智能防災(zāi)應(yīng)急及應(yīng)用實例研究

李忠 陳朝陽 薛子云 王志 李錦文

摘要：隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及，人工智能技術(shù)也迎來了快速發(fā)展的春天。在若干國家，人工智能技術(shù)已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略，在國民經(jīng)濟(jì)、國防安全、金融保險、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急救援等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在介紹了人工智能發(fā)展現(xiàn)狀以及在防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)急救援兩方面的應(yīng)用后，以一個具體實例說明了人工智能技術(shù)在智慧消防中的應(yīng)用。人工智能與行業(yè)結(jié)合是未來發(fā)展的必然趨勢。

關(guān)鍵詞：人工智能;防災(zāi)減災(zāi);應(yīng)急救援;智慧消防

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

災(zāi)害的早期識別和風(fēng)險評估是一項復(fù)雜而艱難的工作，有關(guān)理論和技術(shù)一直在發(fā)展中。近年來，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)也進(jìn)入了發(fā)展的快速通道，已經(jīng)深入社會生活的各個領(lǐng)域，成為目前創(chuàng)新發(fā)展的標(biāo)志性技術(shù)。因此，人工智能技術(shù)應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)領(lǐng)域是行業(yè)的迫切需求，也是很自然的事情。

1? 人工智能發(fā)展現(xiàn)狀

人工智能，被稱作“AI”，是英文Artificial Intelligence的縮寫，是指研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新科學(xué)。它模仿人類智能并做出相應(yīng)的反應(yīng)，相關(guān)研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。

人工智能自誕生以來，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，如在金融、軍事、經(jīng)濟(jì)、防災(zāi)救災(zāi)等行業(yè)，人工智能都是應(yīng)用研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，也研發(fā)出了若干智能產(chǎn)品，為人類生活質(zhì)量提升、環(huán)境保護(hù)、人身安全等提供了更好的保障。學(xué)界普遍認(rèn)為，第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的大面積應(yīng)用，21世紀(jì)科技競爭的核心，在于誰掌握超級智能的控制權(quán)。

自2013年以來，人工智能在很多國家上升到國家戰(zhàn)略層面。不同國家和組織根據(jù)自身需求，對人工智能的發(fā)展側(cè)重點(diǎn)也不一樣，如美國重點(diǎn)關(guān)注人工智能對科技、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的作用和影響，歐盟則關(guān)注AI道德倫理、社會風(fēng)險方面的發(fā)展趨勢，日本更注重人工智能對產(chǎn)業(yè)的作用等。中國則著力于人工智能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和社會治理智能化，如在2017年國務(wù)院就發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，這可以說是我國在人工智能技術(shù)發(fā)展方面的“頂層設(shè)計”。根據(jù)“在人工智能要贏得全球科技競爭主動權(quán)的重要戰(zhàn)略抓手，要確保人工智能領(lǐng)域的理論研究走在前面，在關(guān)鍵的核心技術(shù)要占領(lǐng)制高點(diǎn)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，國家有關(guān)部門制定了相應(yīng)的人工智能發(fā)展措施和步驟，一些研究機(jī)構(gòu)陸續(xù)發(fā)布了《中國人工智能發(fā)展系列報告》《中國人工智能2.0發(fā)展戰(zhàn)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(jìn)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(fā)展水平仍處在“弱人工智能”的范疇，主要是以實現(xiàn)某個特定方面的智能化應(yīng)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(yī)療影像和科大訊飛開發(fā)的智能語音平臺等。按照一些學(xué)者的觀點(diǎn)[2]，“強(qiáng)人工智能是指真正能思維的智能機(jī)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(zāi)與應(yīng)急中的應(yīng)用

人類的文明史，在很大程度上就是一部災(zāi)難抗?fàn)幨?。因此一些科學(xué)技術(shù)的發(fā)明創(chuàng)造首先被用于治理災(zāi)害、監(jiān)測災(zāi)情、災(zāi)后搶險、應(yīng)急救援等工作中，人工智能技術(shù)也不例外。

2.1? 在防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用

由于人工智能技術(shù)的應(yīng)用普及，在各種自然災(zāi)害的災(zāi)前監(jiān)測和災(zāi)后救援中都可以見到人工智能的身影，如氣象災(zāi)害的智能識別、洪澇災(zāi)害的智能監(jiān)測、火山噴發(fā)的智能影像捕捉和巖溶流動的動態(tài)視頻展示等，都是人工智能技術(shù)的一些具體應(yīng)用。人工智能在這些具體領(lǐng)域的應(yīng)用形成了一系列的智慧型信息系統(tǒng)，如與地震監(jiān)測結(jié)合產(chǎn)生了智慧地震監(jiān)測系統(tǒng)，與火山監(jiān)測結(jié)合產(chǎn)生了智慧火山監(jiān)測系統(tǒng)，與城市防洪系統(tǒng)結(jié)合形成了智慧防洪系統(tǒng)等。例如利用人工智能技術(shù)開發(fā)的“城市內(nèi)澇監(jiān)控云服務(wù)系統(tǒng)”，構(gòu)建了一個由物聯(lián)網(wǎng)測控終端、云服務(wù)中心、客戶端以及通訊網(wǎng)絡(luò)四個部分組成的智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，具有對城市內(nèi)澇情況進(jìn)行實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、調(diào)度控制、信息推送等功能，滿足對城市內(nèi)澇的監(jiān)控、發(fā)布洪水消息、指揮決策服務(wù)等需要[3];防洪減災(zāi)包括暴雨洪水預(yù)報、洪水監(jiān)測、洪水計算、洪水情景推演、防洪工程調(diào)度、應(yīng)急決策、災(zāi)后管理等，涉及水利、氣象、地理、經(jīng)濟(jì)、社會管理等多個學(xué)科和方向，這些災(zāi)害的監(jiān)控、預(yù)測等，都需要人工智能技術(shù)的支持。有學(xué)者采用非線性降維算法和動態(tài)聚類算法對北京市城區(qū)內(nèi)澇進(jìn)行預(yù)測，提取了北京城區(qū)歷史上的暴雨時空分布特征，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測內(nèi)澇;語音識別是近年來很火爆的一種智能技術(shù)，有人開發(fā)了智能語音識別的機(jī)器人，在防洪減災(zāi)中進(jìn)行了試驗，能夠快速地反饋防洪減災(zāi)信息。中國地震科學(xué)試驗場采用人工智能技術(shù)開發(fā)了一個“智能地動系統(tǒng)—EarthX”，能夠同時處理川滇地區(qū)123個地震臺站的數(shù)據(jù)，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(yù)報效率，并將逐步取代以往的地震監(jiān)測和發(fā)布手段，解放生產(chǎn)力[4]。

2.2? 在應(yīng)急救援中的應(yīng)用

基于人工智能技術(shù)開發(fā)的應(yīng)急救援管理信息系統(tǒng)，能夠快速分析救援人員的結(jié)構(gòu)，了解每個消防員所承擔(dān)的任務(wù)，以方便人員的調(diào)度與隊伍的優(yōu)化;還能夠建立數(shù)據(jù)檔案，對發(fā)生的不同災(zāi)難事故加以統(tǒng)計分析，形成應(yīng)急救援的系統(tǒng)日志，這為后續(xù)的救援任務(wù)提供參考資料。

2.2.1? 地下被困人員救援

在地震災(zāi)害或者礦井事故發(fā)生后，處在災(zāi)區(qū)的人員很可能被埋于倒塌房屋或者礦井下的支護(hù)設(shè)施之間的縫隙里，這個時候蛇形機(jī)器人、遙測無人機(jī)等智能救援設(shè)備就派上用場了，可以運(yùn)用先進(jìn)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、生物智能探測儀等裝備對被困人員進(jìn)行精確定位。例如有人利用ipad、智能手機(jī)等終端通過快速無線通信系統(tǒng)，開發(fā)了地震災(zāi)區(qū)現(xiàn)場調(diào)查和快速數(shù)據(jù)處理平臺，將搜救機(jī)器人信號接入系統(tǒng)，進(jìn)行快速定位，及時救援[5]。在信息不通暢的地區(qū)，利用無人機(jī)在上空拍攝實時的災(zāi)區(qū)景象，直觀地了解災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)的道路情況、受災(zāi)區(qū)域等，以便及時地為救災(zāi)指揮人員做決策提供信息服務(wù)。無人機(jī)還可以通過一些危險地區(qū)，對災(zāi)區(qū)的溫度、有害氣體濃度等環(huán)境因素進(jìn)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(zāi)救援系統(tǒng)

火災(zāi)猛于虎！根據(jù)有關(guān)資料，全世界每年死于火災(zāi)的人數(shù)有7萬人之多，造成直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾百億美元。在火災(zāi)發(fā)生后，隨之產(chǎn)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(jiān)測和預(yù)報至關(guān)重要，及時地將隱患消滅在萌芽狀態(tài)。但火災(zāi)原因復(fù)雜，對于火災(zāi)現(xiàn)場的情況分析具有一定的難度，這時人工智能技術(shù)就可以為火災(zāi)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(shè)計劃，利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)等技術(shù)，構(gòu)建覆蓋全國的智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。救援指揮部可以根據(jù)人工智能偵查檢測到的信息，迅速對災(zāi)情做出判斷，如派出救援機(jī)器人第一時間進(jìn)入災(zāi)區(qū)，代替救援人員進(jìn)行滅火、排煙等工作，對受災(zāi)人員進(jìn)行救助，大大減少救援人員的自身傷亡[6]。

3? 應(yīng)用實例——智慧消防

智慧消防是利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實、移動互聯(lián)網(wǎng)+等最新技術(shù)，配合大數(shù)據(jù)云計算平臺、火警智能研判等專業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)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(tǒng)是將GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、GSM（無線移動通信系統(tǒng)和計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代高新技術(shù)）集于一體的智能消防無線報警網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，成功地解決了電信、建筑、供電、交通等公共設(shè)施建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的問題，改變了過去傳統(tǒng)、落后和被動地報警、接警、處警模式，實現(xiàn)了報警自動化、接警智能化、處警預(yù)案化、管理網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)專業(yè)化、科技現(xiàn)代化，大大減少了中間環(huán)節(jié)，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(chǎn)的安全以及消防員的生命安全得到了最大限度地保護(hù)。

3.1? 智慧消防體系結(jié)構(gòu)

智慧消防由四層組成，包括感知層、傳輸層、應(yīng)用層和管理層，如圖1所示。

感知層主要是物聯(lián)網(wǎng)采集系統(tǒng)，包括各種消防設(shè)施數(shù)據(jù)采集、環(huán)境參數(shù)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(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議、安全認(rèn)證等，是數(shù)據(jù)采集上傳的安全通道;應(yīng)用層包含相關(guān)的支撐技術(shù)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、云計算平臺、數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)等;管理層主要是系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、用戶配置、安全和權(quán)限設(shè)定等功能。

3.2? 服務(wù)軟件開發(fā)

軟件是信息服務(wù)系統(tǒng)的靈魂。在智慧消防系統(tǒng)中，軟件部分同樣占據(jù)重要的位置。按照智慧消防建設(shè)“大數(shù)據(jù)、一張圖的實戰(zhàn)指揮平臺，高層住宅智能消防預(yù)警系統(tǒng)，數(shù)字化預(yù)案編制和管理應(yīng)用平臺，社會消防安全管理系統(tǒng)”的思路，設(shè)計了23個軟件子系統(tǒng)：高層火災(zāi)智能逃生預(yù)警系統(tǒng)、智能消防水源管理系統(tǒng)（含附近水源）、消防泵智能監(jiān)控系統(tǒng)、消防電源智能監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)、防排煙智能監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)施及器材智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、消防控制室智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能消防分隔設(shè)施管理系統(tǒng)（含防火門、防火通道）、智能應(yīng)急疏散指示和應(yīng)急照明管理系統(tǒng)消防電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能消防可視化管理系統(tǒng)（含聯(lián)動模塊）、消防廣播智能管理子系統(tǒng)（含消防對講模塊）、智能消防PGIS管理系統(tǒng)、消防智能大屏指揮系統(tǒng)（展示）、智能消防巡更巡查系統(tǒng)、家庭廚房智能安全管理系統(tǒng)（可燃?xì)怏w監(jiān)測）、移動App智能消防交互子系統(tǒng)、用戶登錄日志管理子系統(tǒng)、智慧消防數(shù)據(jù)管理與分析子系統(tǒng)、后臺管理與CA系統(tǒng)、消防設(shè)備設(shè)施制造商管理系統(tǒng)、智慧用電管理子系統(tǒng)等。這些軟件系統(tǒng)的運(yùn)行，基本保證了消防業(yè)務(wù)的智能化。

4? 結(jié)語

人工智能技術(shù)的發(fā)展方興未艾，將在防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)和應(yīng)急管理等領(lǐng)域提供越來越多的智能化支持。在災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、預(yù)報、救援決策與指揮、車輛調(diào)度、人員配置、路徑優(yōu)化等方面發(fā)揮重要作用，為人類生命財產(chǎn)安全提供有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國人工智能2.0發(fā)展戰(zhàn)略研究項目組. 中國人工智能2.0發(fā)展戰(zhàn)略研究[M].杭州：浙江大學(xué)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(yīng)急管理數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究[J]. 圖書館理論與實踐，2019（6）：7.

[3]張夢.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的城市內(nèi)澇點(diǎn)降雨積水預(yù)測研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2019.

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

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

[6]張友利.人工智能在救援工作中的應(yīng)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