智慧消防發(fā)展現(xiàn)狀研究

■ 劉曉薇 雷蕾 中國人民警察大學(xué)

一、緒論

近年來，傳感技術(shù)、云計(jì)算、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的興起大大推動(dòng)了人類社會(huì)發(fā)展。隨之，智能化發(fā)展已然成為社會(huì)進(jìn)步的主流方向，在消防領(lǐng)域，“智慧消防”的研究地位亦正在逐年上升，然而，目前智慧消防并沒有具體的理論定義，通常把任何借助先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的消防相關(guān)研究均劃分為智慧消防，因此，本文通過對(duì)國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行分析總結(jié)，并基于不同的角度將目前智慧消防研究成果進(jìn)行分類，將目前智慧消防的發(fā)展現(xiàn)狀立體化。

江蘇省借助信息技術(shù)建立了城市消防設(shè)施聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)；湖南省利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立了全省統(tǒng)一的“消防數(shù)據(jù)中心”；遼寧省綜合引入了RFID射頻技術(shù)、移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、視頻識(shí)別、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，構(gòu)建了一套信息化指揮體系；上海市將地理信息公共服務(wù)平臺(tái)接入消防平臺(tái)，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)提供大比例尺地形、高分辨率影像服務(wù)和三維模型服務(wù)，供消防大數(shù)據(jù)平臺(tái)隨時(shí)調(diào)用等[1]。雖然智慧消防在我國各個(gè)地區(qū)的消防領(lǐng)域均存在不同程度上的研究與應(yīng)用，但仍存在諸多問題。首先，信息的數(shù)據(jù)多為主動(dòng)采集，有些是關(guān)聯(lián)共享，有些是融合生成，具有不全面、不客觀的缺點(diǎn)。其次，系統(tǒng)的局域性使各地區(qū)信息不互通，無法有效發(fā)揮計(jì)算機(jī)的便捷性，同時(shí)也無法形成全面的智慧消防神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。此外，還有工作人員意識(shí)缺乏、資金緊張且研究內(nèi)容基礎(chǔ)等缺點(diǎn)。

自2017年1月19日我國公安部召開“2017年消防工作會(huì)議”，大量研究人員投入對(duì)智慧消防的研究，與此同時(shí)，上海出臺(tái)了《消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、湖北出臺(tái)了《無線組網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警技術(shù)規(guī)范》、山東制定了《校園智慧消防系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用規(guī)范》、江西發(fā)布了《消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》《城市消防物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)接口規(guī)范》及《城市消防物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)物聯(lián)設(shè)施設(shè)備接口規(guī)范》等。然而，雖然近年來智慧消防相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，但是仍缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)市場進(jìn)行規(guī)范，使國內(nèi)智慧消防局勢發(fā)展雜亂無章，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

二、國外研究現(xiàn)狀分析

D.Garrity，S.Yusuf[2]研究了一種基于人工智能算法的實(shí)驗(yàn)性消防員可穿戴設(shè)備，其作用是對(duì)穿戴者在環(huán)境中的危險(xiǎn)溫升率（例如在閃絡(luò)前）進(jìn)行預(yù)警，該算法和裝置在英國和美國的兩個(gè)受控火災(zāi)行為訓(xùn)練環(huán)境中進(jìn)行了多次閃絡(luò)試驗(yàn)，證明了該環(huán)境中預(yù)測和隨后報(bào)警觸發(fā)的完整性。

John-Olof等人[3]研究了一款具有數(shù)字定位系統(tǒng)的消防鞋，鞋子安裝了傳感器，能夠快速定位消防員位置。

Shadbahr等人[4]使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型研究了火災(zāi)后剩余抗壓強(qiáng)度的混凝土剪力墻。采用BAT優(yōu)化元啟發(fā)式算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。通過與基于粒子群優(yōu)化（PSO）算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多元線性回歸模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了基于BAT的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的準(zhǔn)確性。

Sulova和Arsanjani在Google Earth[5]引擎平臺(tái)上研究了一個(gè)自動(dòng)化的、基于云的工作流數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型。此模型預(yù)測了澳大利亞各地火災(zāi)發(fā)生的概率，并確定了2019—2020年夏季澳大利亞野火的潛在驅(qū)動(dòng)因素。

Nembhnani等人[6]研究了利用無人機(jī)開發(fā)智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控與救援系統(tǒng)，可以將范圍內(nèi)的音頻視頻信息及CO等標(biāo)志性氣體濃度發(fā)送到報(bào)警主機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)。

Biswal和Gorai[7]利用陸地遙感衛(wèi)星（Landsat）數(shù)據(jù)分析了賈里煤田（Jharia coalfield）2009年至2019年煤火區(qū)覆蓋率的變化以及陸地衛(wèi)星三個(gè)波段的數(shù)據(jù)，即熱紅外（TIR）、近紅外（NIR）和紅色波段，并分別估算了2019年和2009年的地表溫度（LST）。

通過對(duì)國外研究的整理，可總結(jié)為以下四個(gè)方面：（1）以消防員為研究對(duì)象的研究內(nèi)容，如消防員智能防護(hù)服、便攜式升溫預(yù)警設(shè)備、智能防火紡織物等。（2）以計(jì)算機(jī)技術(shù)為研究對(duì)象的研究，如基于大數(shù)據(jù)、人工智能、遙感技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、算法、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、視圖挖掘、虛擬現(xiàn)實(shí)等。（3）以系統(tǒng)平臺(tái)為研究對(duì)象的研究，如智能火災(zāi)應(yīng)急系統(tǒng)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)、客車智能破窗系統(tǒng)、火災(zāi)救援系統(tǒng)等。（4）以機(jī)器人為研究對(duì)象代替人力進(jìn)行各類消防工作的研究?？梢?，國外智慧消防研究中滲入了更為先進(jìn)且成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是實(shí)用性不夠強(qiáng)，這些研究的應(yīng)用價(jià)值在日常消防工作中未充分體現(xiàn)。

三、國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析

近年來，國內(nèi)對(duì)智慧消防的研究極為迅速，研究成果在不斷地快速更新，其內(nèi)容同樣涵蓋了上述國外研究的內(nèi)容，甚至更全面、更廣泛。

王培賢[8]研究了基于AR技術(shù)的消防頭盔，利用AR技術(shù)可以在真實(shí)環(huán)境中增添虛擬物體和可以進(jìn)行實(shí)時(shí)交互的技術(shù)特點(diǎn)幫助消防隊(duì)員進(jìn)行滅火救援活動(dòng)，在快速救援的同時(shí)更有效地保護(hù)消防隊(duì)員的生命安全。

王博崇、劉鳴等人[9]優(yōu)化了火焰識(shí)別技術(shù)，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取火焰的顏色特征、運(yùn)動(dòng)特征、幾何特征和紋理特征進(jìn)而分析火災(zāi)，從而使此次研究在同類型的火焰識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域中占據(jù)一定的優(yōu)勢。

劉全義、楊鑫等人[10]針對(duì)森林火災(zāi)消防直升機(jī)需求預(yù)測問題，提出了一種基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析（IGRA）和改進(jìn)奇異值分解（ISVD）約簡的徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。

金家勝[11]應(yīng)用最新的窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT無線傳輸技術(shù)，結(jié)合中移動(dòng)推出的OneNET免費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)并配置App客戶端，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

陳紅亮[12]分析了空間機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)方式、消防機(jī)器人避障運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和過程，探討了避障運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法，提出了并聯(lián)可重構(gòu)消防機(jī)器人概念，即以并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)為避障功能關(guān)節(jié)模塊單元的可重構(gòu)消防機(jī)器人。

上述國內(nèi)研究涵蓋了國外研究內(nèi)容，除此之外，國外研究的主要特點(diǎn)是在消防工作中應(yīng)用不同計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于中國多樣化的市場效應(yīng)，國內(nèi)研究的內(nèi)容更明顯的特征是針對(duì)不同場景做出不同的智慧消防應(yīng)用。簡而言之，國外研究主要是在宏觀角度用先進(jìn)技術(shù)解決特定消防問題，國內(nèi)則從特定場景中應(yīng)用智慧消防技術(shù)，從點(diǎn)到面，以此繪制智慧城市網(wǎng)。表1總結(jié)了近年來國內(nèi)部分不同場景中對(duì)智慧消防的研究。

表1 國內(nèi)智慧消防在不同場景的應(yīng)用

四、智慧消防發(fā)展現(xiàn)狀分類分析

在《智慧消防實(shí)踐》[20]中，王文利等人將智慧消防分為智慧監(jiān)控管理、智能樓宇消防系統(tǒng)、數(shù)字化滅火救援及智慧消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)四個(gè)模塊，涵蓋了整個(gè)消防工作的內(nèi)容，但是書中只是介紹了較為基礎(chǔ)的機(jī)械化、數(shù)字化的應(yīng)用，沒有凸顯“智慧”的智能化特征。中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所副所長孫璇[21]將智慧消防分為探測報(bào)警技術(shù)、自動(dòng)滅火技術(shù)、火災(zāi)模化技術(shù)、區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及消防員裝備實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)五個(gè)方面，將智慧消防工作劃分得更為細(xì)致。

筆者從除消防工作角度以外的四個(gè)方面總結(jié)立體化智慧消防研究現(xiàn)狀。

（一）使用者的角度

根據(jù)使用者的不同，關(guān)于智慧消防的研究可以從管理人員、救援人員和審查人員三個(gè)角度進(jìn)行分類。管理人員即日常消防工作維保及監(jiān)管人員所需的應(yīng)用，如智慧消防管控平臺(tái)等；救援人員為火災(zāi)發(fā)生進(jìn)行救援時(shí)所需要的應(yīng)用，如智能防護(hù)服；審查人員即在監(jiān)管消防工作時(shí)所需應(yīng)用等，如可視化BIM。從這三個(gè)適用人群角度出發(fā)，有利于智慧消防研究的全面發(fā)展。

（二）研究者的角度

根據(jù)研究者的不同，研究內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)可以從消防工作人員和計(jì)算機(jī)技術(shù)人員兩個(gè)方面進(jìn)行分類。消防工作人員側(cè)重點(diǎn)是為解決研究的消防問題，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為工具進(jìn)行研究；計(jì)算機(jī)技術(shù)人員側(cè)重點(diǎn)則是將掌握的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到消防工作中。從這兩個(gè)方面著手研究，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)與消防工作的相互融合有著積極意義。

（三）技術(shù)層面

根據(jù)在研究中應(yīng)用到的技術(shù)可分為大數(shù)據(jù)、人工智能、遙感技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、算法、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、視圖挖掘、虛擬現(xiàn)實(shí)等。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，將新技術(shù)不斷應(yīng)用到消防研究中提高其工作效率及安全保障，亦是智慧消防發(fā)展的有效途徑。

（四）運(yùn)用場景的角度

根據(jù)不同的應(yīng)用場景，關(guān)于智慧消防的研究可以從國家、企業(yè)、家庭三個(gè)角度進(jìn)行分類。國家指在國家建設(shè)中應(yīng)用到的研究，如國家電網(wǎng)電纜廊道中所需要的智慧消防技術(shù)；企業(yè)指維持企業(yè)消防安全相關(guān)的智慧消防研究，如基于物聯(lián)網(wǎng)的智能火災(zāi)應(yīng)急系統(tǒng)；家庭指便于家庭安裝的小型救火滅火設(shè)備等，如家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從這三個(gè)場景出發(fā)，有助于根據(jù)不同情景的需求開展更具適用性的應(yīng)用研究。

五、結(jié)論

我國對(duì)于智慧消防的相關(guān)研究起步雖晚，但發(fā)展迅速，占消防工作總體研究的比例增加極其迅速，各種計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷的應(yīng)用于消防工作研究中，為日常的消防工作帶來了極大的便利，然而正是這種快速的發(fā)展，使得相關(guān)定義、概念等理論支撐不足，因此智慧消防的發(fā)展從理論到實(shí)踐均存在大量研究缺口，缺乏系統(tǒng)化研究。

通過對(duì)大量國內(nèi)外關(guān)于智慧消防研究的調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)在大力發(fā)展智慧消防的時(shí)代背景下，我國相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還不夠完善，加劇了智慧消防在復(fù)雜的中國市場中散亂發(fā)展形勢。因此，不斷更新建立適應(yīng)我國智慧消防發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，補(bǔ)充相關(guān)理論知識(shí)，系統(tǒng)化智慧消防相關(guān)研究，對(duì)我國智慧消防的發(fā)展有重要意義。