基于物联网技术的应急救援装备使用管理系统研究

张玲

0 引言

物联网以互联网为基础，由无线通信技术、传感器技术、射频识别技术和全球定位系统等构成，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物和位置等各种需要的信息，通过网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网技术结合无线通信、5G、北斗卫星定位导航系统等移动互联技术，可以实现对应急救援信息全方位、实时化、高可靠的监测预警并提供应急救援期间的信息保障[1]。

应急救援装备使用管理，是指应急救援队伍及其队员配备装备的随行、携行、佩带、使用、保养、维修和保管等活动。装备使用管理是装备管理的重要内容，是保证各项应急救援工作任务完成的必要条件。随着社会各类突发公共事件频发多发，应急救援工作更加繁重。为提升应急救援能力和效率，保护救援队员生命安全，新形势对应急救援装备保障提出了主动保障、精确保障、快速保障、动态保障和智能保障的更高要求。迫切需要采用物联网技术作为支撑，对应急救援装备进行实时监测和信息共享，以适应当前现代应急救援活动的实战要求。本文立足应急救援装备保障的现实需要、物联网技术应用和应急管理理论，创新性地构建出了基于物联网技术的应急救援装备使用管理系统，可以解决当前应急救援装备使用管理中所存在的一些不足，提升装备管理系统的精准程度、可操作性和共享联动性，提高应急精准保障水平和应急救援效能。

1 应急救援装备使用管理现存问题

应急救援装备管理是从论证研发、列装配备、使用维护、到储备更新和报废的全寿命全过程管理活动。而其中使用维护管理活动的主体是“谁使用谁管理”的应急救援队员，装备方位又分散，使用周期相对较长，装备效能的发挥关键在于使用维护环节。应急救援装备使用是装备动态管理的核心内容，是提高装备管理效能的具体体现。一些地方的应急救援装备已经逐步实现了科学化、规范化管理。然而目前还有许多地方应急管理部门的救援装备管理仍然相对落后，不能适应新时期应急救援大数据智能化管理的需要。

1.1 管理方法传统，信息化程度低

目前，由于基层应急救援队“重配备轻使用”，未能及时进行装备的检修养护，从而导致装备的管理缺位以致损坏。装备设备运作不正常，不仅影响应急救援的正常工作，更进一步威胁到应急救援队员的安全。装备使用中仍以传统记账方式登记管理为主，对装备信息管理不重视，装备相关数据没有联网，工作效率较低。传统的手段管理难以及时准确掌握详细的装备状况。统计数据失真，数据不能共享，难以实现区域联动保障，直接影响智能应急建设。

1.2 群管群养缺失，爱装护装不到位

应急救援装备使用或存放一定时间后，对装备进行养护能够减少装备过早磨损或损坏，消除故障隐患。装备的保养是应急救援队伍全员参与的装备使用管理活动，而现实中一些应急救援装备使用单位，没有高度重视装备的群管群养工作，落实“谁使用谁管理”的爱装护装工作不到位，不能通过“三级保养”使装备时刻处于良好的技术状态。一些单位对装备管理凭经验凭习惯，极易造成管理中的混乱和不到位，甚至是“无意”的人为损坏。一些单位装备器材配置后，缺乏统一、科学、专业的维护保养和管理，导致装备器材因维护和管理的不到位，出现损耗增加或丢失[2]。

1.3 装备使用监管不足，绩效未与激励挂钩

应急救援装备所处方位分散，难以实现精准监管。一是装备分散在应急队员个人或班组手里，二是分散在不同层级和地区的应急救援队伍中；应急装备的部件材料被消耗而未能及时补充、装备功能丧失未及时维护更新和装备丢失的现象时有发生；装备的完整度和性能状态缺乏准确及时的监测。缺少与装备管理绩效挂钩的激励机制，影响队员参与装备管理的主动性和积极性，难以提升应急救援装备效能。

2 应用物联网技术创新应急救援装备使用管理的重要意义

目前，我国的应急救援装备管理物联网建设仍处于初步探索阶段，且仅局限于个别单位应用在仓储管理环节。但是，配发的应急救援装备已经出库，由救援队和队员使用保管，仓储物联网系统并不能反映出在用装备的数量、性能及方位等真实状态。实战一线对应急救援装备的管理方式难以实现实时监管和数据共享，应急装备效能的发挥关键在于使用环节，装备使用管理的目标要求装备时时处于性能良好状态。因此，创新应用物联网技术来加强应急救援装备的使用管理意义重大、紧迫而必要。本文针对以上不足，设计出了基于物联网技术的应急救援装备使用管理系统，能促进应急救援装备保障的规范化、信息化、智能化和现代化的科学发展，提升应急救援装备战时保障能力。

2.1 有利于破解应急救援装备管理现存问题

应急救援队员处置各类不同灾种的突发公共事件时都面临着巨大的不确定风险。如果专业应急救援装备不足、个人防护装备损坏或丢失，没有及时维护更新和补充，将会大大降低救援效率和危及救援队员的生命安全。物联网技术应用于应急救援装备使用管理，传统的被动保障可以转向现代的主动保障，解决现存管理中的问题。在应急救援队伍平时训练、演练和实战处突等使用应急救援装备过程中，接入监测传感系统、定位系统以及隐患排查系统等综合安全管理数据，对应急装备进行实时监管与排查，对存在的装备安全隐患进行预警、性能记录、区域定位和趋势监控等多种监管方式，全方位地保证应急装备时刻处于量全质优状态，体现装备保障力就是战斗力。

2.2 有利于通过装备精确保障提升应急救援能力

构建以救援力量、救灾物资、应急装备等基础数据为主的应急指挥资源大数据库，才能实现指挥调度的精准化[3]。应急救援装备使用管理系统并入应急指挥资源大数据管理系统，实现一体化智能管理，不仅可以保证应急装备性能随时处于良好状态，同时可以时时监测、统筹协调、调拨配送、精确保障各级各类应急物资装备，保障大震巨灾条件下救援装备遂行救援任务的需要，高效应对突发灾难事故、提升应急救援能力和更好地保障救援队员的生命安全，推动应急救援装备管理现代化进程，快速大幅提升我国应急救援能力。

2.3 有利于推进应急管理现代化

应急管理体系智能化和现代化建设要取得成效，离不开全面及时准确的基础数据。装备全寿命管理中，基础数据变化快且频率高的关键环节主要就是发生在装备使用环节。应急救援装备管理应用云计算、大数据、物联网以及人工智能等新兴技术，能为应急救援提供更好的技术支撑。只有改进应急救援装备使用的信息化管理，推动应急救援装备管理大数据智能化，才能实现应急管理现代化。

3 应急救援装备使用管理物联网系统的架构和关键技术

物联网的架构方式一般可分为三层、四层或五层。以四层的物联网架构为例，第一层为感知层，第二层为传输层（通信层），第三层是数据管理层，最上层为应用层（服务层）。每层利用不同的技术分别实现功能，每层的模块各司其职，井然有序。

物联网核心技术是物联网应用和发展的引擎，物联网的关键技术分门别类，每层架构涉及不同的关键技术。应急救援装备使用管理物联网系统紧密相关的关键技术主要有四类：感知层的关键技术有信息自动识别技术、传感技术、资源寻址技术；传输层的关键技术有汇聚网技术（包括ZigBee、UWB、蓝牙等）、接入网技术（包括M2M等）、承载网技术（包括4G/5G、WLAN等）；数据管理层的关键技术有云计算、大数据技术等；应用服务层的关键技术有中间件技术等。

结合其他领域装备保障物联网系统的经验、物联网架构方式和关键技术，以及应急救援经费保障现状和救援活动的实际需要，我们设计的应急救援装备使用管理物联网与应急救援装备仓储管理物联网系统互联互通，互为补充，信息共享，实时更新数据。该物联网在开发时应与现有的装备物联网采用相同平台及接口，以便于直接接入我国应急装备物联网，与既成体系的物联网实现无缝衔接。该物联网系统的内部层次结构如图1所示。图1简明扼要地表示了应急救援装备使用管理物联网系统的各个层次。这个具有感知层、传输层、数据层和应用层四个层次，符合应急救援装备物联网标准规范，并建有应急救援应急救援装备物联网安全体系。

图1 应急救援装备使用管理物联网系统架构图示

4 应急救援装备使用管理物联网系统的工作原理

应急救援装备使用管理物联网系统作为应急装备管理物联网系统的一个子系统，要与仓储管理物联网系统有机地组合并形成最佳体系效能时，才能发挥其作用，形成强大装备保障力，适应应急救援装备的信息化、智能化管理。

在应急救援装备的物联网系统建设技术运用中，我们设想应急救援装备可以采用物联网感知层关键技术，为有必要进行严格监管和实时数据共享的应急救援装备制作唯一对应的“应急救援装备识别码”，并建立应急救援装备数据库。

应急救援装备管理物联网的两个主要子系统（应急救援装备仓储管理物联网、应急救援装备使用管理物联网）之间除了数据信息共享之外，在应急救援装备使用的整个流程中，也需要相互紧密衔接，形成一个有机循环。以一件应急救援装备为例，该应急救援装备出库登记在仓储管理物联网中，然后其数据信息移入使用物联网中，开始第一个流程，即领用前检查装备状况。如果装备未到规定报废年限且能够正常使用，则继续在使用物联网中进入下一个流程，确定接收领用并记录装备相关信息；在使用中监测发现装备出现小故障（救援队员自己可以排除的故障）以及需要定期维护保养，由救援队员自行维护并记录在案；如果使用中发现装备出现损坏严重需要大修或出现三级保养预警，则回到仓储管理物联网中进行维修、更新或报废处理；装备使用完毕后要检查装备效能状态良好，回到仓储管理物联网中入库登记。以上所提及的两个物联网系统之间的关系和工作原理如图2所示。按照数据流和信息流的传递过程，该系统的工作原理主要有如下六个方面。

4.1 生成唯一条形码或EPC编码

将应急救援装备依照重要程度的不同，采用两种编码方式对其进行唯一标识：条形码或EPC编码。对于重要程度较低的应急救援装备（即采用物联网进行管理的迫切性较低），为节约生产成本，采用条形码技术，为这些应急救援装备生成唯一的一维条形码或二维码。条形码不能使用射频识别，而采用较简单和便宜的扫描器扫描。对于重要程度较高，需要实现实时监控和数据信息共享的应急救援装备，采用EPC编码技术生成EPC码，录入只读类型的电子标签，利用射频识别技术进行识别。EPC（Electronic Product Code）是一种按照特定格式给物品编写编码的技术，该编码为全球唯一的。应急救援装备EPC编码应采用中国规定的EPC码标准。每件相关的应急救援装备一出厂就获得一个条形码或EPC编码。该标识不仅要在装备表面喷涂，也应在装备内部不能被拆卸和更换的某位置记录下来，这样可以防止一旦装备上的标识被在使用中或故意磨损，就无法确定装备来源信息。

4.2 利用扫描器或射频识别获取电子标签中的信息

图2 应急救援装备使用管理物联网系统工作原理图示

采用条形码的应急救援装备适用扫描器识别，采用EPC编码并录入电子标签的应急救援装备适用射频识别技术完成识别。RFID的技术体系要与现有的应急物联网采用同样的标准。

4.3 利用传感器、全球卫星定位系统对装备实现定位

采用射频识别技术的应急救援装备，可利用无线电传感器感知电子标签发射的电磁波从而实施定位。救援指挥通信装备可以连入特定的网络（做好防攻击措施，防止黑客从中获取我国应急管理的涉密信息），开启北斗卫星定位系统实现物理定位。

4.4 通过传输层技术将感知层获取的数据信息导入数据库

在传输层的汇聚网层面，建议采用ZigBee技术实施短距离通信。ZigBee是目前相同情况下功耗和成本最低且较可靠的汇聚网技术，比我们熟知的蓝牙技术可适用的范围更广。在ZigBee网络中采用树状结构，比星形网络更为灵活，比网状更为简单易于管理。

在接入网层面，建议采用新兴的M2M（Machine to Machine Communication，机器对机器通信）技术。M2M可以实现机器与机器、机器与人、人与机器之间的智能化双向通信[4]，是移动通信领域的排头兵。

在承载网层面，建议采用我们较熟悉和发展较成熟的3G+WLAN模式，传输速率高，架构简单方便。

4.5 对数据库中的海量数据进行大数据分析

数据层对传输层传递的数据进行处理、加工和分析。物联网中存在海量数据，包括结构化数据和难以处理的碎片数据，为防止有价值的碎片化数据得不到利用而变成休眠数据，应快速甄别出有用的部分并进行迅速、程序化的处理。如，从物联网数据中获得情报、指明保障方向。借助云计算获取存在于互联网上的服务器集群实现应急救援装备数据信息的存储和计算。大数据应用系统可沿用当前应急装备所使用的系统。

4.6 建立总-分式的PC版客户端

装备保障部门工作人员需要对物联网中的数据信息进行操作，以获得所需信息，为应急救援活动提供支持。因此，需要建立PC版适用的客户端，便于装备保障人员操作。客户端的构建应采用总-分式，一个总客户端，里面涵盖各个组分。总客户端为应急救援装备物联网系统，组分有各层级的应急救援装备使用物联网系统和应急救援装备仓储物联网系统。应急救援装备使用物联网系统中又有装备状况检查数据库、维护时间事由数据库、维护人员数据库等；应急救援装备使用物联网系统有视频信息数据库、音频信息数据库、位置信息数据库等；应急救援装备仓储物联网系统有入库登记数据库、保养情况数据库、维修情况数据库、报废情况数据库等。

5 结论与展望

物联网能够对应急救援装备实施自动、实时监控和信息共享，是一种新兴智能装备管理模式，适应时代发展，响应应急管理大数据战略，能够有效提高应急救援处突活动效率和应急精准保障能力。当前，我国的应急物联网建设还处于发展的初步阶段，缺乏全面化和精细化的管理，且主要研究应用于装备的仓储管理，就应急救援装备使用管理而言，尚未形成一个规范化的物联网管理系统，在实际构建应急救援装备使用管理物联网的时候，需要与现有应急物联网的技术标准、使用规范、网络协议等达成统一，以无缝衔接入应急物联网，成为有机而灵活的组成部分。

应急救援装备是物化的应急队伍战斗力，必须把装备保障作为重中之重，适应新时代形势，加强智慧应急管理建设。本文设计的基于物联网技术的应急救援装备使用管理系统具有层次清楚、构建灵活、互联互通的结构，利用信息自动识别技术、定位技术、传感器技术、移动通信技术、云计算等关键技术，并建立PC版装备管理客户端方便装备保障人员操作，实现应急救援装备从配发、在用、维护、保养、保管到更新报废的全过程信息化、智能化的使用管理，有效提高应急管理效能，提升应急保障的水平和应急救援队伍战斗力，适应于应急保障、精准保障的形势，将成为未来装备保障的利器。构建信息共享和数据综合分析研判的物联网，将是未来应急救援装备保障迈向智能化的有力工具。未来的应急救援装备管理将会迎来一个信息实时共享、数据互联传输的物联网主导的新时期。