基于物联网的灭火救援决策支持系统

张志华，朱红伟

(武警学院 消防指挥系，河北 廊坊 065000)

灭火救援任务是消防部队工作的重点。灾害现场信息纷繁复杂，指挥员能否全面准确掌控灾害现场信息直接关系到整个战斗行动的成败。物联网技术作为一项新兴的现代科学技术，具有智能化程度高、拓展性良好、资源共享能力强等优点，适用于消防部门的远程监控、智能管理和信息资源共享等工作[1]。在灭火救援过程中应用这种技术能够实现智能化感知识别、动态定位跟踪和精确控制管理，从而可以有效地解决现场处置过程中存在的各种难题，提高灭火救援能力[2]。

目前，物联网的研发和应用已经纳入国家重大发展战略[3]，“智慧城市”已经成为未来城市发展的方向[4]。作为“智慧城市”建设体系中的有机组成部分，各省消防总队正在大力推进“智慧消防”建设。但是我国“智慧消防”建设才刚刚起步，目前还没有一个统一的模式可供借鉴。因此，本文的研究以及系统的开发为消防部队“智慧消防”的建设提供了新的思路，具有较强的现实意义。

一、系统体系架构设计

系统的体系结构包括感知层、网络层、应用层，如图1所示。首先，利用传感器、RFID、GPS/北斗定位以及视频监控等感知技术，随时随地获取消防员的位置和状况以及消防装备和灾害现场环境信息；然后利用云计算技术对海量异构数据进行分析与处理；最后通过可视化操作对分析的结果进行直观准确的呈现，实现对灾害现场信息随时随地的交互、共享，从而达到智能决策与控制的目的。

图1 系统体系架构

感知层作为消防数据信息的来源，主要实现对物体的全面感知。感知层包括数据采集和短距离无线通信两个部分，具体由各类传感器和传感网络、RFID电子标签和阅读器以及监控摄像头等设备构成[5]。感知层主要功能是对感知对象的状态、位置、数量、行为、环境状况等动态或静态的信息进行大规模、分布式的实时动态采集及状况识别[6]，此外还能够接收网络层传输的控制命令，并迅速响应。感知层是物联网技术架构中最为关键的环节，因为采集的数据正确与否关系到指挥员的决策成败。

网络层主要实现信息传递功能，将感知层感知到的数据可靠、安全、无障碍地进行传输，并解决远距离传输问题。网络层包括接入网和核心网，接入网为消防物联网终端提供网络接入功能。核心网是基于IP的统一、高性能、可扩展的网络，支持异构接入以及终端的可移动性。

应用层主要是利用经过分析处理的感知数据，开发各类消防业务应用服务系统，将物联网技术优势与消防管理、调度、救援等结合起来，实现智能化监控管理，以辅助指挥员进行决策指挥。具体来讲，应用层将网络层传输来的数据通过云计算技术进行分析处理，并将数据资源储存在“网络云”中进行共享，在数据解释方面则通过可视化分析实现人机交互，实现对装备器材、固定设施等信息的录入和灭火救援信息的智能检索以及对人员、车辆、装备、环境等信息的动态监控。在应用终端以Web页面访问形式实现实时动态的信息查询。指挥员利用具有登录权限的手持移动终端，通过Internet连接到Web浏览界面即可实现对灾害现场信息的实时掌握，对火灾进行全方位、多角度、精细化、信息化、可视化的作战指挥。

二、系统软件的开发

灭火救援决策支持系统软件是对感知数据提供人机交互的操作界面，以Web页面访问形式实现可视化展示,其优点是能够实现多终端协同应用，拥有权限的终端可以在任何地点通过Internet连接，使指挥员、专家组成员能够远程、直观、高效地掌握灾害现场信息。

(一)系统主要功能模块

1.采集模块

利用射频识别技术、传感技术、自组网技术、GPS/北斗定位系统、图像监控系统等对灾害现场环境、消防员生理状况、器材装备状态、消防车辆位置、建筑物室内消防设施等进行实时监测、智能化感知识别、动态定位跟踪和精确控制管理。

2.储存模块

利用数据库实现对大量异构数据的分类储存以及有关操作指令的储存。

3.查询模块

对无线传感网络中各节点动态监控或采集的数据进行实时查询，同时满足对历史数据库中存储的相关灭火救援案例、预案等历史数据查询操作。

4.统计分析模块

利用云计算技术实现对灾害现场数据的统计、分析、处理，通过可视化分析对数据进行动态直观显示，实现辅助决策。

5.通信模块

实现无线传感器自组网络的内部通信及互联网、3G/4G公共网络平台通信。WSN内部通信通过WSN组网机制实现，3G/4G网络通过提供接入端口，进行通信。

6.共享模块

整合消防业务信息系统数据、辖区内政府各部门管理数据、公共服务机构业务数据、公安专业数据及社会单位基础数据等各类消防相关数据。统一数据格式，上传至“政府云”平台，提供接入端口，实现资源共享。

(二)灭火救援决策支持系统

灭火救援决策支持系统主界面如图2所示,具有使用权限的用户通过输入账号和密码登录该系统。系统包括环境数据库、人员数据库、装备数据库、辖区重点单位数据库及其他相关因素数据库。环境数据库中包括道路交通数据库、消防水源数据库和气象数据库；人员数据库中包括消防官兵执勤实力电子档案、火灾现场消防官兵生理状况和火灾现场消防官兵位置信息；装备数据库包括消防车辆管理系统、装备器材管理系统和灭火药剂管理系统；辖区重点单位数据库包括社会单位基本情况及消防安全重点单位应急预案库；其他相关因素数据库包括危险化学品信息子系统、典型灭火救援案例子系统、语音识别录入系统、市政监控信息系统等九个子系统。使用者可以动态查询各子系统中的数据，并能够进行实时录入、修改、跟踪、监控。

图2 系统主界面

三、手持移动终端的应用

利用智能手机、平板电脑等手持终端，在拥有登录权限的情况下，可以在任何时间、任何地点通过Internet连接到系统的Web浏览界面，实现对灾害现场信息的实时掌握。

指挥员通过手持移动终端，登录灭火救援决策支持系统查询各子系统的数据，在接警出动过程中可以随时查询道路交通信息，选取最优行车路线，快速到达火场，跟车中队指挥员可以充分利用此时间段，调阅查看起火单位建筑结构图、相应灭火救援预案，通过单位监控录像传输的视频信息或消防控制室反馈的火情信息，对灾害现场进行初步掌握，并实时接收指挥中心的下达的作战命令。

在火灾扑救过程中，基层指挥员根据指挥部命令合理安排消防车停靠位置，充分利用消防水源，实现科学调度。移动终端Web浏览界面会动态显示火灾现场温度、湿度、风向、风速等气象因素变化，便于及时调整救援方案策略。指挥员可以实时掌握消防员生理状况、空气呼吸器气瓶压力状况，进行人员轮换，及时下达进攻撤离指令，根据火情合理选择灭火救援装备及破拆装备，对装备位置情况、使用情况进行查询，实现科学调度，会在系统中实现动态获取车载、库存、社会单位储备的灭火药剂的数量、分布等信息及灾害现场的可用灭火剂总量统计信息，实现消防部队跨区域调度与社会单位协同作战，保障灭火剂充足供应。

灭火救援手持移动终端作为便捷式的综合信息处理平台，为消防部队在火灾扑救过程中全方位掌控灭火救援战斗现场信息，做到快速响应、高效处置，实现装备资源优化配置及为指挥员提供辅助决策提供了重要的技术保障。

四、结束语

现阶段，各省公安消防总队都在大力推进“智慧消防”建设，采用物联网技术不但可以远程监控重点单位、道路交通等情况，同时也能够实现火灾现场装备器材、消防车辆性能参数和位置信息以及战斗员生理体征、位置状况的实时采集。基于物联网技术开发的灭火救援决策支持系统通过对大数据的综合分析和挖掘，为指挥员灭火救援作战指挥提供决策支持。

[1] 杜经纬,李海涛,梁涛.国内外物联网研究现状及展望[J].世界科技研究与发展,2013,35(3):408-416.

[2] 杨校权.物联网感知层无线通信系统的设计与应用[D].重庆: 重庆邮电大学，2012.

[3] 王丽丽.未来物联网应用的软件架构研究[J].信息技术,2015(8):110-112.

[4] 代绍飞.智慧城市建设探讨[J].中国科技纵横,2015,18(1):19-25.

[5] 刘强, 崔莉, 陈海明.物联网关键技术与应用[J]. 计算机科学, 2010,37(6):1-4.

[6] 裴建国, 张颖花,张翔.基于ZigBee技术的灭火救援现场数据采集系统研究[J].武警学院学报,2015,31(4):37-40.