摘要：隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，火災(zāi)事故隱患越來越受到社會各界的重視。隨著越來越多的信息技術(shù)和智能技術(shù)融入消防工作中，消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對監(jiān)控場景的實(shí)時監(jiān)測，從而更加快捷、高效地感知和傳遞火災(zāi)信息，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警和快速響應(yīng)?；诖?，本文從需求和功能的角度剖析了智慧城市背景下消防安全實(shí)時監(jiān)測技術(shù)的設(shè)計思路和技術(shù)架構(gòu)，介紹了消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，希望能夠給相關(guān)單位提供一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：智慧城市；消防；實(shí)時監(jiān)測；關(guān)鍵技術(shù)

引言

近年來，5G通信技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展日益成熟，智慧城市理念逐漸從構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。在智慧城市理念中，城市運(yùn)營管理的各項(xiàng)工作都依賴于技術(shù)手段，大幅提升了管理質(zhì)量和效能。智慧消防是智慧城市的重要延伸，有助于改變傳統(tǒng)的以人力為主導(dǎo)的消防管理模式，借助現(xiàn)代技術(shù)實(shí)現(xiàn)消防實(shí)時監(jiān)控和管理。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)云計算、人工智能等技術(shù)已經(jīng)逐步與消防管理工作相融合，形成了集實(shí)時監(jiān)控、火災(zāi)識別、風(fēng)險評估、火災(zāi)預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)為一體的消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，大幅提升了火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)對能力，保障了社會大眾的生命和財產(chǎn)安全。

一、智慧城市背景下消防安全實(shí)時監(jiān)測技術(shù)的設(shè)計思路和技術(shù)架構(gòu)

（一）設(shè)計思路

隨著城市化進(jìn)程的加快，當(dāng)前我國的城鎮(zhèn)化率已經(jīng)達(dá)到了66.16%，城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，建筑物數(shù)量、高度和密度也在不斷增加，給消防安全管理和滅火救援工作帶來了很大困難。隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的城市管理工作正在逐步朝著信息化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，“智慧城市”理念也就是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生。智慧城市是指在城市的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營管理等各個方面融入信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域、不同基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)之間的互通互聯(lián)和高效配合。

在智慧城市背景下，消防管理工作也逐漸從傳統(tǒng)的人力管理模式朝著智能化方向發(fā)展。城市中建筑物眾多，大量的消防隱患因素和風(fēng)險區(qū)域難以采用現(xiàn)場檢查的方式來防范火災(zāi)事故的發(fā)生。隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前建筑物中普遍安裝了如煙霧報警器、自動噴水滅火系統(tǒng)等設(shè)備，從而快速應(yīng)對火災(zāi)事故的發(fā)生并進(jìn)行初步處理。然而，這一技術(shù)具有誤報率高、反應(yīng)較慢、滅火能力不足等缺陷，難以滿足城市樓宇的消防安全管理需求。研究開發(fā)消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境的實(shí)時監(jiān)測、火災(zāi)因素的實(shí)時感知和及時預(yù)警，是消防智慧化發(fā)展的主要趨勢。

智慧城市背景下的消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求。第一，能夠?qū)ㄖ飪?nèi)的主要區(qū)域進(jìn)行實(shí)時消防監(jiān)測，采集溫度、濕度、煙霧等主要數(shù)據(jù)；第二，能夠?qū)λ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析和識別，準(zhǔn)確評估其是否屬于火災(zāi)信號以及火災(zāi)的風(fēng)險程度；第三，能夠依據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險預(yù)警，將建筑內(nèi)的消防火災(zāi)風(fēng)險位置、風(fēng)險等級向相關(guān)單位和人員進(jìn)行預(yù)報[1]。

（二）技術(shù)架構(gòu)

結(jié)合消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計思路應(yīng)包含物聯(lián)網(wǎng)、5G通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)云計算技術(shù)、人工智能等?；炯夹g(shù)架構(gòu)主要有四層。感知層：主要用于采集消防監(jiān)測所需的各類數(shù)據(jù)，通過煙霧探測器、感溫探測器等傳感設(shè)備和攝像設(shè)備實(shí)現(xiàn)。在應(yīng)用消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)時，城市建筑業(yè)主方或物業(yè)部門應(yīng)在消防部門的指導(dǎo)下在建筑關(guān)鍵部位安裝相關(guān)設(shè)備，并與系統(tǒng)進(jìn)行連接，以便感知環(huán)境和采集數(shù)據(jù)。通信層：主要用于數(shù)據(jù)傳輸，包括ZigBee協(xié)調(diào)器、5G無線網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)關(guān)等配置。同時，為了確保消防數(shù)據(jù)的安全性，還應(yīng)配置防火墻等安全防護(hù)措施，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露、遺失等現(xiàn)象[2]。處理層：處理層是整個消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的核心和大腦，感知層所采集的數(shù)據(jù)最終匯入這一層，在數(shù)據(jù)清洗和處理后存儲于數(shù)據(jù)庫中，便于分析和應(yīng)用。通過人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)對感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩查其中的異常數(shù)據(jù)，開展火災(zāi)分析，一旦發(fā)現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險，迅速開展定位和預(yù)警工作。展示層;主要服務(wù)于系統(tǒng)管理員和使用人員，如消防部門、建筑物業(yè)管理部門等，結(jié)合消防管理的實(shí)際需要，應(yīng)滿足PC端和移動端的展示需求，將火災(zāi)預(yù)警信息實(shí)時發(fā)送到相關(guān)負(fù)責(zé)人的設(shè)備上，管理人員登錄系統(tǒng)進(jìn)行消防事務(wù)處理。

二、智慧城市背景下消防安全實(shí)時監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要用于數(shù)據(jù)采集和智能預(yù)警。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心在于“萬物互聯(lián)”，即將系統(tǒng)內(nèi)的所有“物”通過傳感器、RFID和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)所需數(shù)據(jù)的采集、分析和應(yīng)用。

數(shù)據(jù)采集是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，也是消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建感知層、實(shí)現(xiàn)消防管理功能的基礎(chǔ)。正常情況下的建筑物與火災(zāi)發(fā)生時的建筑物在溫度、煙霧、氣體等多個方面有較大差異，通過對環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測，能夠?yàn)榛馂?zāi)發(fā)現(xiàn)、評估和定位奠定基礎(chǔ)。消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，需要對建筑物的關(guān)鍵位置和潛在風(fēng)險區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，并對各個位置上的傳感器等設(shè)備信息和環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行識別和采集。物聯(lián)網(wǎng)將建筑物內(nèi)的傳感器、攝像頭、RFID射頻識別標(biāo)簽與消防管理系統(tǒng)相串聯(lián)，24小時不間斷傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)以供處理層分析和識別[3]。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對消防通道、消防器材、消防水源等消防管理工作必備基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測，確保其始終處于正常狀態(tài)。以消防水源監(jiān)測為例，在消防水源系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如閥門、噴淋嘴等位置設(shè)置傳感器來感應(yīng)水壓、水位和故障情況。當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時，消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)就能夠迅速感知并將相關(guān)信息傳輸?shù)焦芾砣藛T的接收終端，提示其快速進(jìn)行排查和處理。

當(dāng)系統(tǒng)識別到建筑物內(nèi)的火災(zāi)風(fēng)險后，需要對其進(jìn)行定位，以便向管理員和用戶發(fā)送火災(zāi)預(yù)警信息。因此，火災(zāi)區(qū)域定位也是消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分。傳統(tǒng)的火災(zāi)定位方式并不精準(zhǔn)，實(shí)時性不強(qiáng)，難以起到良好的預(yù)警效果。傳感器本身是隨機(jī)布置的，不適宜安裝GPS定位（能耗高、成本較大）。對此，消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)以感知層數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過質(zhì)心算法來分析射頻信號的節(jié)點(diǎn)，從而精準(zhǔn)定位。在確定火災(zāi)位置后，系統(tǒng)將分析獲得的火災(zāi)風(fēng)險等級和位置信息發(fā)送給消防部門和用戶，能夠提升響應(yīng)速度，降低火災(zāi)風(fēng)險的不良后果。還可以配置消防管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的自動報警和應(yīng)急處理。這一套系統(tǒng)同樣可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即將實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)接入消防管理系統(tǒng)，在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)事故后將預(yù)警信號傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)。管理系統(tǒng)在自動化技術(shù)的輔助下打開消防水泵、噴淋泵管道閥門，迅速處理和控制初期火情。

（二）大數(shù)據(jù)云計算技術(shù)

大數(shù)據(jù)云計算技術(shù)在消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是數(shù)據(jù)的存儲和分析。在感知層中，分布在建筑物各個位置的傳感器會傳遞大量的環(huán)境數(shù)據(jù)以供分析，而這些數(shù)據(jù)的處理效率和精度決定了消防安全實(shí)時監(jiān)測的效果。借助大數(shù)據(jù)云計算技術(shù)，能夠搭建云端數(shù)據(jù)庫，并形成多個數(shù)據(jù)處理模塊，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)測、預(yù)警等智能決策功能。

數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)處理的前提和基礎(chǔ)。在消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中，整合了各類數(shù)據(jù)信息，如建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、消防設(shè)施數(shù)據(jù)、傳感系統(tǒng)數(shù)據(jù)、消防檢查信息、歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)來源不同，蘊(yùn)含的價值也各有差異，在數(shù)據(jù)庫的整合下，消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理和分析應(yīng)用[4]。數(shù)據(jù)庫不僅能夠?yàn)閷?shí)時數(shù)據(jù)的后續(xù)分析奠定基礎(chǔ)，還能夠滿足歷史數(shù)據(jù)分析需求，如可以從過往數(shù)據(jù)中評估哪些區(qū)域、哪些時段事故的發(fā)生概率較高，從而調(diào)整消防措施。

在消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)模塊主要包含三個部分。第一，數(shù)據(jù)采集模塊。這一模塊主要接收傳感器經(jīng)由通信技術(shù)傳輸而來的數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)統(tǒng)一在此匯總，并在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲備份。第二，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。由于采集設(shè)備的差異性，系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)可能會存在格式不統(tǒng)一、信息不完整等情況，需要進(jìn)行預(yù)處理。在這個模塊中，可以應(yīng)用數(shù)據(jù)清洗技術(shù)，將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)經(jīng)過清洗和轉(zhuǎn)換，形成直接可用的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。在完成數(shù)據(jù)預(yù)處理后，數(shù)據(jù)中心會將格式統(tǒng)一后的數(shù)據(jù)上傳至云計算中心，并在云端開展分析和決策[5]。第三，數(shù)據(jù)分析模塊。在這一模塊中，所有數(shù)據(jù)將會根據(jù)特定算法、模型開展分析。分析模塊中還包含大量數(shù)據(jù)分析工具，如可視化工具，將數(shù)據(jù)以可視化圖表的形式呈現(xiàn)；趨勢預(yù)測工具，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化特征進(jìn)行趨勢預(yù)判，以提升消防響應(yīng)能力。

（三）人工智能技術(shù)

近年來，人工智能技術(shù)得到了飛速發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域開始應(yīng)用人工智能技術(shù)。在消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中引入人工智能技術(shù)，能夠進(jìn)一步提升火災(zāi)識別和分析能力。在火災(zāi)識別中，通常采用傳感設(shè)備來識別火災(zāi)相關(guān)因素，如溫度變化、煙霧、氣體等。人工智能具有圖像識別功能，以此技術(shù)為核心的AI攝像頭能夠?qū)σ曨l圖像進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和分析。例如，煙火識別算法能夠準(zhǔn)確評估監(jiān)測場景中是否出現(xiàn)了火點(diǎn)、煙霧和火焰，從而配合傳感設(shè)備對火災(zāi)進(jìn)行精準(zhǔn)識別[6]。無論是傳感器還是AI攝像頭，均為事后識別，即在火災(zāi)發(fā)生后進(jìn)行識別。隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，AI攝像頭不僅能夠?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)因素的分析，還能夠?qū)鼍爸械幕馂?zāi)風(fēng)險進(jìn)行識別。一般來說，火災(zāi)起因分為客觀和人為兩種?？陀^是指電氣火災(zāi)、極端天氣火災(zāi)等由客觀因素造成的火災(zāi)；人為是指由于違規(guī)操作、用火不慎等行為引起的火災(zāi)。AI攝像頭在對建筑場景進(jìn)行監(jiān)測時，可以對人為因素進(jìn)行識別和分析，如有人亂扔煙頭，可以適時發(fā)出警告。

在火災(zāi)分析中，人工智能技術(shù)主要用于評估火災(zāi)的風(fēng)險程度，從而選擇對應(yīng)的消防措施。普通的環(huán)境數(shù)據(jù)分析手段評估火災(zāi)風(fēng)險程度的結(jié)果比較模糊，容易出現(xiàn)預(yù)警信息不夠精準(zhǔn)的情況。借助人工智能的模糊算法，能夠?qū)⑼ǔＪ褂玫娘L(fēng)險程度評價術(shù)語（高、中、低等）轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)指標(biāo)（閾值或百分比），并通過對應(yīng)的方式進(jìn)行更為精準(zhǔn)的評估[7]。

（四）5G通信技術(shù)

5G通信技術(shù)是智慧城市建設(shè)的前提，具有高速率、低時延、大容量的通信特征。在整個消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)十分關(guān)鍵，通信系統(tǒng)的傳輸速度決定了消防監(jiān)測能否真正達(dá)到“實(shí)時”。對于一幢大型建筑來說，存在諸多需要監(jiān)測的點(diǎn)位，如電力系統(tǒng)周邊、電梯井、消防通道等。因此，需要布設(shè)大量的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，不斷獲取數(shù)據(jù)信息并傳輸至消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中。為了避免數(shù)據(jù)流的增加占用信道資源，要充分利用5G通信技術(shù)形成大容量、超高速的通信方案，從而為消防系統(tǒng)的高效運(yùn)作提供有力支持[8]。

為了提升傳輸效率，消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中的通信層在整合感知層的各項(xiàng)數(shù)據(jù)后，可以在5G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用ZigBee、藍(lán)牙多種通信技術(shù)傳輸?shù)胶蠖说奶幚韺?，以便處理層更加快速開展數(shù)據(jù)分析工作，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)事故的及時響應(yīng)。

結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)和科技的飛速發(fā)展，消防工作也日益朝著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。融合了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)云計算等關(guān)鍵技術(shù)的消防安全實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)消防關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。通過對火災(zāi)隱患的實(shí)時分析和火災(zāi)險情的快速預(yù)警，能夠有效保障城市環(huán)境的消防安全。

參考文獻(xiàn)

[1]錢紅.智慧城市背景下消防安全實(shí)時監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2023，42（03）：407-410.

[2]劉江龍.關(guān)于大型商業(yè)綜合體消防安全隱患智能預(yù)警監(jiān)測管理系統(tǒng)的研究[J].科技與創(chuàng)新，2023（23）：141-143.

[3]馬艷梅.基于智能傳感器的消防監(jiān)測系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].太原學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，40（03）：31-37.

[4]張磊，成昭.智慧消防監(jiān)管平臺及大數(shù)據(jù)預(yù)警響應(yīng)機(jī)制的構(gòu)建[J].水上安全，2023（14）：76-78.

[5]顧夢嬌，那孜古力·斯拉木，鐘青陽，等.面向智慧消防的數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2023，19（34）：66-70.

[6]劉川溥.消防監(jiān)督工作中人工智能技術(shù)運(yùn)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2022，12（33）：189-192.

[7]林曉冬.基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的消防智能決策系統(tǒng)的研究[J].電信快報，2022（09）：23-26+33.

[8]羅元明.智慧消防在防火監(jiān)督業(yè)務(wù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].今日消防，2023，8（10）：66-68.

作者簡介：

亢佳（1994- ），男，漢族，陜西漢中人，本科，研究方向：消防監(jiān)督。