消防信息通信系统运行管理与建设研究

韩冰

（呼伦贝尔市消防救援支队信息通信科，内蒙古呼伦贝尔 021008）

1 引言

近年来，我国市场经济增速放缓、城市建设步伐加快，各种高层、超高层建筑拔地而起，工业行业规模也不断扩张，为区域发展注入新生活力的同时，也给消防管理带来诸多阻碍。传统的消防信息通信系统已经很难满足实际需求，亟须功能更加完善、覆盖范围更广、响应速度更快的虚拟平台系统辅助优化。针对该种情况，许多专业领域学者加入研究开发队列中。近年来，科技产业兴盛，“智慧消防”的呼声愈发高涨。据统计，2020年智慧消防行业市场规模已经达到2 757亿元，智能报警、智能疏散产品[1]等层出不穷。本文立足消防信息通信系统发展现状，从消防业务层面入手进行全局性设计，与旧有研究成果相比，其创新之处主要集中在如下几个方面：

1）信息通信系统板块划分更加完善、全面，在常规火灾受理、调度、情报板块的基础上，配套设计重大危险源评估板块、通信模拟训练板块等。

2）引入集群无线通信技术、车载动中通卫星通信技术等，通信更加可靠和高效，可以减少信号中断、失稳带来的风险因素。

3）融合设计了智能决策板块，采用层次-灰度关联分析法设计辅助决策机制，可以克服主观判断失误问题，提升消防反馈、响应速度。

2 消防信息通信系统框架结构及功能分属

从需求角度出发，将消防信息通信系统架构分为3个部分，即通信层、存储层和业务层，现将每个层级分述如下。

2.1 通信层

通信网络是实现即时沟通、动态监控的重要依托，可以为消防情报的交互分享、指挥决策的上传下达提供平台，这种平台应当是集语音、文字、图像为一体的综合化系统，因此，网络拓扑结构建设过程中，综合运用了多形式网络技术，力求提升通信层稳定性、兼容性以及高效性（见图1）。其一是有线通信网络，以数字程控交换机、电信终端设备为核心，另外搭配多种附加设备、配置专属线路，能够在火警电话电路、调度专线、公安电话网等主体之间建立有机联系。其二是无线通信网，融入LTE网络、微波、短波通信技术等，可以为救援现场、各级信息、调度、指挥中心提供通信服务。其三是卫星通信网，能够在规避地形影响的前提下实现高速交互，保障指挥中心、火灾现场通信顺畅，可满足视频、语音等多种形式的交流，与车载动中通卫星通信系统相连接，还能规避信号捕捉能力差、连续性不佳等问题。

图1 消防信息通信系统卫星网络拓扑结构示意图

2.2 储存层

进入经济新常态以来，我国城市建设规模明显扩张，截至2021年年末，城镇化率已经达到64.72%。该背景下带来的消防管理压力也是与日俱增，消防信息呈现出指数化、异构化发展趋势，亟须引入大数据技术进行梳理、管控和分析。因此，在新型信息通信系统中，融合应用了Hadoop平台中的HDFS分布式系统，并结合消防实际需求对其存储策略进行改进。该系统本身拥有一套完整的存储策略，可以根据Client节点位置，精准选择机架节点DataNode集群进行分布式存储，当单个节点出现宕机错误时，系统直接从其他节点加载副本，防止断线、容错率过低等问题。但这种情况也带来了一定的局限性，那就是单个节点处理能力下降，难以适应消防系统多数据中心的情况，因此，设计过程中引入“资源权重值”概念，对各服务器性能进行分析计算，结合心跳机制准确衡量节点存储能力，以最大限度保障分布式系统功能。权重因素主要选取5个，包含CPU（F）、剩余内存（M）、硬盘剩余容量（C）、磁盘读写速度（V）以及网络状况（N），计算公式为：

式中，λ1~λ5均为权重值，相加后和等于1；W代表资源权重值。

计算完成后数据库根据权重情况、节点位置等分配消防数据副本存储区域，提升适用性和系统稳定性。

2.3 业务层

消防信息通信系统是火情传递、调度指挥、辅助决策的重要平台，其业务功能覆盖范围应当全面、完整，通信能力则要可靠、顺畅，应当以省指挥中心为核心，联通各级指挥中心、应急联动部门，保障跨区调动可行性，同时从火灾预防管控角度出发，增设业务模拟板块、危险源评估板块等。消防信息通信系统模块划分示意图见图2。

图2 消防信息通信系统模块划分示意图

1）火警受理及调度板块。该板块主要部署于接警中心，可以在多形式通信技术的支持下，对火警业务信息进行接收、记录，并提供警情辨识、实时录音、地理信息描绘等功能。板块接口向各级指挥中心开放，可以传送灾情信息，反馈相关指令，并与火场建立实时通信。

2）消防车辆动态管理板块。该板块主要针对消防车辆展开定位管理，可以在GPS、GIS技术以及车载动中通卫星通信技术支持下，实时更新车辆位置、速度、方向等信息，为科学调度、精确引导的实现提供助力。

3）消防情报信息管理板块。负责消防业务信息的管理、传输和存储，基础功能包含用户身份、权限管理等，延伸功能包含实时采集、自动统计功能等，不仅支持火灾现场图像传送、车辆编号、状态信息传送，还包含消防站图像、当日气象、温度、风力信息[2]等，可以综合多种异构数据运行智能决策机制。

4）消防救援预案管理板块。灭火预案以数字化形式存在于该板块之中，部局级、总队级消防队均可以调取查看，可同时支持精准、模糊查询，以及编辑、修改操作。

5）重大危险源评估管理板块。该板块是从应急评价、危害预防角度出发设计搭建的，可以依托GIS技术对辖区内部消防风险因素进行筛查、排列，重点关注对象有人员密度过大区域、存在爆炸、毒害风险区域等。

6）通信指挥模拟训练板块。该板块集成情报处理、传递功能、预案管理功能及调度指挥功能，可以模拟真实情境进行通信预演，并在监控流程支持下辅助完成训练考核工作，方便系统及时发现不足、优化改进。

本文对各板块涉及的重点、创新技术进行展开阐述。

3 消防信息通信系统技术创新及智能机制设计

3.1 无线数字集群通信技术

消防救援及调配工作具有显著的综合性、复杂性特征，现场局势、火情瞬息万变，信息通信过程中仅依靠语音传递、文字描绘是远远不够的，还必须综合调动图像、视频传输方式，基于此，建立集多种通信技术为一体的、宽窄带融合的集群通信渠道就显得异常重要。本系统中主要以LTE核心网络为基础，融合微波无线通信技术、短波通信技术、VSAT卫星通信技术等，在各级辖区中建设卫星助战，TSAT小站等设施，站点之间相互配合、共同运作，形成星型网络拓扑结构，大、小口径天线的搭配，可以满足高、低发射功率的差异性需求，保障了实时通信稳定性。

3.2 车载动中通卫星通信技术

车载动中通卫星通信技术运用更加智能化的信息传递方式，系统内部分别设置了信号收发板块、伺服板块，可以通过陀螺仪、极化角传感器[3]等准确测定消防车辆位置、状态以及速度变化情况（见图3）。与传统网络连接方式相比，该种系统架构下消防信号更加稳定和可靠。即使是在较为偏远的地区，车载CPU也可以精准捕捉卫星方位，经过DVD播放器的处理，以及编码器、交换机、卫星Modem的处理，还能够完成视频信息的传送和播放，精度高且受干扰程度小。

图3 车载动中通卫星通信系统结构示意图

3.3 智能决策模型技术

当前社会层面消防管理需求激增，消防应急、决策能力均面临较大挑战，信息通信系统设计时，还应当适时融入“智慧消防”理念，改善通信系统信息分析能力薄弱的现实问题。本次设计主要采用层次-灰度关联分析算法，该算法本质上是一种多因素统计分析方式，可以在多个“相关目标”中找到对指标影响最大的因素，并自动生成排序结果，方便系统决策。以消防站选取、调度为例，备选方案记为Y={y1，y2，…，yn}，系统会自动提取集合站点各相关因素（因素分层结构可见图4）。

图4 基于层次-灰度关联分析的消防智能决策因素模型

在此基础上生成相应的新合集C={c1，c2，…，cm}，整合得到全面化的评价序列Yn={yn（c1），yn（c2），…，yn（cm）}，经过一致性检验、无量纲化处理后，计算每个序列关联系数ξij，并运用下述关联系数矩阵计算得到最终的关联度H，为站点选择提供依据。n、m分别代表备选站点个数以及判决指标个数。

4 结语

综上，本文以集成化、实用化思路为指引，搭建和完善了一种新型的消防信息通信系统，引入无线数字集群通信技术、车载动中通卫星通信技术对通信层进行优化设计，引入HDFS平台对数据存储层进行完善升级，在此基础上健全消防业务板块，设计了火警受理及调度板块、重大危险源评估板块、消防通信模拟训练板块等，采用的层次-灰度关联分析算法还能综合消防站位置、消防水源分布情况等辅助决策，整个结构较为条理、清晰，可为系统设计实践提供思路指引。但考虑到技术、需求等方面的因素，本系统还存在诸多待改进之处，未来有望引入5G通信技术、智能疏散技术等进行优化改良。