智慧应急综合管理服务系统的研究与设计

郑锐艺

摘要：文章探讨了如何应用人工智能、物联网、大数据、云计算等先进技术，解决包括火灾隐患、生产安全隐患的监测预警预报的问题，实现事故的监测预警、预测预报、应急准备和应急救援等，从而提升安全事故的防御能力，为人民群众的生命财产安全筑起科技的保护墙。

关键词：物联网;人工智能;AIoT;智慧应急;大数据;灾害预警

近年来，安全生产事故频发给我国政府的应急管理敲响了警钟，政府各级部门开始关注应急产业在防灾减灾、生产安全、社会公共安全等方面的作用。为了降低公共突发事件对社会的危害，文章主要探讨如何运用先进科学技术设计智慧应急综合管理服务系统，广泛应用于火灾等安全生产事故领域，保障人民生命财产安全，维护社会稳定。

一、智慧应急发展现状

应急管理是国家治理体系和治理能力的重要组成部分，而智慧应急是将新一代信息技术综合运用在安全事故的风险评估与预防、监测预测预警、应急处置与救援、综合保障等环节，通过信息技术赋能，将应急的各个环节连通并集成，全面提升对各类安全事故应急的智慧化、精准化水平。

随着大数据和云计算的应用日渐成熟，欧洲各国在数据共享的基础上，建立了多个高性能计算系统并应用于气候、应急救灾领域，实现了运用大规模仿真对各类灾害和安全事故灾难进行精准分析的目标。应急系统与灾害探测系统、导航系统、信息通信技术结合，融合各种感知监测和数据采集技术，结合基于AI和大数据技术的各类定量化模型方法及高端专业软件，不断提高安全事故的风险识别预警、信息共享、远程响应、协同救援、综合保障能力，成为全球灾害事故智慧应急发展的前沿趋势。

近年来，我国非常重视应急技术的研发，各地都给予了相应的资金、政策支持，应急技术水平得到了很大的提升，但与国际主流水平相比，我国智慧应急科技虽然部分技术已经达到国际先进水平，但整体水平层次仍处于跟跑状态。根据我国的应急产业供需分析来看，我国应急产业GDP占比仅为0.3%（发达国家应急产业GDP占比高达8%），目前应急产业主要以提供各类应急产品和基础应急服务为主。

二、智慧应急综合管理服务系统设计

（一）系统定义及系统架构

智慧应急综合管理服务系统是运用物联网、云计算、大数据、人工智能等前沿技术，依托光纤、NB-IoT、4G、5G等现代通信技术，通过在建筑设施前端铺设各类先进传感终端，实时感知并采集设备运行狀态、环境监测等数据，本地终端对数据进行边沿计算和数据筛选，把有效数据上传至云服务器进行综合比对分析，在安全事故发生前，对安全态势进行研判，动态预警，生成分析报告，实现安全事故防控智能化;当监测系统检测到安全事故，通过联动三维BIM、GIS立体可视化应急救援系统，实现应急救援科技化。在安全事故发生时，实现跨部门的信息共享、任务下达、资源调度等功能，实现突发事件的快速、高效、科学、联动处置。针对系统设备维护和人员日常管理，通过采集火灾隐患、重点部位可视化、建筑安消设施运行状态;采集运维人员管理信息数据，智能分析安全管理状态、安消设施设备运行状况，从而确保系统自身的正常运行。

根据系统功能定位设计为四层架构（如图1所示）：物理资源感知层、数据资源层、应用支持层、综合应用层。

1.物理资源感知层

该层级将安全隐患、重点部位可视化、建筑安消设施运行状态、运维管理信息数据及其他外部数据源的图像和数据资源向上汇集至中心接入层，承担数据基础采集和初步处理的功能。

2.数据资源层（中心接入层）

该层级将前端汇集的数据进一步聚合整理，实现数据的分类、分区存储和基本管理应用，为核心应用层提供必要的基础服务。数据资源层包含关系数据库、文件数据库、多媒体信息库等组成的综合信息资源库，为公安、交通系统集成平台开展实战业务应用提供信息数据。

3.应用支持层

该层提供各类服务器、视频数据采集设备、统一身份认证及决策支持等，为实战平台提供核心服务和逻辑支持，由部件化的服务模块和相应的二次开发接口组成。

4.综合应用层

综合应用层包括基础应用和业务综合应用。基础应用实现监控管理的基本操作功能，包括实时监控、视频存储管理、视频分发管理、电视墙管理、录像查询回放、系统配置管理、系统权限管理、信息发布通告等。综合应用采用基于应用支撑层的安防系统进行二次开发设计，满足实战应用需求，实现包括集中调阅、报警联动、基于视频智能分析的图侦功能、安全运维等综合业务功能。系统最终通过B/S、C/S客户端进行系统业务功能展现，满足用户对视频数据、信息数据的共享需求，采用自定义针对性的用户界面，各部门可实现对视频资源及信息数据的共享。

（二）系统设计思路

根据智慧应急综合管理服务系统的功能定义及功能需求，可将智慧应急综合管理服务系统拆分为三大子系统（如图2所示）：智慧物联网灾害监控预警系统、智慧应急指挥救援系统、智慧安消一体综合运维管理服务系统。

1.智慧物联网灾害监控预警系统

智慧物联网灾害监控预警系统主要是运用AIoT、边缘计算技术，设计数据采集、边缘计算、数据分析、风险研判、灾害预警等模块，并且针对目前智能物联网中资源调度问题，研究以边缘计算技术为基础，基于边缘计算的云边融合网络架构模型，并根据此架构模型完成对资源调度方案的数学建模和优化求解;根据优化求解结果，完成相关资源调度策略的设计。同时通过云服务器收集智慧终端采集的大量运行数据，AI深度学习平台汇聚各行业的样本数据形成样本库，基于样本数据进行训练，优化算法网络;优化后的算法网络导入算法仓库，供前端AI设备、后端AI设备调用;智能算法系统提供了专业化模型分析、处理的工具，可以从海量数据中提取可供计算机和人理解的结构化数据，汇聚整合各类信息资源，综合运用智能解析、专家库对比等前沿技术，打造特征数据检索业务、灾害事件分析业务以及数据分析应用共享服务。通过大量的灾害隐患数据建模对比判断，运用数字滤波、智能预警算法系统，实现对灾害隐患的可靠预警。

2.智慧应急指挥救援系统

智慧应急指挥救援系统由三层架构组成（如图3所示）：基础数据采集平台、三维预案管理平台、辅助指挥一张图。主要运用BIM+GIS技术将建筑由外而內的模型展示功能应用到应急救援指挥辅助方面，使得救援高效化、安全化、一体化。救援人员可以对建筑内部的应急设施、安全通道、建筑内部结构等进行详细的分析，实现最佳救援。

3.智慧安消一体综合运维管理服务系统

智慧安消一体综合运维管理服务系统通过对设备进行标签电子化，RFID/NFC双标签管理方式，结合安防工作流程规范，以对安防安全责任人的值班、巡查、维保等日常工作进行动态管理为基础，多角度、多途径进行监督管理，实现安全管理工作监督到位、责任落实，通过采集社会单位日常防火巡查及隐患整改、电气火灾隐患预警、重点部位可视化、建筑设施运行状态和维保检测的信息数据，智能分析单位安全管理水平、设施设备运行状况，深度融合安消应用的各个场景实现智慧安消一体综合运维管理服务系统，从而帮助单位有效落实安全责任，最终实现数据资源的汇聚整合、风险隐患的动态监测、火灾形势的预判预警、灭火救援的精确指挥、社会监管的协同合力、火灾事故的有效控制。

建设智慧安消一体综合运维管理服务系统可以很好地解决建筑安防信息缺失，重新录入难;部分运维信息手工填写易错漏，缺乏对终端数据的抓取能力，无法支撑科学决策等信息化管理问题。解决运维管理方面专业人员稀缺，导致维保质量不高;所有报表资料采用手工填写，易错漏，可伪造，不能及时反映设施数据的真实性和准确性等问题。解决安全人员管理水平低，具体的维保不清楚如何操作，专业培训成本高，无可靠的管理系统，人员到岗情况难确认，维保巡检过程不透明等问题。

三、系统关键技术

（一）研究多维立体实时智能感应监控技术

应用NB-IoT、4G/5G 物联网通信技术、云计算、云存储技术，围绕各个系统和设备的运行情况，将数据实时发送到远程云服务器，实现不间断地对联网设施的每一个点进行查询和监控，从空间、时间维度，从设备状态、人员动态维度等进行数据采集和分析，实现对应急设施主动管理、应急风险预判、发生异常远程主动报警等。改进现有边缘智能技术优化云计算系统的物联网资源调度效率低，云计算实时性不足、宽带不足、数据安全性不足等问题。

（二）研究基于数据建模技术的安全隐患人工智能预警技术

研究基于数据建模技术的人工智能灾害预警系统，提升灾害监控预警系统的准确性、可靠性和稳定性。具体通过云服务器收集智慧终端采集的大量运行数据与大量的安全事故数据建模对比判断，运用数字滤波，人工智能专家系统，安全事故预警算法系统，实现对安全事故隐患提前预警。建立大数据系统平台，即时查看监测数据实现准确性与实时性。可多人、异地共同的实时监控应急设施的各种运行数据、历史记录，必要时，有效缩短了应急处理的时间。

（三）研究基于3S（GPS-GIS-RS）、BIM技术的应急综合和服务管理系统技术

针对二维地理信息系统仅能展示建构筑物的平面信息的问题，研究采用物联网中“感、传、知、用”四大层级结构，以建筑物内的应急设施为感知对象，以M2M为短距离传输，以有线、无线公共网络或专用网络为远距离传输方式，将城市的建筑应急设施全部感知起来，采用卫星遥感（RS）、卫星定位（GPS）和地理信息技术（GIS）、建筑信息模型（BIM）、云计算、云存储技术，建立多种数据模型，以三维的形式展示最短路径、应急救援力量、应急救援设备、人员分布及其状态，为救援指挥提供决策依据。实现公共突发事件报警及联动综合管理、公共突发事件报警图文管理、应急监督管理、应急指挥、应急远程监控、应急设备维护保养等应急综合和服务管理系统。

四、结语

综上所述，智慧应急综合管理服务系统可广泛应用于火灾等安全生产事故领域。当突发事件发生时，能够通过智慧应急管理平台第一时间获知和传递信息、为应急救援提供辅助决策等功能，逐步实现对安全事故的早期预警与智慧救援，提高人类对安全事故风险的应对能力;有效遏制生产安全事故的发生，显著提升各类事故应急处理能力，最大程度地降低事故造成的人员伤亡，降低经济损失。进而为城市安全保驾护航，为政府快速处置突发事件提供技术支撑。有助于维持社会稳定，保障人民生命财产安全。

参考文献：

[1]李昌伟.基于AI+视频监控的智慧城市中心系统设计与实现[D].杭州：浙江工业大学，2019.

[2]袁煜东.基于GIS的监控应急指挥辅助系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2016.

[3]付培玉，伍军，张小飞.基于边缘计算和稳态遗传算法的AIoT资源调度研究[J].湘潭大学自然科学学报，2020，42（05）：71-83.

[4]陈永鸿，高志利，高雄.基于BIM的应急管理研究综述[J].昆明冶金高等专科学校学报，2017（03）：71-76.

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