地、生產(chǎn)者、生產(chǎn)日期及保質(zhì)期等相關(guān)信息，可保證食材來(lái)源安全、管理者及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理過期食品。

3 結(jié)論

（1）運(yùn)用事故樹分析法找出了影響高校校園安全的主要因素，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了科技、高效的安全管理對(duì)策，對(duì)加強(qiáng)高校安全管理、改善校園環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（2）由于目前對(duì)基本事件發(fā)生概率的統(tǒng)計(jì)資料還很缺乏，所以只是對(duì)事故樹進(jìn)行定性分析，若能獲得可靠的事故樹基本事件發(fā)生概率，將獲得比較精確的分析結(jié)果，無(wú)疑會(huì)對(duì)高校安全事故的預(yù)防發(fā)揮重要作用。