基于物联网的消防灭火救援战斗力量调度指挥研究

李 增，王子硕，张丽敏

(武警学院 a.消防指挥系； b.研究生队，河北 廊坊 065000)

0 引言

对于灭火及应急救援来说，“调度指挥”贯穿整个行动的始终，是灭火及应急救援的核心和灵魂，调度指挥的高效和准确与否，直接决定了整个战斗行动的成败。如今，灾情呈现多元化趋势，单单以指挥员的经验和胆识来进行复杂的调度指挥颇有难度，而基于物联网条件下的调度指挥是物联网最新的理念在消防领域的实际应用与具体体现。这将大大提高指挥员决策的准确性和迅速性，并能一定程度上保障救援人员生命安全。

1 物联网条件下的消防调度指挥整体架构

根据灭火救援指挥调度的实际与需求，整个消防力量指挥调度可分为三个模块:指挥中心模块，指挥员操作终端模块，参战模块。参战模块可分为三部分:车辆调度指挥、人员调度指挥及战勤调度指挥，利用物联网技术中的RFID、GPS及GIS技术对人员车辆装备进行实时监测。指挥中心主要实现器材装备实时管理、消防员信息监测、车辆动态实时管理、战勤保障调度指挥四项功能。能够将参战模块信息通过平台运算研判，把有效辅助决策信息提供给指挥员，指挥员依此为依据作出决策并通过指挥中心各相应平台，将作战任务下达至各战斗力量，整体架构如图1所示。

图1 物联网条件下的消防调度指挥整体架构图

2 物联网条件下的消防调度指挥的关键技术

2.1 感知层技术

感知层作为调度指挥的各种基础类信息来源，其主要实现感知功能。包括识别灭火救援人员、消防车辆、装备器材的状态信息。具体功能是对对象分布状态、位置、数量、行为、环境状况和物质属性等动态或静态的信息进行大规模、分布式的获取及状况辨识。感知层技术主要涵盖电子标签技术和传感器技术[1]。RFID通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据。目前，正在研究将天线集成在标签芯片上，无需外部器件即可工作，可使标签体积减小，降低成本；传感器是一种检测装置，能探测到目标信息，并按一定的规律转变成电信号传送出去，以满足信息的传输、处理、储存、显示、记录和控制的等方面要求。

2.2 网络层技术

网络层的主要任务是将感知层所采集到的信息，通过各种网络技术进行传输[2]。调度指挥物联网需要具备集成有线和无线网络技术，可实现透明无缝衔接及实现自我配置和有层次的组网结构。相关技术主要有4G通信技术、IPv6技术[3]。

2.3 处理层技术

处理层是整个核心“智慧”的来源，其功能主要是完成信息的表达与处理，最终达到语义互操作和信息共享的目的。处理层技术主要有大数据处理和云计算技术。大数据技术涵盖批处理、流处理和交互分析三种计算模式：离线批处理(Batch Processing)技术以MapReduce和Hadoop系统为代表；实时流处理(Stream Processing)技术以雅虎的S4系统和Twitter的Storm系统为代表；交互式分析(Internet Analysis)技术以谷歌的Dremel系统为代表；云计算的具体应用模式主要有软件即服务(Software as Service,SaaS)、平台即服务(Platform as a Service,PaaS)和基础设施即服务(Infrastructure as a Service,IaaS)[4]。

3 消防力量调度指挥中物联网技术的实践应用

网络建设是物联网条件下消防调度指挥的关键，由于3G/4G公网覆盖范围非常广泛,包括建筑物内部、地下空间、隧道等场所都能实现信号的覆盖,而且带宽大,利用3G/4G公网实现信息传输能够满足现场信息测量传输的需求,通信网络结构如图2所示[5]。

图2 通信网络结构图

3.1 车辆调度指挥

当前消防车辆调度指挥已实现利用GPS和GIS技术对车辆进行动态管理，在指挥中心的电子地图上显示出行车路线和消防车辆位置信息。指挥中心联络员再根据实际情况，利用无线通信设备，实时对参战车辆进行调度指挥和行车路线调整[6]。基于物联网条件下的车辆调度指挥能够很好地解决获取信息难和不准确的问题，目前有以下具体应用：

3.1.1 警情提示及现场共享。手机APP实时联网，由指挥中心服务器同步警情，并对各级指战员下发警情信息，并提示辖区中队出警。通讯员通过车载终端手机可以对辖区内火情通过视频和文字实时速报，其他人员可以通过推送消息了解现场警情。

3.1.2 建立车辆现场采集终端与指挥中心通信通道，通过综合分析判别，分析匹配最合适的可调度的车辆，并能将车辆在事故现场的战斗停靠位置预先准确显示在车载终端，能够确保战斗车辆第一时间介入现场。

3.1.3 不确定因素下智能规划行车路径。能够将交警、治安管理监控摄像头所采集的信息添加至物联网，并将有效视频信息自动识别数字化，实时计算分析，规划出最短路径传送至接警车辆。

3.1.4 水源查找。指挥员可以通过车载手机对周边水源进行查找，可以详细获取水源位置信息，维护保养记录，当已有消防车辆占用水源时，该消防水源不再在其他车载终端上显示，提高了车辆供水速率。

3.1.5 车辆工作状态实时反馈。通过消防车辆总线系统或在重点部位设置传感器对消防车辆发动机、水泵、水(泡沫)箱、电瓶、胎压以及车载器材等关键参数进行采集。将这些信息通过双向信息交互通道回传至指挥中心。实现对消防车辆工况的准确显示。

3.1.6 装备器材管理。通过手机APP对车载器材二维码进行扫描可显示器材装备的性能参数、操作使用说明、维护保养记录及在车辆器材箱的放置位置。

3.1.7 能够实时获取车载灭火剂量与使用时间等参数，并将这些参数回传至指挥中心，通过数据库已存在的海量数据，对现有数据进行挖掘及研判分析，对火场灭火剂需求态势进行预判。

3.1.8 当确定要进行灭火剂调运保障剂量后，能够自动向符合条件的物联网存储中心发出调运指令及调运方案，并在整个调运过程中实现实时动态监控。同时，将位置状态信息回传至指挥中心，通过模型计算，使灾害现场及时调整供给强度及战术，防止出现火场灭火剂间断的情况。

3.2 人员调度指挥

参战人员是整个灭火救援行动中的核心因素，是各项工作的主体。然而，一般在救援现场指挥员很难掌握救援人员的实时位置，只能通过无线对讲机或公共通信设备间接获得救援人员的位置信息。这一方面不利于科学高效的组织指挥，同时，也不利于救援人员的安全保障。在灭火救援过程中，指挥员只有对各小组消防员的位置分布、进攻路线的选择、供水线路铺设以及水枪(炮)阵地的设置等信息了如指掌，才能做出明智的决策。基于物联网条件下的人员调度指挥目前有以下具体应用：

3.2.1 生命体征监测系统。实时获取各级指战员基本信息，此类基本信息包括，各级指战员姓名年龄信息、各项生命体征(体温、血压及心跳等)、空气呼吸器工作状态(余气量等)。能够对于偏离正常指标的参数进行计算，达到报警值后，向监控人员发出危险警告，并对危险类型加以判断。生命体征信息采集端由消防员随身携带佩戴于胸前，采集各项生理指标。此外，对一定时长坐标位置不发生改变的救援人员进行标记，并向指挥员发出预警，防止救援人员由于受伤昏迷而发生危险。系统结构如3所示[7]。

3.2.2 室内定位系统。室内定位技术主要有红外线室内定位技术、蓝牙室内定位技术、ZigBee室内定位技术、超声波定位技术、UWB定位技术等[8]。实

图3 消防员生命体征传感监控系统结构图

现人员定位功能，在浓烟中，指挥员可通过终端了解救援人员的朝向信息，结合建筑物结构，可通过方向指令指引救援人员安全返回。多数以地磁结构模型为应用基础，并结合人体运动学模型为辅助判据来定位追踪，无须考虑信道传输模型，也无需考虑高精度的时钟同步问题，目前正在普及阶段。

3.2.3 阵地位置实时获取。第一到达的指挥员，对于阵地的掌握应是了如指掌，但当现场火势发生扩大蔓延时，一方面能够更加直观显示出当前阵地对于火情的相对位置，能够迅速合理的重新部署；另一方面当现场指挥权发生转变，高一级的指挥员能够直观获取初战指挥的部署情况，交接速度将大大提高。

4 物联网条件下消防调度指挥的建设

4.1 整合资源，信息获取多样化

4.1.1 充分建设发展消防远程监控系统。综合利用RFID、无线传感、云计算、大数据等技术，依托有线、无线、移动通信等现代互联网通信手段，整合各数据中心，扩大监控系统联网用户数量，完善系统报警联动功能，为消防初战指挥决策提供数据支撑。要实现从高层到地下“险情监控全覆盖，结构水源全知晓”，尤其加强对建筑密集、人流量大、救援力量难以到达的重点区域进行联网监察。广泛应用图像识别技术对火光及燃烧烟雾进行检测报警，并由数据中心进行研判分析。以近几年火灾数量居高不下的电气火灾来说，应大力建设电气火灾数据监控系统，实时掌握线缆温度及工况，对线路、电器经常维修、损坏的重点单位、重点区域备案统计，并做好多种数字化预案。

4.1.2 充分建设发展救援力量实时监控系统。要加强对消防车辆、指战员、灭火救援装备及联动力量的信息精确获取，优化基础信息采集维护手段，实现辖区消防队站、多种形式消防队伍、装备器材、保障物资，历史记录，训练成绩等信息展示。以历史数据为参考，构建数学配给模型，为科学指挥和力量调度提供准确信息参考。

4.1.3 充分建设发展数据资源整合分析平台。信息收集多样化带来的必然结果就是数据的冗杂，且灾情的不确定性因素较大，单单凭一种或几种数据类型难以对现场灾情作出评判。为此，要对海量数据进行筛选、聚类后进行研判。加强对化工品生产运输全流程数据收集，协同各职能监管部门上传相关数据，实现一体化管理。

4.2 统一技术标准，指挥体系扁平化

4.2.1 各地域，各类型的灭火救援站、队伍数据互联互通。当前，部分试点消防队伍将物联网技术融入消防领域，效果显著，逐渐成熟，但涉及的相关技术标准不尽相同，这对全国范围内物联网的继续推广普及有一定制约，也对未来跨区域消防力量调度指挥有一定阻碍。“摸着石头过河”的探索阶段已经过去，应加强统一技术标准，搭建各消防队伍信息、装备互联互通桥梁，为物联网技术实现跨区域调度指挥打下基础。

4.2.2 部消防局平台突出全国信息资源共享查询分析、国家级应急联动指挥、宏观态势研判和跨省指挥调度；总队平台发挥承上启下作用，突出对属地灾情处置和作战指挥的精确管控；支队平台在拓展现有消防接处警系统功能的基础上，建设个性化研判分析工具和辅助指挥应用，突出各类信息收集、上报、精细化指挥和全过程科学战评。

4.3 优势互补，形成合力

首先，要依托现有政策，加大力度建设微型消防站、卫星消防站等社会救援力量，对其车辆、人员、装备信息数据联网共享。将社会救援力量接入物联网能够弥补城市远程消防监控的不足，避免由于传感器故障、漏报造成的火情扩大。其次，要将物联网技术应用到协同灭火救援中，灾害现场情况复杂，除了依托严谨的指挥体系，还应借助于指挥工具，为此亟须搭建一体化指挥平台，实现全部救援力量“一张图”，提高指挥效率，减少冗余环节。

参考文献：

[1] 刘佳欣.符合ISO 18000-6C标准的射频识别与温度感知一体化标签芯片设计[D].成都：电子科技大学,2013.

[2] 钟光文.智能物流车队管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学,2012.

[3] 徐明伟,王立军.我国下一代互联网建设面临的挑战与对策部署[J].中国广播,2013(5):27-30.

[4] 杨璐.基于Web的数据上报系统设计与实现[D].西安：西安电子科技大学,2012.

[5] 李增.灾害现场场景参数实时测量系统[J].电子技术应用,2015,41(11):38-40.

[6] 马国,钟志农,陈宏盛,等.GPS在消防指挥系统中的应用[J].兵工自动化,2006(11):83-84.

[7] 杨树峰,隋虎林,李志刚.消防员生命体征监测系统设计与实现[J].消防科学与技术,2014,33(3):314-317.

[8] 邓昶.基于Android的消防员室内定位系统的设计与实现[D].上海：东华大学,2015.