物联网及其在应急管理中的应用

董向东 王文行 李建彬

摘要：物联网诞生于1999年，普及于2005年，发展于2009年至今，已被广泛应用于工业、农业、国防、交通、医疗、物流、安防、建筑、管理、公共服务等领域。充分发挥物联网优势，推进物联网在应急管理中的应用是提高应急综合管理能力和水平、推进国家治理能力现代化的重大举措。

关键词：物联网；应急管理；应用

中图分类号：F49文献标志码：A

0引言

1990年，世界上第一个网络可乐贩售机在美国施乐公司诞生，这是最早出现的物联网原型实践机，但是人们只是把它当作一个新颖的产品。第二年，美国麻省理工学院的Kevin Ashton教授首次创造性的提出了物联网的概念。1995年，比尔盖茨在《未来之路》一书中应用了物联网一词，但受限于人们认识能力限制，并未引起广泛关注。1999年，美国麻省理工学院建立世界上第一个“自动识别中心”，并提出“万物皆可通过网络互联”的重大判断，同时还具体阐明物联网是建立在物品编码、RFID技术和互联网基础之上的。2003年美国《技术评论》杂志报出：“传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首”。2005年11月17日在日内瓦举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布《ITU互联网报告2005：物联网》，“物联网”正式进入全球视野，开始广泛传播，此时，物联网定义和覆盖范围都有了进一步拓展，不再只是当初仅仅基于RFID技术的物联网，它还包括所有物品的联网和应用。我国对物联网的关注程度是世界上任何一个国家都不可比拟的，2009年8月温家宝总理提出“感知中国”，并把物联网作为新兴战略产业写入政府工作报告。尽管物联网是一个外来词，但它已经成为“中国制造”的标签。今天，传感器种类和数量极速爆增，感知的范围不断扩展，感知的内容越来越丰富，感知的数据越来越庞大，感知的场景越来越丰富多彩。

1物联网概述

物联网（Internet of Things，缩称IOT），目前普遍公认的定义是：“通过利用射频识别、红外感应器、手机、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。”简而言之，物联网就是物物相连的互联网，IT行业又称泛互联，大意是物物相连，万物万联。这就充分表明物联网的基础和核心仍是互联网，是在互联网基础上将其用户端延伸和扩展到任何物与物之间，实现物与物、人与物、人与人之间随时随地的信息交互。物联网的最终目标是无限连接世界、无限感知世界、无限智慧服务。

物联网作为新一代信息技术，主要解决的是物品与物品、人與物品、人与人的连网和交互问题，当前正在加速进入“跨界融合、集成创新和规模化发展”的新阶段。根据物联网“十二五”、“十三五”规划，以及“2017年物联网市场晴雨表”，物联网在我国政府的大力支持下，在各种产业政策的配套下，应用领域不断延伸到公共部门、公共医疗、商品零售、交通能源、公共事业、运输物流、健康医疗、工业制造、智能环境等。据统计数据分析，2018年市场规模达成1.15万亿元，2020年市场规模突破2万亿元。从“十四五”发展态势看，物联网依然是最被关注的热门话题，在大数据、云计算、人工智能的推动下，云计算加快物联网的平台建设，大数据推动物联网的数据分析，人工智能促进物联网的推广应用，但人工智能始终处在物联网的最高层，是物联网能否发挥巨大价值的关键所在，可以说万物互联的背后必然是万物智能。

随着云计算、大数据、人工智能、5G发展，新型基础建设全面启动，物联网全行业爆发，将进一步加速物联网与人工智能的深度融合，使物联网获得更加丰富的创新应用场景（包括应急管理），如工业物联网、农业物联网、智慧医疗、智慧城市、智慧校园、智能家居、智慧交通和各种智能可穿戴设备等，这无疑将会引发新一轮工业革命，极大地拓展物联网的发展空间，具有广阔的发展前景。

2物联网总体架构及关键技术

目前，物联网还没有一个大家普遍公认的总体架构，但从功能角度来讲，可以划分为：感知层、网络层、平台层、应用层四个部分（如图1所示）。由下至上依次为：感知层、网络层、处理层和应用层。

由图1可知，人们平常所说的物联网实际上就是一个个网络专用机的应用，是传统互联网信息的承载体，目的是让具有单独功能的一个个普通实物实现互联互通、信息共享。具体讲就是把具体实物接入互联网，最终实现物品间、人物间的全面信息交互。所以，物联网本质上还是互联网，连接对象不仅仅是传统的桌面电脑、平板、服务器、笔记本等通用型计算机，还有一个个结构更单一、功能更多样、功耗更低的嵌入式专用外围设备，解决的核心问题是“信息化”。因此，只要有硬件或产品通过无线、有线方式连上互联网，并发生数据交互，我们通常都可以把它称作物联网。

2.1射频识别技术

射频识别技术（Radio Frequency Identification，通常缩称RFID），是一种简单的无线系统，RFID技术让物品能够“开口说话”，即可跟踪性，这就让人们可以随时远距离掌握物品的准确位置及其周边环境变化。物联网RFID的这一特性可以帮助管理使用者远程及时了解情况，采取措施、减少损失、节省劳力、降低成本，提高工作效率。

2.2传感网

传感网是一个系列化、一体化的微型器件系统，集成了信息的获取、加工、分析、处理、执行等多项功能于传感系统中，从而使传感系统的稳定性、可靠性大大增强，响应速度、自动化程度、智能化水平都有了大幅度地提升，使人们逐步进入一个被“物”化的网络世界之中。将来，食品蔬菜会向顾客介绍“自己”是否“绿色安全”；冰箱能“告诉”主人怎样搭配能炒几个菜；衣服会“告诉”洗衣机放多少洗衣粉和水最经济；文件夹会“检查”忘带了什么重要文件。

2.3M2M

M2M是Machine-to-Machine的缩称，还包括Manto-Machine、Man-to-Man，是一种通过机器终端进行智能交互的物联网应用服务。例如，戴上智能手表，就可以随时随地查询血糖、血压、心跳；智能化住宅建设后，就可以远程了解和控制家中门窗、窗帘、电气、水表、气阀等安全状况。

2.4云计算

云计算是物联网发展的一个重要基础和前提，其核心思想是通过不断提高“云”的计算能力和存储能力，从而减轻用户终端的计算和存储负担，使其简化成一个只具有单纯显示功能的多源信息输入输出设备，实现按需方便快捷地享受“云”强大的计算和存储资源，为人们的各项活动提供智力支撑和应用服务。

2.5嵌入式技术

嵌入式技术集成了计算机软硬件资源、传感技术、电子应用为一体的综合技术，是物联网的核心技术。可以用人体来这样比喻，传感器相当于物联网的眼睛、耳朵、鼻子、皮肤等感觉器件，互联网相当于物联网的神经系统，用来传递信息，而嵌入式技术则是物联网的大脑，在接收到信息后要进行分析加工处理，处理结果经过运动系进行具体执行，实现对“万物”状态和行为的“高效、节能、安全、环保”的“管理、控制、经营”。

3物联网的重要功能

3.1整体感知

主要利用各种先进技术和设备，如射频识别、二维码、智能传感器等，通过实时采集“物”的各种物理、化学、生物、位置、行为等特征，达到对“物”的属性、状态、变化方式和特性的全方位整体知觉和敏感，并以一定方式表示出来。应急中主要是对各种应急环境、人、物的常态或非常态状况的全方位感知，及时掌握动态信息。

3.2可靠传输

主要是把对“物”的全方位整体感知信息通过互联网、无线网络实时、准确地从时间（或空间）上的一点传送到另一点，以备进行处理、分析、加工。具体包括发送、传输、接收等环节。应急中主要是对全方位整体知觉和敏感信息的快速传递。

3.3处理信息

在已有信息的基础上，把获取的“物”的属性、状态、变化的信息通过综合分析，去粗取精，去伪存真，进行智能加工处理，产生新的信息，形成新的认识、判断，形成最终的决策和策略。应急中主要是形成对各种状况的综合判断、决策、处置策略等，实现动态的监测、预警、调整、控制的智能化，服务于工业、农业、国防、商贸、物流等生产、生活、管理的需要。

3.4施效信息

主要是让新的认识、判断、决策最终发挥效用的过程。施效信息有多种表现形式，如显示、调整、行动、落实等。在应急中主要是调节事物状态、变换方式，使对象恢复预先设计状态或调整达到最佳状态，最大限度减少损失。

4物联网在应急管理中的应用

物联网应用领域十分广阔，几乎涵盖日常工作学习生活管理的方方面面，当然，应急管理也不例外，已经崭露头角，将会大显神通。

物联网可以实现全安全要素的实时监测与智能化处理，构建一个涵盖事前预警、事中处置与事后备查的服务型智能物联网监测预警处理平台，通过实时监测、主动监管与处置相结合，实现由被动管理向主动应急方式转变，降低应急管理成本，减少安全事故发生，为安全发展保驾护航。

4.1智能物联网监测预警平台建设

智能应急监测预警平台是应急管理的基础性建设，由物联网监控平台与物联网预警APP两部分组成。监控平台主要功能是：多源信息的实时采集、传输、存储、加工、分析、评判、决策、处理，及时分级预警报警等。物联网预警APP主要功能是：历史数据比对、实时风险预警以及动态监测控制处置等。

4.2在线感知

在全过程应急管理中，物联网相当于给应急装上了“千里眼”“顺风耳”“感觉器官”，能够远程随时对可能的高危行业在生产、存储、充装、使用等全过程和关键环节、重点防范区域及周边环境进行感知，实时监测监控、定位跟踪、自动识别、预警报警、分析决策、指挥处置，形成视频、音频、压力、液位、温度、湿度、关键工艺、位置变化、有毒有害物、易燃易爆气体状况、环境风速、风向、气温、雨量、酸碱度等全方位的信息大数据库，为下一步数据分析提供支撑。物联网监控预警APP可根据后台提供的数据形成24 h状况在线服务，并通过Android手持终端及时推送给安全管理人员、相关领导，随时掌握行业、企业安全现状，也可通过视频查看生产的各个环节的实时状态，有效解决因会议外出等活动而无法掌握实情的尴尬问题。

4.3自动预警报警

在日常应急管理中，当传感器监测的环境感知参数（包括人的行为）一旦超过常态或预设临界点时，立即自动预警报警，启动保护装置，采取保护措施。例如，当某个传感发生预警，平台会出现声光提醒，对应位置的摄像系统则立刻弹出现场视频。与此同时，系统自动将报警转化为短消息，分级报送到各级负责人、分管领导、监管人员的手机上提示及时处置，实现远程维护和在线调整等工作，避免事故发生。自动预警报警是树立预防为主理念、应急关口前移，提升源头治理的信息化体现，给应急管理赢得“第一时间”，为实现“五早”防控措施奠定基础。

4.4智能分析

通过应急物联网平台对收集的多源感知数据（包括环境、行为、设施、管理、预案等）进行人工智能处理，自动识别、评估、分析，判断，形成综合分析报告，并在多维态势可视化系统中形成各种专业图层并呈现出来，同时推送给相关的单位、部门、个人、管理者进行相关应对。若情况严重，需要处置，则自动生成处置需要报告单，涵盖处置涉及的单位、部门，需要的人、财、物及数量信息，供应急决策人员参考。

4.5指挥调度

灾害发生后，物联网传送的现场多维态势信息呈现在可视化系统大屏幕上，指挥中心参考智能分析迅速形成应急决策和处置方案措施，并通过语音短信及实时对讲等下达指挥命令。随着指挥命令的下达，各项处置活动的展开，现场情况的不断变化，根据传回的现场数据智能分析，形成新的严重危险区域、危险区域、安全区域图层标识，远程调度救援人员不断到达指定位置作业或向某区域集结。例如，当物联网的检测系统扫描到肉眼无法察觉的高温点时，系统会自动生成标识，由指挥人员下达命令或系统自动下达语音短信来及时移动或调整水槍位置。若建筑物有垮塌风险时会迅速绘制出严重危险区域标识，并针对不同位置的救援人员发出撤离命令或自动生成撤离短信，调度现场人员快速向指定的安全位置集结。

4.6现场救援

可根据参加救援搜索人员的肩挂智能终端传回的数据，动态形成已搜索区域的图层，现场指挥人员在电子沙盘上可直观的发现未搜索到的盲区，下达相关命令。这样，现场指挥员通过电子沙盘就能及时掌握救援搜索全局，有针对性的下达命令，防止救援出现盲区，从而提高救援的速度、质量和效率，最大限度地挽救生命，保护受灾群众的安全。

总之，随着物联网技术的发展，更高级的AI将被整合到应急管理系统中，将在智慧应急、智慧城市、智慧交通、智能生产中发挥更重要的作用。

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