基于物聯(lián)網(wǎng)的消防安全員輔助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

引 言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑、地下工程、石油化工企業(yè)、公眾聚集場所與日俱增。然而，油品、燃?xì)?、毒氣泄漏爆炸，隧道、地鐵坍塌等災(zāi)害隱患也不斷增加。突發(fā)性強(qiáng)、處置過程復(fù)雜、危害巨大、防治困難的大型災(zāi)害時有發(fā)生。公安消防部隊的職責(zé)逐步擴(kuò)大，消防隊員所承擔(dān)的職業(yè)安全風(fēng)險也在不斷升高。由于消防現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，人員分散，一旦消防員受傷未被及時發(fā)現(xiàn)就可能出現(xiàn)生命危險。消防員因搜救冒險進(jìn)入危險區(qū)段的群眾而遇難的悲劇時有發(fā)生。

1 消防安全員輔助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

1.1 消防安全員信息采集現(xiàn)狀

消防安全員的職責(zé)是對危險區(qū)段、部位進(jìn)行實時監(jiān)測， 確定安全防護(hù)等級，落實作戰(zhàn)行動的安全保障，檢查參戰(zhàn)人員的安全防護(hù)器材；記錄進(jìn)入危險區(qū)域的作業(yè)人員數(shù)量、時間等，保持不間斷的聯(lián)系，了解現(xiàn)場安全狀況和參戰(zhàn)人員的體力、健康情況，準(zhǔn)確判斷突發(fā)險情，及時向指揮員提出緊急撤離和人員替換的建議；協(xié)助指揮員確定緊急撤離路線，并通知進(jìn)入危險區(qū)的所有人員。根據(jù)指揮員下達(dá)的緊急撤離命令，利用長鳴警報、連續(xù)急閃強(qiáng)光、通信擴(kuò)音器材等方式及時、準(zhǔn)確地發(fā)出信號，并及時清點核查人員 [1]。

基層中隊消防安全員均采用人工記錄的方式進(jìn)行信息采集，針對復(fù)雜的現(xiàn)場情況，容易出現(xiàn)人為錯記或誤記等問題；且基層中隊配備的是非智能空氣呼吸器，使用時間不到30min，在高溫、黑暗、濃煙等環(huán)境下如果不能及時更換，就

會對消防員的生命安全造成威脅 ；消防安全員判斷爆炸等突發(fā)險情基本依靠經(jīng)驗，如依據(jù)現(xiàn)場建筑結(jié)構(gòu)、材料、煙霧顏色、聲音、光線、燃燒時間等。利用現(xiàn)代科技定量地輔助消防安全員工作對保障消防員安全非常重要，且已成為當(dāng)前面臨的重要問題。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防滅火救援方面的應(yīng)用現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)圍繞事物的信息屬性進(jìn)行采集、傳輸、處理和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的核心在于物與物、人與人以及人與物之間的信息交互， 其基本特征可簡要概括為信息全面感知、可靠傳送和高效利用[2]。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)融合中，被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮[3]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防方面更多地被應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)和室內(nèi)定位方面，在現(xiàn)場處置方面的應(yīng)用還處在研究階段。湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)《消防安全物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，可提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能[4]。由于愿意出錢購買水壓等傳感器節(jié)點、通信終端的單位不多，產(chǎn)品價格較高，導(dǎo)致推廣效果不好 ；室內(nèi)定位更多地依賴于之前繪制的現(xiàn)場電子地圖，需提前布置數(shù)據(jù)節(jié)點，否則誤差太大，嚴(yán)重影響使用效果，而愿意出錢布置數(shù)據(jù)節(jié)點、繪制電子地圖的單位也很少，推廣效果亦不理想。

1.3 消防安全員輔助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)不僅可以為災(zāi)害現(xiàn)場處置提供技術(shù)支撐，還能為其提供新的方法和思路 [5]。二者的結(jié)合必將對提高災(zāi)害現(xiàn)場處置的效能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，甚至?xí)砀锩缘淖兓?[2]?；谖锫?lián)網(wǎng)的災(zāi)害現(xiàn)場信息采集及處理技術(shù)在滅火救援過程中的應(yīng)用必將越來越廣泛。

消防安全員輔助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計思路如圖 1 所示。傳感器（sensor）是能夠感受被測量目標(biāo)，并按照一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成[2]。利用傳感器進(jìn)行現(xiàn)場信息采集是該系統(tǒng)的重要程序。涉及危險區(qū)段的人員信息采集主要包括進(jìn)入現(xiàn)場實施內(nèi)攻、救援或偵察任務(wù)人員的身份崗位類別、進(jìn)入時間、數(shù)量、生理狀態(tài)信息等。災(zāi)害現(xiàn)場的災(zāi)情信息采集需求指災(zāi)情起源、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等信息。

2 消防安全員輔助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 無線通信

對于災(zāi)害現(xiàn)場，傳統(tǒng)通信線路已被破壞，為了實現(xiàn)正常通信，需要通過現(xiàn)場設(shè)備搭建通信網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信?；?a href="/tags/物聯(lián)網(wǎng)" target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)的消防安全員輔助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一個主系統(tǒng)和多個子系統(tǒng)。所有子系統(tǒng)采集的相關(guān)信息通過自組網(wǎng)無線通信的方式發(fā)送到主系統(tǒng)。

為了獲取災(zāi)害現(xiàn)場的災(zāi)情情況及消防員生理狀態(tài)等相關(guān)信息，子系統(tǒng)設(shè)備采用集成化可穿戴產(chǎn)品。其中傳感數(shù)據(jù)采集及無線數(shù)據(jù)收發(fā)部分采用背包穿戴方式，數(shù)據(jù)實時顯示及告警部分為手腕穿戴方式。

消防安全員攜帶該系統(tǒng)的主系統(tǒng)在危險區(qū)段入口處，系統(tǒng)可自動識別實施內(nèi)攻、搜救和災(zāi)情偵查的消防員身份崗位類別、進(jìn)出時間、數(shù)量。消防員穿戴數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進(jìn)入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災(zāi)害事故現(xiàn)場后，子系統(tǒng)采集消防員生理狀態(tài)信息及災(zāi)情信息并進(jìn)行處理和反饋。主系統(tǒng)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲及分析處理后可實時顯示數(shù)據(jù)分析結(jié)果并對重要信息突出顯示，警告或危險信息可自動實時彈出。安全員可通過該系統(tǒng)向消防員個人或整體發(fā)出撤退或其他命令。

2.2 RFID身份識別

利用RFID開發(fā)設(shè)備在標(biāo)簽內(nèi)提前寫入身份崗位信息， 閱讀器采集該信息時，及時記錄時間、數(shù)量等。消防員進(jìn)入危險區(qū)段進(jìn)行搜救、搶險等工作時攜帶了各種滅火救援器材，由于時間緊迫，無暇顧及其他情況，而基于RFID的識別技術(shù)通過 盲選 的 握手 方式很好地解決了該問題[5]。消防安全員還要檢查個人防護(hù)裝備，利用 RFID識別技術(shù)識別出入危險區(qū)段的消防員的身份崗位、時間及數(shù)量，代替了人工記錄，提升了速度與準(zhǔn)確度，大大減少了工作量。

2.3 傳感器數(shù)據(jù)采集功能

利用傳感器技術(shù)采集消防員的生理狀態(tài)[6] 指標(biāo)有助于消防安全員及時掌握消防員的身體狀況。利用傳感器采集災(zāi)害現(xiàn)場的災(zāi)情信息[7,8]，指導(dǎo)消防員開關(guān)空氣呼吸器，延長供氣時間，輔助消防安全員判斷突發(fā)災(zāi)情出現(xiàn)的時機(jī)，落實好安全防護(hù)工作。災(zāi)情信息主要包括環(huán)境溫濕度、二氧化碳含量、心率與脈搏[9]、煙霧含量、環(huán)境氣壓、有毒氣體濃度、燃爆危險等。系統(tǒng)實測溫度與煙霧濃度如圖 2、圖 3 所示，誤差較小，可完全滿足輔助安全員采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的要求。利用傳感器進(jìn)行現(xiàn)場信息采集彌補(bǔ)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的不足與消防安全員人工判斷突發(fā)災(zāi)情征兆的不足。

圖2 系統(tǒng)實測溫度圖圖3 系統(tǒng)實測煙霧濃度圖

3結(jié) 語

消防安全員輔助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)便于攜帶，配備到消防中隊對減少國家財產(chǎn)損失和減少滅火救援現(xiàn)場的人員傷亡比例有著重要作用[10]。它能大大提高消防部隊撲滅特大惡性火災(zāi)的實戰(zhàn)能力，是現(xiàn)代科技手段在消防領(lǐng)域的新的應(yīng)用，具有極高的實用價值和市場前景。