智慧應(yīng)急綜合管理服務(wù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

鄭銳藝

摘要：文章探討了如何應(yīng)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，解決包括火災(zāi)隱患、生產(chǎn)安全隱患的監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)的問題，實(shí)現(xiàn)事故的監(jiān)測(cè)預(yù)警、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、應(yīng)急準(zhǔn)備和應(yīng)急救援等，從而提升安全事故的防御能力，為人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全筑起科技的保護(hù)墻。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);人工智能;AIoT;智慧應(yīng)急;大數(shù)據(jù);災(zāi)害預(yù)警

近年來，安全生產(chǎn)事故頻發(fā)給我國政府的應(yīng)急管理敲響了警鐘，政府各級(jí)部門開始關(guān)注應(yīng)急產(chǎn)業(yè)在防災(zāi)減災(zāi)、生產(chǎn)安全、社會(huì)公共安全等方面的作用。為了降低公共突發(fā)事件對(duì)社會(huì)的危害，文章主要探討如何運(yùn)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)智慧應(yīng)急綜合管理服務(wù)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于火災(zāi)等安全生產(chǎn)事故領(lǐng)域，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定。

一、智慧應(yīng)急發(fā)展現(xiàn)狀

應(yīng)急管理是國家治理體系和治理能力的重要組成部分，而智慧應(yīng)急是將新一代信息技術(shù)綜合運(yùn)用在安全事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)防、監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處置與救援、綜合保障等環(huán)節(jié)，通過信息技術(shù)賦能，將應(yīng)急的各個(gè)環(huán)節(jié)連通并集成，全面提升對(duì)各類安全事故應(yīng)急的智慧化、精準(zhǔn)化水平。

隨著大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的應(yīng)用日漸成熟，歐洲各國在數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上，建立了多個(gè)高性能計(jì)算系統(tǒng)并應(yīng)用于氣候、應(yīng)急救災(zāi)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用大規(guī)模仿真對(duì)各類災(zāi)害和安全事故災(zāi)難進(jìn)行精準(zhǔn)分析的目標(biāo)。應(yīng)急系統(tǒng)與災(zāi)害探測(cè)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、信息通信技術(shù)結(jié)合，融合各種感知監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，結(jié)合基于AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)的各類定量化模型方法及高端專業(yè)軟件，不斷提高安全事故的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別預(yù)警、信息共享、遠(yuǎn)程響應(yīng)、協(xié)同救援、綜合保障能力，成為全球?yàn)?zāi)害事故智慧應(yīng)急發(fā)展的前沿趨勢(shì)。

近年來，我國非常重視應(yīng)急技術(shù)的研發(fā)，各地都給予了相應(yīng)的資金、政策支持，應(yīng)急技術(shù)水平得到了很大的提升，但與國際主流水平相比，我國智慧應(yīng)急科技雖然部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，但整體水平層次仍處于跟跑狀態(tài)。根據(jù)我國的應(yīng)急產(chǎn)業(yè)供需分析來看，我國應(yīng)急產(chǎn)業(yè)GDP占比僅為0.3%（發(fā)達(dá)國家應(yīng)急產(chǎn)業(yè)GDP占比高達(dá)8%），目前應(yīng)急產(chǎn)業(yè)主要以提供各類應(yīng)急產(chǎn)品和基礎(chǔ)應(yīng)急服務(wù)為主。

二、智慧應(yīng)急綜合管理服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)定義及系統(tǒng)架構(gòu)

智慧應(yīng)急綜合管理服務(wù)系統(tǒng)是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)，依托光纖、NB-IoT、4G、5G等現(xiàn)代通信技術(shù)，通過在建筑設(shè)施前端鋪設(shè)各類先進(jìn)傳感終端，實(shí)時(shí)感知并采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)，本地終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邊沿計(jì)算和數(shù)據(jù)篩選，把有效數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器進(jìn)行綜合比對(duì)分析，在安全事故發(fā)生前，對(duì)安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行研判，動(dòng)態(tài)預(yù)警，生成分析報(bào)告，實(shí)現(xiàn)安全事故防控智能化;當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到安全事故，通過聯(lián)動(dòng)三維BIM、GIS立體可視化應(yīng)急救援系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援科技化。在安全事故發(fā)生時(shí)，實(shí)現(xiàn)跨部門的信息共享、任務(wù)下達(dá)、資源調(diào)度等功能，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件的快速、高效、科學(xué)、聯(lián)動(dòng)處置。針對(duì)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)和人員日常管理，通過采集火災(zāi)隱患、重點(diǎn)部位可視化、建筑安消設(shè)施運(yùn)行狀態(tài);采集運(yùn)維人員管理信息數(shù)據(jù)，智能分析安全管理狀態(tài)、安消設(shè)施設(shè)備運(yùn)行狀況，從而確保系統(tǒng)自身的正常運(yùn)行。

根據(jù)系統(tǒng)功能定位設(shè)計(jì)為四層架構(gòu)（如圖1所示）：物理資源感知層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支持層、綜合應(yīng)用層。

1.物理資源感知層

該層級(jí)將安全隱患、重點(diǎn)部位可視化、建筑安消設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)維管理信息數(shù)據(jù)及其他外部數(shù)據(jù)源的圖像和數(shù)據(jù)資源向上匯集至中心接入層，承擔(dān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)采集和初步處理的功能。

2.數(shù)據(jù)資源層（中心接入層）

該層級(jí)將前端匯集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步聚合整理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類、分區(qū)存儲(chǔ)和基本管理應(yīng)用，為核心應(yīng)用層提供必要的基礎(chǔ)服務(wù)。數(shù)據(jù)資源層包含關(guān)系數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)庫、多媒體信息庫等組成的綜合信息資源庫，為公安、交通系統(tǒng)集成平臺(tái)開展實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供信息數(shù)據(jù)。

3.應(yīng)用支持層

該層提供各類服務(wù)器、視頻數(shù)據(jù)采集設(shè)備、統(tǒng)一身份認(rèn)證及決策支持等，為實(shí)戰(zhàn)平臺(tái)提供核心服務(wù)和邏輯支持，由部件化的服務(wù)模塊和相應(yīng)的二次開發(fā)接口組成。

4.綜合應(yīng)用層

綜合應(yīng)用層包括基礎(chǔ)應(yīng)用和業(yè)務(wù)綜合應(yīng)用?；A(chǔ)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理的基本操作功能，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、視頻存儲(chǔ)管理、視頻分發(fā)管理、電視墻管理、錄像查詢回放、系統(tǒng)配置管理、系統(tǒng)權(quán)限管理、信息發(fā)布通告等。綜合應(yīng)用采用基于應(yīng)用支撐層的安防系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計(jì)，滿足實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)包括集中調(diào)閱、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、基于視頻智能分析的圖偵功能、安全運(yùn)維等綜合業(yè)務(wù)功能。系統(tǒng)最終通過B/S、C/S客戶端進(jìn)行系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能展現(xiàn)，滿足用戶對(duì)視頻數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)的共享需求，采用自定義針對(duì)性的用戶界面，各部門可實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻資源及信息數(shù)據(jù)的共享。

（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)智慧應(yīng)急綜合管理服務(wù)系統(tǒng)的功能定義及功能需求，可將智慧應(yīng)急綜合管理服務(wù)系統(tǒng)拆分為三大子系統(tǒng)（如圖2所示）：智慧物聯(lián)網(wǎng)災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)、智慧應(yīng)急指揮救援系統(tǒng)、智慧安消一體綜合運(yùn)維管理服務(wù)系統(tǒng)。

1.智慧物聯(lián)網(wǎng)災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)

智慧物聯(lián)網(wǎng)災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主要是運(yùn)用AIoT、邊緣計(jì)算技術(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、風(fēng)險(xiǎn)研判、災(zāi)害預(yù)警等模塊，并且針對(duì)目前智能物聯(lián)網(wǎng)中資源調(diào)度問題，研究以邊緣計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，基于邊緣計(jì)算的云邊融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，并根據(jù)此架構(gòu)模型完成對(duì)資源調(diào)度方案的數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化求解;根據(jù)優(yōu)化求解結(jié)果，完成相關(guān)資源調(diào)度策略的設(shè)計(jì)。同時(shí)通過云服務(wù)器收集智慧終端采集的大量運(yùn)行數(shù)據(jù)，AI深度學(xué)習(xí)平臺(tái)匯聚各行業(yè)的樣本數(shù)據(jù)形成樣本庫，基于樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，優(yōu)化算法網(wǎng)絡(luò);優(yōu)化后的算法網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入算法倉庫，供前端AI設(shè)備、后端AI設(shè)備調(diào)用;智能算法系統(tǒng)提供了專業(yè)化模型分析、處理的工具，可以從海量數(shù)據(jù)中提取可供計(jì)算機(jī)和人理解的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，匯聚整合各類信息資源，綜合運(yùn)用智能解析、專家?guī)鞂?duì)比等前沿技術(shù)，打造特征數(shù)據(jù)檢索業(yè)務(wù)、災(zāi)害事件分析業(yè)務(wù)以及數(shù)據(jù)分析應(yīng)用共享服務(wù)。通過大量的災(zāi)害隱患數(shù)據(jù)建模對(duì)比判斷，運(yùn)用數(shù)字濾波、智能預(yù)警算法系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害隱患的可靠預(yù)警。

2.智慧應(yīng)急指揮救援系統(tǒng)

智慧應(yīng)急指揮救援系統(tǒng)由三層架構(gòu)組成（如圖3所示）：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)、三維預(yù)案管理平臺(tái)、輔助指揮一張圖。主要運(yùn)用BIM+GIS技術(shù)將建筑由外而內(nèi)的模型展示功能應(yīng)用到應(yīng)急救援指揮輔助方面，使得救援高效化、安全化、一體化。救援人員可以對(duì)建筑內(nèi)部的應(yīng)急設(shè)施、安全通道、建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)的分析，實(shí)現(xiàn)最佳救援。

3.智慧安消一體綜合運(yùn)維管理服務(wù)系統(tǒng)

智慧安消一體綜合運(yùn)維管理服務(wù)系統(tǒng)通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)簽電子化，RFID/NFC雙標(biāo)簽管理方式，結(jié)合安防工作流程規(guī)范，以對(duì)安防安全責(zé)任人的值班、巡查、維保等日常工作進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理為基礎(chǔ)，多角度、多途徑進(jìn)行監(jiān)督管理，實(shí)現(xiàn)安全管理工作監(jiān)督到位、責(zé)任落實(shí)，通過采集社會(huì)單位日常防火巡查及隱患整改、電氣火災(zāi)隱患預(yù)警、重點(diǎn)部位可視化、建筑設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)和維保檢測(cè)的信息數(shù)據(jù)，智能分析單位安全管理水平、設(shè)施設(shè)備運(yùn)行狀況，深度融合安消應(yīng)用的各個(gè)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)智慧安消一體綜合運(yùn)維管理服務(wù)系統(tǒng)，從而幫助單位有效落實(shí)安全責(zé)任，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的匯聚整合、風(fēng)險(xiǎn)隱患的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、火災(zāi)形勢(shì)的預(yù)判預(yù)警、滅火救援的精確指揮、社會(huì)監(jiān)管的協(xié)同合力、火災(zāi)事故的有效控制。

建設(shè)智慧安消一體綜合運(yùn)維管理服務(wù)系統(tǒng)可以很好地解決建筑安防信息缺失，重新錄入難;部分運(yùn)維信息手工填寫易錯(cuò)漏，缺乏對(duì)終端數(shù)據(jù)的抓取能力，無法支撐科學(xué)決策等信息化管理問題。解決運(yùn)維管理方面專業(yè)人員稀缺，導(dǎo)致維保質(zhì)量不高;所有報(bào)表資料采用手工填寫，易錯(cuò)漏，可偽造，不能及時(shí)反映設(shè)施數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性等問題。解決安全人員管理水平低，具體的維保不清楚如何操作，專業(yè)培訓(xùn)成本高，無可靠的管理系統(tǒng)，人員到崗情況難確認(rèn)，維保巡檢過程不透明等問題。

三、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）研究多維立體實(shí)時(shí)智能感應(yīng)監(jiān)控技術(shù)

應(yīng)用NB-IoT、4G/5G 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、云計(jì)算、云存儲(chǔ)技術(shù)，圍繞各個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行情況，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)不間斷地對(duì)聯(lián)網(wǎng)設(shè)施的每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行查詢和監(jiān)控，從空間、時(shí)間維度，從設(shè)備狀態(tài)、人員動(dòng)態(tài)維度等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急設(shè)施主動(dòng)管理、應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判、發(fā)生異常遠(yuǎn)程主動(dòng)報(bào)警等。改進(jìn)現(xiàn)有邊緣智能技術(shù)優(yōu)化云計(jì)算系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)度效率低，云計(jì)算實(shí)時(shí)性不足、寬帶不足、數(shù)據(jù)安全性不足等問題。

（二）研究基于數(shù)據(jù)建模技術(shù)的安全隱患人工智能預(yù)警技術(shù)

研究基于數(shù)據(jù)建模技術(shù)的人工智能災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，提升災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性。具體通過云服務(wù)器收集智慧終端采集的大量運(yùn)行數(shù)據(jù)與大量的安全事故數(shù)據(jù)建模對(duì)比判斷，運(yùn)用數(shù)字濾波，人工智能專家系統(tǒng)，安全事故預(yù)警算法系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全事故隱患提前預(yù)警。建立大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)，即時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性。可多人、異地共同的實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)急設(shè)施的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史記錄，必要時(shí)，有效縮短了應(yīng)急處理的時(shí)間。

（三）研究基于3S（GPS-GIS-RS）、BIM技術(shù)的應(yīng)急綜合和服務(wù)管理系統(tǒng)技術(shù)

針對(duì)二維地理信息系統(tǒng)僅能展示建構(gòu)筑物的平面信息的問題，研究采用物聯(lián)網(wǎng)中“感、傳、知、用”四大層級(jí)結(jié)構(gòu)，以建筑物內(nèi)的應(yīng)急設(shè)施為感知對(duì)象，以M2M為短距離傳輸，以有線、無線公共網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)為遠(yuǎn)距離傳輸方式，將城市的建筑應(yīng)急設(shè)施全部感知起來，采用衛(wèi)星遙感（RS）、衛(wèi)星定位（GPS）和地理信息技術(shù)（GIS）、建筑信息模型（BIM）、云計(jì)算、云存儲(chǔ)技術(shù)，建立多種數(shù)據(jù)模型，以三維的形式展示最短路徑、應(yīng)急救援力量、應(yīng)急救援設(shè)備、人員分布及其狀態(tài)，為救援指揮提供決策依據(jù)。實(shí)現(xiàn)公共突發(fā)事件報(bào)警及聯(lián)動(dòng)綜合管理、公共突發(fā)事件報(bào)警圖文管理、應(yīng)急監(jiān)督管理、應(yīng)急指揮、應(yīng)急遠(yuǎn)程監(jiān)控、應(yīng)急設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等應(yīng)急綜合和服務(wù)管理系統(tǒng)。

四、結(jié)語

綜上所述，智慧應(yīng)急綜合管理服務(wù)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于火災(zāi)等安全生產(chǎn)事故領(lǐng)域。當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，能夠通過智慧應(yīng)急管理平臺(tái)第一時(shí)間獲知和傳遞信息、為應(yīng)急救援提供輔助決策等功能，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)安全事故的早期預(yù)警與智慧救援，提高人類對(duì)安全事故風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)能力;有效遏制生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，顯著提升各類事故應(yīng)急處理能力，最大程度地降低事故造成的人員傷亡，降低經(jīng)濟(jì)損失。進(jìn)而為城市安全保駕護(hù)航，為政府快速處置突發(fā)事件提供技術(shù)支撐。有助于維持社會(huì)穩(wěn)定，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

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