智慧消防发展现状研究

■ 刘晓薇 雷蕾 中国人民警察大学

一、绪论

近年来，传感技术、云计算、人工智能、虚拟现实、大数据等技术的兴起大大推动了人类社会发展。随之，智能化发展已然成为社会进步的主流方向，在消防领域，“智慧消防”的研究地位亦正在逐年上升，然而，目前智慧消防并没有具体的理论定义，通常把任何借助先进计算机技术的消防相关研究均划分为智慧消防，因此，本文通过对国内外相关研究进行分析总结，并基于不同的角度将目前智慧消防研究成果进行分类，将目前智慧消防的发展现状立体化。

江苏省借助信息技术建立了城市消防设施联网监测系统；湖南省利用大数据技术建立了全省统一的“消防数据中心”；辽宁省综合引入了RFID射频技术、移动通信、物联网、视频识别、大数据等技术，构建了一套信息化指挥体系；上海市将地理信息公共服务平台接入消防平台，地理信息公共服务平台提供大比例尺地形、高分辨率影像服务和三维模型服务，供消防大数据平台随时调用等[1]。虽然智慧消防在我国各个地区的消防领域均存在不同程度上的研究与应用，但仍存在诸多问题。首先，信息的数据多为主动采集，有些是关联共享，有些是融合生成，具有不全面、不客观的缺点。其次，系统的局域性使各地区信息不互通，无法有效发挥计算机的便捷性，同时也无法形成全面的智慧消防神经网络。此外，还有工作人员意识缺乏、资金紧张且研究内容基础等缺点。

自2017年1月19日我国公安部召开“2017年消防工作会议”，大量研究人员投入对智慧消防的研究，与此同时，上海出台了《消防设施物联网系统技术标准》、湖北出台了《无线组网火灾报警技术规范》、山东制定了《校园智慧消防系统技术与应用规范》、江西发布了《消防物联网系统设计施工验收标准》《城市消防物联网大数据应用平台接口规范》及《城市消防物联网大数据应用平台物联设施设备接口规范》等。然而，虽然近年来智慧消防相关的地方标准相继出台，但是仍缺乏统一标准对市场进行规范，使国内智慧消防局势发展杂乱无章，存在安全风险。

二、国外研究现状分析

D.Garrity，S.Yusuf[2]研究了一种基于人工智能算法的实验性消防员可穿戴设备，其作用是对穿戴者在环境中的危险温升率（例如在闪络前）进行预警，该算法和装置在英国和美国的两个受控火灾行为训练环境中进行了多次闪络试验，证明了该环境中预测和随后报警触发的完整性。

John-Olof等人[3]研究了一款具有数字定位系统的消防鞋，鞋子安装了传感器，能够快速定位消防员位置。

Shadbahr等人[4]使用人工神经网络（ANN）模型研究了火灾后剩余抗压强度的混凝土剪力墙。采用BAT优化元启发式算法对网络参数进行微调。通过与基于粒子群优化（PSO）算法的人工神经网络和多元线性回归模型的预测结果进行比较，验证了基于BAT的人工神经网络模型的准确性。

Sulova和Arsanjani在Google Earth[5]引擎平台上研究了一个自动化的、基于云的工作流数据驱动模型。此模型预测了澳大利亚各地火灾发生的概率，并确定了2019—2020年夏季澳大利亚野火的潜在驱动因素。

Nembhnani等人[6]研究了利用无人机开发智能火灾报警监控与救援系统，可以将范围内的音频视频信息及CO等标志性气体浓度发送到报警主机，实现智能联动。

Biswal和Gorai[7]利用陆地遥感卫星（Landsat）数据分析了贾里煤田（Jharia coalfield）2009年至2019年煤火区覆盖率的变化以及陆地卫星三个波段的数据，即热红外（TIR）、近红外（NIR）和红色波段，并分别估算了2019年和2009年的地表温度（LST）。

通过对国外研究的整理，可总结为以下四个方面：（1）以消防员为研究对象的研究内容，如消防员智能防护服、便携式升温预警设备、智能防火纺织物等。（2）以计算机技术为研究对象的研究，如基于大数据、人工智能、遥感技术、神经网络、算法、深度学习、机器学习、视图挖掘、虚拟现实等。（3）以系统平台为研究对象的研究，如智能火灾应急系统、火灾风险预警系统、客车智能破窗系统、火灾救援系统等。（4）以机器人为研究对象代替人力进行各类消防工作的研究。可见，国外智慧消防研究中渗入了更为先进且成熟的计算机技术，但是实用性不够强，这些研究的应用价值在日常消防工作中未充分体现。

三、国内研究现状分析

近年来，国内对智慧消防的研究极为迅速，研究成果在不断地快速更新，其内容同样涵盖了上述国外研究的内容，甚至更全面、更广泛。

王培贤[8]研究了基于AR技术的消防头盔，利用AR技术可以在真实环境中增添虚拟物体和可以进行实时交互的技术特点帮助消防队员进行灭火救援活动，在快速救援的同时更有效地保护消防队员的生命安全。

王博崇、刘鸣等人[9]优化了火焰识别技术，利用卷积神经网络提取火焰的颜色特征、运动特征、几何特征和纹理特征进而分析火灾，从而使此次研究在同类型的火焰识别技术领域中占据一定的优势。

刘全义、杨鑫等人[10]针对森林火灾消防直升机需求预测问题，提出了一种基于改进灰色关联分析（IGRA）和改进奇异值分解（ISVD）约简的径向基函数（RBF）神经网络预测模型。

金家胜[11]应用最新的窄带蜂窝物联网NB-IoT无线传输技术，结合中移动推出的OneNET免费物联网云平台并配置App客户端，设计开发了一套基于物联网技术的消防远程监控系统。

陈红亮[12]分析了空间机器人的空间运动方式、消防机器人避障运动特点和过程，探讨了避障运动机器人的设计方法，提出了并联可重构消防机器人概念，即以并联机器人机构为避障功能关节模块单元的可重构消防机器人。

上述国内研究涵盖了国外研究内容，除此之外，国外研究的主要特点是在消防工作中应用不同计算机技术。由于中国多样化的市场效应，国内研究的内容更明显的特征是针对不同场景做出不同的智慧消防应用。简而言之，国外研究主要是在宏观角度用先进技术解决特定消防问题，国内则从特定场景中应用智慧消防技术，从点到面，以此绘制智慧城市网。表1总结了近年来国内部分不同场景中对智慧消防的研究。

表1 国内智慧消防在不同场景的应用

四、智慧消防发展现状分类分析

在《智慧消防实践》[20]中，王文利等人将智慧消防分为智慧监控管理、智能楼宇消防系统、数字化灭火救援及智慧消防应急指挥系统四个模块，涵盖了整个消防工作的内容，但是书中只是介绍了较为基础的机械化、数字化的应用，没有凸显“智慧”的智能化特征。中国建筑科学研究院建筑防火研究所副所长孙璇[21]将智慧消防分为探测报警技术、自动灭火技术、火灾模化技术、区域风险评估及消防员装备实战实训五个方面，将智慧消防工作划分得更为细致。

笔者从除消防工作角度以外的四个方面总结立体化智慧消防研究现状。

（一）使用者的角度

根据使用者的不同，关于智慧消防的研究可以从管理人员、救援人员和审查人员三个角度进行分类。管理人员即日常消防工作维保及监管人员所需的应用，如智慧消防管控平台等；救援人员为火灾发生进行救援时所需要的应用，如智能防护服；审查人员即在监管消防工作时所需应用等，如可视化BIM。从这三个适用人群角度出发，有利于智慧消防研究的全面发展。

（二）研究者的角度

根据研究者的不同，研究内容的侧重点可以从消防工作人员和计算机技术人员两个方面进行分类。消防工作人员侧重点是为解决研究的消防问题，以计算机技术为工具进行研究；计算机技术人员侧重点则是将掌握的计算机技术应用到消防工作中。从这两个方面着手研究，对计算机技术与消防工作的相互融合有着积极意义。

（三）技术层面

根据在研究中应用到的技术可分为大数据、人工智能、遥感技术、神经网络、算法、深度学习、机器学习、视图挖掘、虚拟现实等。由于计算机技术的飞速发展，新技术不断涌现，将新技术不断应用到消防研究中提高其工作效率及安全保障，亦是智慧消防发展的有效途径。

（四）运用场景的角度

根据不同的应用场景，关于智慧消防的研究可以从国家、企业、家庭三个角度进行分类。国家指在国家建设中应用到的研究，如国家电网电缆廊道中所需要的智慧消防技术；企业指维持企业消防安全相关的智慧消防研究，如基于物联网的智能火灾应急系统；家庭指便于家庭安装的小型救火灭火设备等，如家庭火灾报警系统的设计。从这三个场景出发，有助于根据不同情景的需求开展更具适用性的应用研究。

五、结论

我国对于智慧消防的相关研究起步虽晚，但发展迅速，占消防工作总体研究的比例增加极其迅速，各种计算机技术不断的应用于消防工作研究中，为日常的消防工作带来了极大的便利，然而正是这种快速的发展，使得相关定义、概念等理论支撑不足，因此智慧消防的发展从理论到实践均存在大量研究缺口，缺乏系统化研究。

通过对大量国内外关于智慧消防研究的调研分析，发现在大力发展智慧消防的时代背景下，我国相关的标准和规范还不够完善，加剧了智慧消防在复杂的中国市场中散乱发展形势。因此，不断更新建立适应我国智慧消防发展的标准及规范，补充相关理论知识，系统化智慧消防相关研究，对我国智慧消防的发展有重要意义。