消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警防控中的應(yīng)用綜述

FullJournalNameAbbreviationsTitleofJournal TitleofJournal*.20**Vol.*No.*PP.*-*www.**.org?2011AmericanV-KingScientificPublishing消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警防控中的應(yīng)用綜述摘要：本文以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用及主流低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)的綜合分析作為切入點(diǎn)，討論了基于消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前端消防物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備和火災(zāi)預(yù)警防控軟件平臺的具體應(yīng)用，并就未來人工智能加物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防火災(zāi)預(yù)警防控領(lǐng)域的融合發(fā)展提出了展望，以期為消防行業(yè)相關(guān)人士有關(guān)消防物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)提供學(xué)習(xí)參考。關(guān)鍵詞：消防物聯(lián)網(wǎng)；NB-IoT；預(yù)警防控；采集終端； 引言火災(zāi)預(yù)警防控是消防安全的重要組成部分，旨在及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患并采取措施以防止火災(zāi)事件的發(fā)生或減輕其影響，因此，火災(zāi)預(yù)警防控直接關(guān)系到廣大人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也在火災(zāi)預(yù)警防控中得到廣泛普及，加快了傳統(tǒng)消防行業(yè)向智慧消防的轉(zhuǎn)型。消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述消防物聯(lián)網(wǎng)是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將消防系統(tǒng)中的各種設(shè)施設(shè)備和消防管理要素連接起來，實(shí)現(xiàn)消防信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理，以提升消防安全和滅火救援效率的系統(tǒng)。常見的消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)由物聯(lián)設(shè)備感知層、傳輸層和應(yīng)用層組成，如圖1所示。其中，感知層的數(shù)據(jù)主要來源于傳感器、視頻采集終端、電子標(biāo)簽、第三方接口等；傳輸層主要為無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)及兩者相結(jié)合的方式，需要采用身份認(rèn)證、傳輸加密、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)等方式保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩粦?yīng)用層分為提供服務(wù)的應(yīng)用支撐平臺和面向社會單位的應(yīng)用管理平臺[1]。圖1消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的早期應(yīng)用我國建設(shè)部于2007年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)《城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，從此，拉開了我國消防信息化建設(shè)的序幕，也為后續(xù)消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要通過現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)獨(dú)立的火災(zāi)自動報(bào)警主機(jī)聯(lián)網(wǎng)。主要方案是給消防控制室原有火災(zāi)自動報(bào)警控制器加裝用戶信息傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)對建筑物火災(zāi)報(bào)警情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測[2]。受限于當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及高昂的運(yùn)行維護(hù)成本，以及缺乏配套的政策推動和引導(dǎo)，城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)并未在國內(nèi)大面積推廣使用，多數(shù)應(yīng)用于大型場館建筑。低功耗通信技術(shù)的發(fā)展低功耗通訊技術(shù)主要指無線通信網(wǎng)絡(luò)“低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）”。低功耗廣域網(wǎng)的起源最早可以追溯到2009年左右，最初由法國公司Cycleo展示一種長距離無線電（LongRangeRadio）擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，即LoRa。隨后基于低成本、低功耗、遠(yuǎn)距離和大量連接的應(yīng)用需求，LPWAN發(fā)展為多個(gè)技術(shù)陣營，包含LoRa、NB-IoT、Sigfox、eMTC等[3]。LoRa2012年，美國Semtech公司通過收購Cycleo獲得了LoRa技術(shù)，并于2013年發(fā)布了第一代LoRa芯片產(chǎn)品，LoRa技術(shù)就此進(jìn)入了商業(yè)化市場。LoRa無線通信技術(shù)具備遠(yuǎn)距離通信能力，通?？筛采w數(shù)公里至數(shù)十公里的通信范圍。同時(shí)，LoRa通信模塊的低功耗設(shè)計(jì)使其適用于長壽命電池供電設(shè)備，這些特性都使得LoRa無線通信技術(shù)在消防物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有廣闊的前景和應(yīng)用價(jià)值。但由于LoRa無線通信使用的是免授權(quán)ISM頻段，這使得依賴LoRa通信的終端設(shè)備不適合在大規(guī)模、高密度的城市空間部署[4]。NB-IoTNB-IoT（NarrowBandInternetofThings）由英國電信公司沃達(dá)云（Vodafone）于2004年首次提出，沃達(dá)云的主要研發(fā)方向?yàn)榈凸?、低成本和廣覆蓋等特性通信技術(shù)，以滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)的連接需求。2009年，NB-IoT通信技術(shù)被國際電信聯(lián)盟（ITU）列為全球物聯(lián)網(wǎng)候選技術(shù)之一，并開始進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化及商業(yè)化發(fā)展階段。2017年，中國電信建成全球首個(gè)覆蓋最廣的物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）網(wǎng)絡(luò)，中國聯(lián)通也于同年開始布局商用NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。得益于各大運(yùn)營商對NB-IoT網(wǎng)絡(luò)基站的大力投入建設(shè)和宣傳，以及2017年原公安部消防局印發(fā)《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》文件，基于NB-IoT的獨(dú)立式無線火災(zāi)報(bào)警探測器在國內(nèi)市場得到大幅推廣和應(yīng)用，各大消防設(shè)備廠商推出的主流產(chǎn)品包括但不限于NB-IoT獨(dú)立式光電感煙火災(zāi)探測器、NB-IoT獨(dú)立式感溫火災(zāi)探測報(bào)警器、NB-IoT獨(dú)立式可燃?xì)怏w探測器等[5]。SigfoxSigfox在創(chuàng)立初期專注于研發(fā)超窄帶（UNB）技術(shù)，主要通過降低速率來獲得在通信覆蓋距離和功耗上的優(yōu)勢，因此，Sigfox的數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，不太適用于需要實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)的消防領(lǐng)域。基于非蜂窩低功耗遠(yuǎn)距離通信的場景，LoRa技術(shù)更符合消防物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場需求的變化，Sigfox通信技術(shù)未來仍有可能在消防物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域找到應(yīng)用機(jī)會。eMTCeMTC（EnhancedMachine-TypeCommunication）通信技術(shù)主要是基于LTE技術(shù)，具有低功耗、廣覆蓋、低成本、海量設(shè)備連接等特性。與NB-IoT技術(shù)相比，eMTC在傳輸速率、時(shí)延、定位等方面具有一定優(yōu)勢，但當(dāng)前其模組和應(yīng)用成本相對較高，同時(shí)，eMTC技術(shù)在我國市場普及率也較低，配套供應(yīng)鏈和市場支持可能還不夠成熟。因此，eMTC技術(shù)在我國消防物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域未能得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用于消防物聯(lián)網(wǎng)的主流通信技術(shù)對比上文分別介紹了LPWAN主流的通信技術(shù)LoRa、NB-IoT、Sigfox、eMTC，其中，LoRa和NB-IoT通信技術(shù)在我國消防物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域獲得廣泛普及應(yīng)用，本文就兩種技術(shù)的性能做了簡要對比分析，如圖2所示。圖2NB-IoT與LoRa的多性能對比兩者主要差別主要在兩個(gè)方面。其一，LoRa工作在Sub-GHz頻段，可以自主網(wǎng)，獲得應(yīng)用的消防物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品交付后，用戶無需額外支付通信費(fèi)用，而NB-IoT設(shè)備需要向運(yùn)營商支付一定的運(yùn)營費(fèi)用；其二，LoRa是異步通信，NB-IoT是同步通信，在某些工況下NB-IoT設(shè)備的功耗相對更大[6]。基于消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的火災(zāi)預(yù)警防控基于消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的火災(zāi)預(yù)警防控系統(tǒng)主要由前端消防物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備、通訊基站和應(yīng)用平臺三部分組成。物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備消防水信息監(jiān)測采集終端水是自然界中最有效的滅火劑之一，適用于多種類型的火災(zāi)。常見的消防水信息監(jiān)測場景包括消防水管網(wǎng)末端水壓、消防水池液位、室內(nèi)外消火栓水壓及消防水泵工作狀態(tài)等信息監(jiān)測。目前，基于NB-IoT及LoRa的消防水信息采集終端已廣泛普及應(yīng)用，如通過在消防水池加裝NB無線液位計(jì)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測消防水池水位值，當(dāng)水位值超出報(bào)警閾值時(shí)，即可通過消防物聯(lián)網(wǎng)平臺生成水位不足或超出報(bào)警水位的告警信息，已提醒消防值班人員及時(shí)了解水池水位信息，確保消防水池儲水正常[7]。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)國家消防救援局公布的2023年1-10月火災(zāi)形勢報(bào)告，電氣火災(zāi)在各種火災(zāi)原因中占比最高，高達(dá)29.1%。通過給建筑物內(nèi)配電柜加裝電氣火災(zāi)探測器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測線路的電壓、故障電弧、電流、剩余電流及溫度實(shí)時(shí)工作值，并可通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測值實(shí)時(shí)推送至消防物聯(lián)網(wǎng)平臺，以確保建筑物內(nèi)用電安全?？扇?xì)怏w探測器近期國內(nèi)相繼發(fā)生了多起燃?xì)庑孤秾?dǎo)致的爆炸事件，造成較大人員傷亡，多個(gè)地區(qū)監(jiān)管部門相繼出臺治理要求和整改意見，如，要求餐飲場所必須安裝可燃?xì)怏w探測報(bào)警器?；谙牢锫?lián)網(wǎng)的NB-IoT或4G獨(dú)立式可燃?xì)怏w探測器無需復(fù)雜布線施工，插電即用，十分適合當(dāng)前正在營業(yè)的餐飲后廚場所。同時(shí)，可燃?xì)怏w探測器在監(jiān)測到燃?xì)庑孤哆_(dá)到報(bào)警閾值后可及時(shí)聯(lián)動聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，聯(lián)動電磁閥切斷燃?xì)忾y門，聯(lián)動風(fēng)機(jī)啟動室內(nèi)排氣，為餐飲場所消防安全增加多重技術(shù)保護(hù)屏障。通信基站針對我國消防物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品市場當(dāng)前主流的依靠LoRa、NB-IoT、4G等通信的前端設(shè)備需要配套相應(yīng)的通訊基站來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。LoRa通信基站通常由硬件設(shè)備（如天線，收發(fā)器）和軟件系統(tǒng)（如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器）組成，可在項(xiàng)目現(xiàn)場進(jìn)行安裝部署，場景適應(yīng)能力強(qiáng)，具有長距離通信能力，通信效果較為穩(wěn)定[8]。NB-IoT及4G基站在我國主要由運(yùn)營商承建，因此，前端設(shè)備的信號受限于設(shè)備所在區(qū)域的基站建設(shè)情況。通常單個(gè)NB-IoT基站可覆蓋約10km的范圍，可連接設(shè)備量高達(dá)數(shù)十萬。但在實(shí)際應(yīng)用中，面對特別場所（不允許使用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)）、地下室、偏遠(yuǎn)地區(qū)等場景，基于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的前端設(shè)備可能就沒有信號覆蓋?；馂?zāi)預(yù)警防控應(yīng)用平臺告警消息推送消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備告警消息實(shí)時(shí)推送是火災(zāi)預(yù)警防控平臺的核心功能之一。當(dāng)前端設(shè)備監(jiān)測到異常事件時(shí)，會實(shí)時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)至火災(zāi)預(yù)警防控平臺并生成告警消息，并通過手機(jī)電話、短信、App等多種渠道將告警消息實(shí)時(shí)推送給消防值班人員，以便相關(guān)人員能迅速采取應(yīng)對措施，有效控制火情[9]。視頻聯(lián)動當(dāng)火災(zāi)預(yù)警防控平臺收到前端設(shè)備異常數(shù)據(jù)時(shí)，平臺能實(shí)時(shí)聯(lián)動調(diào)取設(shè)備周邊現(xiàn)場視頻畫面，以便消防值班人員及時(shí)核查火災(zāi)現(xiàn)場情況。通過視頻聯(lián)動，可節(jié)省值班人員去現(xiàn)場核查的時(shí)間，一定程度上能解決設(shè)備誤報(bào)帶來的值守效率低下問題；同時(shí)，在面對真實(shí)火災(zāi)事件時(shí)，通過視頻聯(lián)動確認(rèn)火情，為初起滅火救援贏得了寶貴的響應(yīng)時(shí)間。消防安全評估火災(zāi)預(yù)警防控平臺通過對建筑物內(nèi)消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、疏散通道及安全出口設(shè)置、隱患臺賬整改情況等數(shù)據(jù)采集分析，實(shí)現(xiàn)對建筑物的消防安全總體狀況的全面評估。有助于消防安全管理人員發(fā)現(xiàn)潛在的火災(zāi)隱患，及時(shí)更換故障設(shè)備，以提升建筑物的消防安全水平。AIoT在火災(zāi)預(yù)警防控領(lǐng)域的未來發(fā)展數(shù)據(jù)采集與處理海量消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備每天會產(chǎn)生大量設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及告警信息數(shù)據(jù)，現(xiàn)有通過前端設(shè)備及服務(wù)端采集處理數(shù)據(jù)的方案會給企業(yè)客戶帶來較高的軟硬件成本，基于AI算法的AIoT（AI+IoT）產(chǎn)品可以更高效、更低成本的對設(shè)備日常運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整合和分析，為火災(zāi)預(yù)警防控的管理決策提供數(shù)據(jù)支持。智能預(yù)警現(xiàn)有的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和趨勢分析算法很難預(yù)測火災(zāi)可能發(fā)生的位置和時(shí)間，基于人工智能的大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以對設(shè)備多維度的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法，預(yù)警模型能識別出設(shè)備異常工作模式，并對可能存在的火源進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測和風(fēng)險(xiǎn)評估，大幅提升預(yù)警的準(zhǔn)確性和效率，做到真正的防患于未然[10]。事故分析在火災(zāi)事件救援結(jié)束后，AIoT技術(shù)可以幫助相關(guān)部門對火災(zāi)事故的起因和處置過程進(jìn)行數(shù)據(jù)溯源分析。通過收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和火災(zāi)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，結(jié)合AI分析能力，系統(tǒng)可以更快的幫助調(diào)查人員確定火災(zāi)的起因和蔓延過程，這為改進(jìn)消防策略和防止類似火災(zāi)事故的再次發(fā)生具有重要指導(dǎo)意義[11]。結(jié)語近年來，隨著消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警防控領(lǐng)域的應(yīng)用普及，國家及多個(gè)省市地區(qū)相繼出臺推進(jìn)智慧消防建設(shè)的政策文件，如《“十四五”國家消防工作規(guī)劃》中明確指出要加快消防信息化向數(shù)字化智能化方向融合發(fā)展。雖然我國消防物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品市場發(fā)展迅猛，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。如，在某些復(fù)雜環(huán)境下，基于消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前端傳感器設(shè)備容易出現(xiàn)誤報(bào)，NB-IoT設(shè)備受基站建設(shè)及運(yùn)維影響，出現(xiàn)信號覆蓋不到或信號弱的情況，業(yè)主單位對設(shè)備的日常維護(hù)管理工作缺失等。這些都需要各大消防物聯(lián)網(wǎng)平臺及設(shè)備廠商不斷的創(chuàng)新和改進(jìn)技術(shù)以提高產(chǎn)品的可靠性和智能化程度，從而促使消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警防控中發(fā)揮更大的價(jià)值，切實(shí)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。參考文獻(xiàn)劉霞,姜元山,張光偉.5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展綜述[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2022,12(05):60-61+64.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2022.05.017.鄭寧,楊曦,吳雙力.低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述[J].信息通信技術(shù),2017,11(01):47-54.王文強(qiáng).基于物聯(lián)網(wǎng)的高校消防安全管理系統(tǒng)[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化,2024,(06):142-144.宋國永,原小永.火災(zāi)調(diào)查中智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)用分析[J].中國設(shè)備工程,2024,(04):37-39.蘆笛.火災(zāi)調(diào)查中智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].中國設(shè)備工程,2024,(03):38-40.崔鐵良.基于LPWAN網(wǎng)絡(luò)智能消防預(yù)警系統(tǒng)的融合發(fā)展[J].中國新通信,2024,26(03):4-6.劉志.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧消防在建筑防火檢查中的