安科瑞 鮑靜君

　　摘要 ：近年來，隨著我國城市化建設(shè)步伐的加快，以IoT、云計算大數(shù)據(jù)、AI 為代表的新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展和普及，構(gòu)建智慧城市成為大勢所趨，而智慧消防正是智慧城市建設(shè)中智慧公共安全應(yīng)用領(lǐng)域的重要組成部分，是智慧城市在城市消防領(lǐng)域的具體應(yīng)用。通過AIoT 對傳統(tǒng)消防的加持，可以讓消防系統(tǒng)具備感知能力、自控能力和預(yù)警能力等，為城市的發(fā)展、市民生產(chǎn)生活提供必要保證。本文通過當(dāng)前消防領(lǐng)域的典型案例說明了智慧消防是如何將AI 與IoT 結(jié)合，對火災(zāi)、險情進行防范、預(yù)警和處置的，通過智慧消防的加持，智慧城市的公共安全將變得更加可靠。

　　關(guān)鍵詞：智慧消防；NB-IoT；人工智能引言

　　1引言

　　隨著城市化建設(shè)進程的加快，城市規(guī)模不斷擴大、摩天大樓拔地而起，商圈和文娛設(shè)施等各類建筑日益增長，城市地下鐵網(wǎng)絡(luò)密布，消防安全形勢變得愈加嚴(yán)峻，消防安全需求變得更加迫切。但卻面臨消防機構(gòu)、消防安全監(jiān)督管理部門人員不足，消防安全管理缺乏技術(shù)手段支持和社會化手段輔助，尚不能實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)、整改、重大火災(zāi)隱患的目標(biāo)，火災(zāi)發(fā)生幾率和火災(zāi)風(fēng)險仍十分嚴(yán)峻。

　　近兩年，國內(nèi)重大火情不斷，從2018 年9 月的巴西國家博物館大火、11 月18 日北京市大興區(qū)西紅門鎮(zhèn)火災(zāi)事故，到2019 年4 月初巴黎圣母院失火，有的造成了重大人員傷亡，有的造成了重大經(jīng)濟和文化損失。如何防患火災(zāi)、確保消防安全，成為當(dāng)今智慧城市、智慧園區(qū)/社區(qū)建設(shè)、運營、管理工作中的難點問題。通過運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)構(gòu)建起智慧消防系統(tǒng)，有效整合各方資源、匯總并打通不同維度的消防數(shù)據(jù)，對排摸火災(zāi)隱患底數(shù)，成為支撐城市公共安全、加快構(gòu)建城市智慧消防體系，掌握救災(zāi)、滅火主動權(quán)的關(guān)鍵。

　　2 智慧消防相關(guān)政策

　　在政策方面，2017 年10 月10 日，消防局發(fā)布了《關(guān)于推進“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見（公消[2017]297 號）》。意見要求，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，加快推進“智慧消防”建設(shè)，促進信息化與消防業(yè)務(wù)工作的融合、全覆蓋的社會火災(zāi)防控體系，實現(xiàn)“傳統(tǒng)消防”向“現(xiàn)代消防”的轉(zhuǎn)變。2018 年年底，地級以上城市建成消防物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

　　目前已建成消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的城市，在2017 年年底，70% 以上的火災(zāi)高危單位和設(shè)有自動消防設(shè)施的高層建筑接入系統(tǒng)，2018 年年底要全部接入。《意見》中提出的在推進“智慧消防”建設(shè)的基礎(chǔ)上，需按照“急需先建、內(nèi)外共建”的方式，抓好相關(guān)消防基礎(chǔ)設(shè)備的建設(shè)和改造，實現(xiàn)動態(tài)感知、智能研判、為消防工作戰(zhàn)斗力的提升，提供信息化支撐。

　　3 智慧消防面臨的問題

　　3.1標(biāo)準(zhǔn)滯后

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，很多新的技術(shù)和產(chǎn)品也應(yīng)用到了消防設(shè)備領(lǐng)域，但是新技術(shù)、新應(yīng)用出現(xiàn)后，對應(yīng)的檢驗檢測標(biāo)準(zhǔn)還沒有更新或者發(fā)布。因為消防類終端產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣、數(shù)量大、一旦出現(xiàn)故障造成危害大，所以及時建立相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢驗驗收標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。也有助于用戶方對標(biāo)采購、有助于消防支隊在檢測驗收時候有據(jù)可循。

　　3.2選型不當(dāng)影響產(chǎn)品及系統(tǒng)的安全運行

　　很多消防終端設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境和場景惡劣，這對新研發(fā)的產(chǎn)品或關(guān)聯(lián)模塊有較高的質(zhì)量要求，但是生產(chǎn)制造企業(yè)對不同的芯片、模組的技術(shù)參數(shù)、適用范圍了解有限，如果不能優(yōu)先選擇適用的芯片、模組、傳感元器件來組裝設(shè)備，可能在應(yīng)用中出現(xiàn)各種問題。所以產(chǎn)品選型和輔助產(chǎn)品設(shè)計對于消防類產(chǎn)品的原型設(shè)計和原型制造至關(guān)重要。

　　3.3概念落后

　　據(jù)訪問調(diào)研，從事消防終端器材生產(chǎn)制造的企業(yè)中有不少在新智能化產(chǎn)品推進領(lǐng)域持保守態(tài)度，因為非智能的產(chǎn)品相對容易通過驗收，而增加了新功能的產(chǎn)品不一定能通過驗收，一旦被罰將造成較大的損失。因此，整個消防行業(yè)需要重新教育和引導(dǎo)，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推出后，需要和消防領(lǐng)域的行業(yè)協(xié)會、標(biāo)準(zhǔn)化組織合作，樹立相應(yīng)的，以便參考和效仿。

　　3.4管理水平落后

　　當(dāng)前，國內(nèi)對煙霧感應(yīng)器、消防栓、滅火器、消防噴頭、消防水箱等消防器材的管理和排查仍以人工檢查、手工記錄為主，檢查記錄通常以紙制方式歸檔儲存，在檢查過程中也會發(fā)現(xiàn)意外情況，例如：煙霧感應(yīng)器經(jīng)過幾年的使用，一旦電池電量消耗完就喪失了報警功能， 但管控中心無法知道海量的煙霧感應(yīng)器的工作狀態(tài)，無法對無電的進行電池更換等。還有消防栓蓋松/水壓不足、滅火器被開啟/重量不足等現(xiàn)象，都要單獨填寫表單記錄，但記錄后卻容易將消防器材混淆，主要因為消防器材外觀相似性，不易辨別。

　　要解決以上問題，就需要對消防業(yè)務(wù)有深刻理解，依托先進的公共安全技術(shù)并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，將有助于提升智慧消防、智慧警務(wù)等領(lǐng)域的設(shè)備和平臺研發(fā)，向各級消防單位提供智慧消防解決方案和配套支持。

　　4 智能物聯(lián)如何與消防結(jié)合

　　首先，智慧消防的建設(shè)方向和目標(biāo)是通過“消與防”與智能化的相互結(jié)合，實現(xiàn)對消防工作、消防人員、消防設(shè)備和器材的管理由粗放型向精細化轉(zhuǎn)型。通過提升消防工作的科技含量，來提高滅火救援工作的保障力，基于消防特定場景的需求，通過對現(xiàn)有的消防器材、車輛進行智能化改造和創(chuàng)新，加強人員和設(shè)備的消防協(xié)同作業(yè)能力，提高消防隊伍的戰(zhàn)斗力，為企業(yè)和民眾的生產(chǎn)生活提供安全保障。

　　如何將消防與人工智能和物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合？首先通過對傳統(tǒng)消防設(shè)備例如消防栓、消防水箱、噴淋設(shè)備、監(jiān)控攝像頭等進行改造，使其不僅具備已有的消防功能，還能成為獲取消防監(jiān)控場景數(shù)據(jù)的傳感器，為消防云平臺提供實時或非實時的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的標(biāo)記、挖掘和分析，對火災(zāi)識別算法模型進行不斷的訓(xùn)練，使算法不僅能夠快速發(fā)現(xiàn)火情并報警，還能通過甄別不同的煙霧、火焰顏色來判斷是否有助燃劑、什么氣體或燃料引起的火焰，關(guān)鍵的是在火災(zāi)剛剛發(fā)生時， 就能報警并實施撲救。

　　同時，基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的消防云平臺在火災(zāi)防控工作中也發(fā)揮著重要作用，它可以與攝像頭、機器人等終端設(shè)備配套，通過與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)集結(jié)合，協(xié)助物業(yè)管理人員進行日常的消防巡檢工作，可以將警報信息發(fā)給相關(guān)人員，例如物業(yè)、業(yè)主、或遠在數(shù)公里外的消防人員。通過消防云平臺預(yù)先獲悉火災(zāi)相關(guān)信息，對于消防人員更科學(xué)地實施滅火預(yù)案會非常有效（見圖1）。

5 智慧消防典型應(yīng)用場景和案例

　　5.1煙霧感應(yīng)器

　　場景描述及關(guān)聯(lián)問題：煙霧感應(yīng)類消防產(chǎn)品（后面簡稱為“煙感裝置”）的市場需求規(guī)模比較大，在老舊小區(qū)的應(yīng)用環(huán)境中，煙霧感應(yīng)裝置（通常采用鋰電池供電）在安裝完畢后處于無人監(jiān)管狀態(tài)，待2~3 年后電量消耗完畢，功能隨即失靈，這是煙感裝置的主要問題之一。之前的煙感裝置采用有線來供電，線路安裝在墻體內(nèi)，安裝復(fù)雜而且容易被昆蟲、老鼠等啃咬，容易受損，受損后還不易查找故障源以及維修更換。

　　傳統(tǒng)解決方案：傳統(tǒng)的解決方法依靠人工巡查，問題是實時性差、人工成本高、效率低、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等。

　　智能物聯(lián)解決方案：智能煙霧感應(yīng)器除了具備煙霧感應(yīng)功能外，還內(nèi)置了NB-IoT 無線通信模塊，當(dāng)感應(yīng)器探測到煙霧達到報警濃度時，會及時發(fā)出聲光報警并將警報消息實時推送到APP，同時還可以聯(lián)動其他智能消防器材配套使用，例如消防噴淋、聲光報警喇叭等。該方案可廣泛用于文物保護場所、藝術(shù)館、博物館、老四合院、七小場所、居民住宅等領(lǐng)域（見圖2）。

5.2智能消防栓

　　場景描述及關(guān)聯(lián)問題：在日常生活中，由于各種原因?qū)е孪鹚o法發(fā)揮其應(yīng)有的作用。如：水壓不夠、消火栓被嚴(yán)重?fù)p壞而無法連接、非法拆除消火栓、非法盜用消防栓免費水、被強制中斷供水等。消防栓是成功滅火的重要保障，它的水壓不足、被損壞后未及時發(fā)現(xiàn)和更換，將對人們的生命安全、財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，如何保證消火栓處于正常可使用狀態(tài)，如何提升消防和水務(wù)部門的消防栓管理水平保障消防栓被合理利用，如何保證消防水不被肆意盜用等都是需要亟需解決的問題。

　　傳統(tǒng)解決方案：傳統(tǒng)的解決方法依靠人工巡查，問題是實時性差、人工成本高、效率低、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等。

　　智能物聯(lián)解決方案：消防栓內(nèi)置了壓力開關(guān)、壓力傳感器和NB-IoT 模塊，可以對水壓等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)水壓異常或缺水等情況會立即自動報警， 同時還能及時發(fā)現(xiàn)消防栓被打開、被破壞、被撞倒、管道壓力不足或非正常出水等情況。便于及時維護，以確保火險發(fā)生時有水可用。當(dāng)火情發(fā)生時，智慧消防云平臺還可以將接入的消防栓定位推送到消防人員的手機APP，通過手機APP 可以隨時查看報警信息，并定位到消防栓的位置，以提升救火效率。

　　智能接消防栓的另一個主要目的是要跟蹤丟失的水源去哪里了，水的直徑達到100mm，5min 就足以流失一噸水，其他需求還有消防水管水壓預(yù)警，目前通用的解決方案是基于NB-IoT/GPRS 網(wǎng)絡(luò)等研發(fā)了消防智能監(jiān)控&水壓檢測系統(tǒng)。該終端由智能消防栓悶蓋和消防管道壓力終端兩部分組成，可實現(xiàn)對消防栓及消防管道使用情況進行遠程管理，防范偷盜水的同時杜絕緊急情況下消防管道無水或水壓不足造成的重大安全事故（見圖3）。

5.3“火眼”可視圖像早期火災(zāi)報警系統(tǒng)

　　場景描述及關(guān)聯(lián)問題：在服裝鞋帽城、物流基地、批發(fā)市場等防火單位，在火災(zāi)發(fā)生前或火勢剛剛發(fā)起時刻進行預(yù)警、預(yù)告和處置，對火勢的控制具有至關(guān)重要的意義，因為以上場景易燃物較多，一旦在初始階段沒有控制住火勢，擴大后很難控制。

　　傳統(tǒng)解決方案：通過煙霧探測、紅外探測、溫度傳感器等方式雖然能探測到煙霧和溫度的變化，但是因為被測場景環(huán)境復(fù)雜，易誤報，隨著誤報次數(shù)增多， 容易造成消防人員疲憊代謝。而且因為傳感器精度的問題，并不能保證在火勢剛起或火勢較小的時刻立即捕捉到險情并報警，從而延誤撲救的時間。

　　智能物聯(lián)解決方案：“火眼”可視圖像早期火災(zāi)報警系統(tǒng)是國家消防工程技術(shù)研究中心、天津消防研究所、聯(lián)合天津大學(xué)等，歷時6 年研制成功的一種利用視頻圖像分析技術(shù)探測火焰和煙霧的火災(zāi)報警系統(tǒng)。

　　“火眼”系統(tǒng)主要由視頻圖像火災(zāi)探測軟件和普通安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)通常是采用傳感器對煙霧、熱源的感應(yīng)來對火災(zāi)進行識別和告警的。而“火眼”系統(tǒng)由“感知”火災(zāi)轉(zhuǎn)變“觀察”，通過“看”來分辨和發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。

　　“火眼”探測系統(tǒng)是基于圖像智能識別技術(shù)及機器學(xué)習(xí)理論研發(fā)的一套AI 消防云系統(tǒng)，通過對數(shù)十萬次火焰燃燒試驗，對火焰、煙霧的圖像特征數(shù)據(jù)進行分析并形成標(biāo)準(zhǔn)火焰圖像數(shù)據(jù)倉庫，不斷地訓(xùn)練“火眼”探測系統(tǒng)的算法模型，使該系統(tǒng)不斷自學(xué)習(xí)，能更快地辨別各種煙霧和火眼。當(dāng)被火眼判決為火災(zāi)圖像時，“火眼”會采用兩級報警方式，當(dāng)監(jiān)控攝像區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)火焰或煙霧時，系統(tǒng)通過智能分析可提供多級報警機制。在觀測到火點時“火眼”系統(tǒng)會立即做出反應(yīng)，提醒用戶注意。當(dāng)煙霧或火焰持續(xù)加強，系統(tǒng)通過分析進一步判斷確認(rèn)為火災(zāi)圖像時，會發(fā)出明確的火警信號，并引發(fā)聲光報警，使值班人員能有時間準(zhǔn)確判斷火警情況后，再根據(jù)應(yīng)急預(yù)案采取消防措施。兩級火災(zāi)報警方式可以防止其他干擾因素，減少誤報率，提升火災(zāi)報警的準(zhǔn)確性。

　　5.4物聯(lián)網(wǎng)電氣火災(zāi)預(yù)警云監(jiān)控系統(tǒng)

　　場景描述及關(guān)聯(lián)問題：隨著智能硬件的普及，各類智能化用電設(shè)備逐年增加，火災(zāi)事故呈上升趨勢。據(jù)消防部門對已發(fā)生的火災(zāi)成因分析統(tǒng)計，近30% 的火災(zāi)是電氣線路故障引起的，而且電氣線路故障是造成的多數(shù)重大火災(zāi)的主要原因之一。該類火災(zāi)事故不僅造成傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失，還可能引發(fā)火災(zāi)發(fā)生地及附近區(qū)域電力系統(tǒng)大面積癱瘓，給居民生產(chǎn)生活帶來不便。但電氣線路的故障和隱患并無明顯特征，不易引起人們察覺。

　　智能物聯(lián)解決方案：通過在樓宇中加裝無線底座的光電感煙火災(zāi)探測器報警器，和社區(qū)中增加NB-IoT/LoRa/GPRS 模塊的消防栓等連接，及時采集數(shù)據(jù)（火災(zāi)報警、煙感失聯(lián)報警、煙感故障報警、電池需更換）上報到物聯(lián)云監(jiān)控主機，可以實現(xiàn)對建筑物各區(qū)域用電情況進行實時在線監(jiān)測，實時掌握各電力參數(shù)和電能使用效率，為智慧樓宇提供大數(shù)據(jù)支撐，給出合理的節(jié)能方案，并可實時進行管控。對建筑物內(nèi)供電系統(tǒng)隱患如漏電流過大、電壓不穩(wěn)、電流過載、線纜溫度過高、三相不平衡等參數(shù)進行全天候24h 巡檢。

　　6 安科瑞智慧消防監(jiān)控平臺功能

　　平臺登陸

　　用戶登錄成功之后進入首頁，如圖所示。主要展示的內(nèi)容有：項目概況、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備分類、設(shè)備報警信息、報警分類、報警統(tǒng)計、設(shè)備臺賬信息等。其中百度地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

實時監(jiān)控

　　智慧用電子系統(tǒng)可接入電氣火災(zāi)、故障電弧、電氣火災(zāi)主機、滅弧式保護器探測和母排無線測溫探測等等各類子系統(tǒng)，實現(xiàn)對相關(guān)消防系統(tǒng)設(shè)備的信息實時監(jiān)控，一且發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)劇超過風(fēng)險閾值，APP、短信報警、電話報警統(tǒng)統(tǒng)上陣，通過設(shè)備的標(biāo)簽、地理位置定位，快速通知，快速處置

隱患管理

　　隱患管理包括隱患巡查、隱患解決處理、和隱患記錄，隱患巡查的目的是為了系統(tǒng)在產(chǎn)生報警或隱患后，系統(tǒng)可以針對工程人員派發(fā)工單，處理完以后工程人員能夠在系統(tǒng)中填寫相關(guān)工單任務(wù)記錄，以供歷史查詢。隱患統(tǒng)計支持對項目進行日、月、季、年的維度查詢，并能夠自定義時間查詢，將項目下隱患以曲線，圖表的形式展現(xiàn)

統(tǒng)計分析

　　統(tǒng)計分析包括數(shù)據(jù)匯總和分析報告，數(shù)據(jù)匯總以曲線和表格形式顯示各個月份的報警和故障記錄，同時顯示控制日志，支持按照控制類和參數(shù)設(shè)置類分別顯示，也可以按照操作是否成功分別顯示，包括此次控制的操作情況，項目名稱，設(shè)備信息以及對應(yīng)的操作時間等；分析報告包括總體概況和設(shè)備回路特征分析。

運維管理

　　根據(jù)運維調(diào)度管理的需要，智能調(diào)度技術(shù)人員可以分為不同角色，系統(tǒng)支持巡檢計劃和巡檢日歷，可支持巡檢人員使用手機NFC芯片巡檢打卡的功能。

手機APP功能

　　手機APP軟件具有IOS版本和安卓版本，并與電腦終端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步，能展示剩余電流、溫度、電壓、電流等電氣安全參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線；短路、斷線、漏電、超溫、過壓、欠壓、過流等電氣故障實時報警數(shù)據(jù)等；能實時顯示項目地理位置、未排除隱患數(shù)、未處理巡檢數(shù)等；通過APP消息推送的方式提醒用戶實時報警信息；可以實現(xiàn)遠程復(fù)位、遠程分閘功能；可以對所有現(xiàn)場探測器進行遠程參數(shù)設(shè)定及修改；可以對所有現(xiàn)場探測器的遠程控制記錄進行查詢；

7 產(chǎn)品選型

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器

8 結(jié)束語

　　伴隨著人口的增長和城市化進程的加快，火災(zāi)是一直都存在的安全難題。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信、人工智能技術(shù)等的高速發(fā)展和普及，讓傳統(tǒng)的消防設(shè)備具備了感知能力和網(wǎng)絡(luò)連接能力，從而獲取了多維度的大量消防數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)可以用來訓(xùn)練智能消防的機器視覺分析模型，提升對煙霧、火焰的識別準(zhǔn)確率和識別效率。未來，“智能物聯(lián)網(wǎng)+消防”很快會在消防行業(yè)里掀起一場變革式的進步，為居民的幸福生活提供安全保障，為企業(yè)的生產(chǎn)和運營保駕護航。