艾优花
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要 ：近年来，随着我国城市化建设步伐的加快，以IoT、云计算大数据、AI 为代表的新一代信息技术的快速发展和普及，构建智慧城市成为大势所趋，而智慧消防正是智慧城市建设中智慧公共安全应用领域的重要组成部分，是智慧城市在城市消防领域的具体应用。通过AIoT 对传统消防的加持，可以让消防系统具备感知能力、自控能力和预警能力等，为城市的发展、市民生产生活提供必要保证。本文通过当前消防领域的典型案例说明了智慧消防是如何将AI 与IoT 结合，对火灾、险情进行防范、预警和处置的，通过智慧消防的加持，智慧城市的公共安全将变得更加可靠。
关键词：智慧消防；NB-IoT；人工智能引言
1引言
随着城市化建设进程的加快，城市规模不断扩大、摩天大楼拔地而起，商圈和文娱设施等各类建筑日益增长，城市地下铁网络密布，消防安全形势变得愈加严峻，消防安全需求变得更加迫切。但却面临消防机构、消防安全监督管理部门人员不足，消防安全管理缺乏技术手段支持和社会化手段辅助，尚不能实现及时发现、整改、消除重大火灾隐患的目标，火灾发生几率和火灾风险仍十分严峻。
近两年，国际国内重大火情不断，从2018 年9 月的巴西国家博物馆大火、11 月18 日北京市大兴区西红门镇火灾事故，到2019 年4 月初巴黎圣母院失火，有的造成了重大人员伤亡，有的造成了重大经济和文化损失。如何防患火灾、确保消防安全，成为当今智慧城市、智慧园区/社区建设、运营、管理工作中的难点问题。通过运用物联网、大数据、人工智能等技术构建起智慧消防系统，有效整合各方资源、汇总并打通不同维度的消防数据，对排摸火灾隐患底数，成为支撑城市公共安全、加快构建城市智慧消防体系，掌握救灾、灭火主动权的关键。
2 智慧消防相关政策
在政策方面，2017 年10 月10 日，消防局发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见（公消[2017]297 号）》。意见要求，综合运用物联网、云计算、大数据、移动互联网等新兴信息技术，加快推进“智慧消防”建设，全面促进信息化与消防业务工作的融合、全覆盖的社会火灾防控体系，实现“传统消防”向“现代消防”的转变。2018 年年底，地级以上城市建成消防物联网远程监控系统。
目前已建成消防物联网系统的城市，在2017 年年底，70% 以上的火灾高危单位和设有自动消防设施的高层建筑接入系统，2018 年年底要全部接入。《意见》中提出的在全面推进“智慧消防”建设的基础上，需按照“急需先建、内外共建”的方式，抓好相关消防基础设备的建设和改造，实现动态感知、智能研判、为消防工作和部队的战斗力的提升，提供信息化支撑。
3 智慧消防面临的问题
3.1标准滞后
随着物联网技术、通信技术的快速发展，很多新的技术和产品也应用到了消防设备领域，但是新技术、新应用出现后，对应的检验检测标准还没有更新或者发布。因为消防类终端产品应用范围广、数量大、一旦出现故障造成危害大，所以及时建立相应的产品标准、检验验收标准势在必行。也有助于用户方对标采购、有助于消防支队在检测验收时候有据可循。
3.2选型不当影响产品及系统的安全运行
很多消防终端设备的应用环境和场景恶劣，这对新研发的产品或关联模块有较高的质量要求，但是生产制造企业对不同的芯片、模组的技术参数、适用范围了解有限，如果不能优先选择适用的芯片、模组、传感元器件来组装设备，可能在应用中出现各种问题。所以产品选型和辅助产品设计对于消防类产品的原型设计和原型制造至关重要。
3.3概念落后
据访问调研，从事消防终端器材生产制造的企业中有不少在新智能化产品推进领域持保守态度，因为非智能的产品相对容易通过验收，而增加了新功能的产品不一定能通过验收，一旦被罚将造成较大的损失。因此，整个消防行业需要重新教育和引导，在相关标准推出后，需要和消防领域的行业协会、标准化组织合作，树立相应的行业标杆，以便参考和效仿。
3.4管理水平落后
当前，国内对烟雾感应器、消防栓、灭火器、消防喷头、消防水箱等消防器材的管理和排查仍以人工检查、手工记录为主，检查记录通常以纸制方式归档储存，在检查过程中也会发现意外情况，例如：烟雾感应器经过几年的使用，一旦电池电量消耗完就丧失了报警功能， 但管控中心无法知道海量的烟雾感应器的工作状态，无法对无电的进行电池更换等。还有消防栓盖松/水压不足、灭火器被开启/重量不足等现象，都要单独填写表单记录，但记录后却容易将消防器材混淆，主要因为消防器材外观相似性，不易辨别。
要解决以上问题，就需要对消防业务有深刻理解，依托先进的公共安全技术并结合物联网、大数据、人工智能等技术，将有助于提升智慧消防、智慧警务等领域的设备和平台研发，向各级消防单位提供智慧消防解决方案和配套支持。
4 智能物联如何与消防结合
首先，智慧消防的建设方向和目标是通过“消与防”与智能化的相互结合，实现对消防工作、消防人员、消防设备和器材的管理由粗放型向精细化转型。通过提升消防工作的科技含量，来提高灭火救援工作的保障力，基于消防特定场景的需求，通过对现有的消防器材、车辆进行智能化改造和创新，加强人员和设备的消防协同作业能力，提高消防队伍的战斗力，为企业和民众的生产生活提供安全保障。
如何将消防与人工智能和物联网相结合？首先通过对传统消防设备例如消防栓、消防水箱、喷淋设备、监控摄像头等进行改造，使其不仅具备已有的消防功能，还能成为获取消防监控场景数据的传感器，为消防云平台提供实时或非实时的数据，通过对数据的标记、挖掘和分析，对火灾识别算法模型进行不断的训练，使算法不仅能够快速发现火情并报警，还能通过甄别不同的烟雾、火焰颜色来判断是否有助燃剂、什么气体或燃料引起的火焰，关键的是在火灾刚刚发生时， 就能报警并实施扑救。
同时，基于物联网大数据的消防云平台在火灾防控工作中也发挥着重要作用，它可以与摄像头、机器人等终端设备配套，通过与物联网技术、人工智能技术集结合，协助物业管理人员进行日常的消防巡检工作，可以将警报信息发给相关人员，例如物业、业主、或远在数公里外的消防人员。通过消防云平台预先获悉火灾相关信息，对于消防人员更科学地实施灭火预案会非常有效（见图1）。
5 智慧消防典型应用场景和案例
5.1烟雾感应器
场景描述及关联问题：烟雾感应类消防产品（后面简称为“烟感装置”）的市场需求规模比较大，在老旧小区的应用环境中，烟雾感应装置（通常采用锂电池供电）在安装完毕后处于无人监管状态，待2~3 年后电量消耗完毕，功能随即失灵，这是烟感装置的主要问题之一。之前的烟感装置采用有线来供电，线路安装在墙体内，安装复杂而且容易被昆虫、老鼠等啃咬，容易受损，受损后还不易查找故障源以及维修更换。
传统解决方案：传统的解决方法依靠人工巡查，问题是实时性差、人工成本高、效率低、数据不准确等。
智能物联解决方案：智能烟雾感应器除了具备烟雾感应功能外，还内置了NB-IoT 无线通信模块，当感应器探测到烟雾达到报警浓度时，会及时发出声光报警并将警报消息实时推送到APP，同时还可以联动其他智能消防器材配套使用，例如消防喷淋、声光报警喇叭等。该方案可广泛用于文物保护场所、艺术馆、博物馆、老四合院、七小场所、居民住宅等领域（见图2）。
5.2智能消防栓
场景描述及关联问题：在日常生活中，由于各种原因导致消火栓无法发挥其应有的作用。如：水压不够、消火栓被严重损坏而无法连接、非法拆除消火栓、非法盗用消防栓免费水、被强制中断供水等。消防栓是成功灭火的重要保障，它的水压不足、被损坏后未及时发现和更换，将对人们的生命安全、财产安全构成严重的威胁，如何保证消火栓处于正常可使用状态，如何提升消防和水务部门的消防栓管理水平保障消防栓被合理利用，如何保证消防水不被肆意盗用等都是需要亟需解决的问题。
传统解决方案：传统的解决方法依靠人工巡查，问题是实时性差、人工成本高、效率低、数据不准确等。
智能物联解决方案：消防栓内置了压力开关、压力传感器和NB-IoT 模块，可以对水压等数据进行实时监测，一旦出现水压异常或缺水等情况会立即自动报警， 同时还能及时发现消防栓被打开、被破坏、被撞倒、管道压力不足或非正常出水等情况。便于及时维护，以确保火险发生时有水可用。当火情发生时，智慧消防云平台还可以将接入的消防栓定位推送到消防人员的手机APP，通过手机APP 可以随时查看报警信息，并定位到消防栓的位置，以提升救火效率。
智能接消防栓的另一个主要目的是要跟踪丢失的水源去哪里了，水龙头的直径达到100mm，5min 就足以流失一吨水，其他需求还有消防水管水压预警，目前通用的解决方案是基于NB-IoT/GPRS 网络等研发了消防智能监控&水压检测系统。该终端由智能消防栓闷盖和消防管道压力终端两部分组成，可实现对消防栓及消防管道使用情况进行远程管理，防范偷盗水的同时杜绝紧急情况下消防管道无水或水压不足造成的重大安全事故（见图3）。
5.3“火眼”可视图像早期火灾报警系统
场景描述及关联问题：在服装鞋帽城、物流基地、批发市场等防火单位，在火灾发生前或火势刚刚发起时刻进行预警、预告和处置，对火势的控制具有至关重要的意义，因为以上场景易燃物较多，一旦在初始阶段没有控制住火势，扩大后很难控制。
传统解决方案：通过烟雾探测、红外探测、温度传感器等方式虽然能探测到烟雾和温度的变化，但是因为被测场景环境复杂，易误报，随着误报次数增多， 容易造成消防人员疲惫代谢。而且因为传感器精度的问题，并不能保证在火势刚起或火势较小的时刻立即捕捉到险情并报警，从而延误扑救的时间。
智能物联解决方案：“火眼”可视图像早期火灾报警系统是国家消防工程技术研究中心、公安部天津消防研究所、联合天津大学等，历时6 年研制成功的一种利用视频图像分析技术探测火焰和烟雾的火灾报警系统。
“火眼”系统主要由视频图像火灾探测软件和普通安防视频监控系统组成。传统火灾报警系统通常是采用传感器对烟雾、热源的感应来对火灾进行识别和告警的。而“火眼”系统由“感知”火灾转变“观察”，通过“看”来分辨和发现火灾。
“火眼”探测系统是基于图像智能识别技术及机器学习理论研发的一套AI 消防云系统，通过对数十万次火焰燃烧试验，对火焰、烟雾的图像特征数据进行分析并形成标准火焰图像数据仓库，不断地训练“火眼”探测系统的算法模型，使该系统不断自学习，能更快地辨别各种烟雾和火眼。当被火眼判决为火灾图像时，“火眼”会采用两级报警方式，当监控摄像区域内出现火焰或烟雾时，系统通过智能分析可提供多级报警机制。在观测到火点时“火眼”系统会立即做出反应，提醒用户注意。当烟雾或火焰持续加强，系统通过分析进一步判断确认为火灾图像时，会发出明确的火警信号，并引发声光报警，使值班人员能有时间准确判断火警情况后，再根据应急预案采取消防措施。两级火灾报警方式可以防止其他干扰因素，减少误报率，提升火灾报警的准确性。
5.4物联网电气火灾预警云监控系统
场景描述及关联问题：随着智能硬件的普及，各类智能化用电设备逐年增加，火灾事故呈上升趋势。据公安消防部门对已发生的火灾成因分析统计，近30% 的火灾是电气线路故障引起的，而且电气线路故障是造成的多数重大火灾的主要原因之一。该类火灾事故不仅造成伤亡和经济财产损失，还可能引发火灾发生地及附近区域电力系统大面积瘫痪，给居民生产生活带来不便。但电气线路的故障和隐患并无明显特征，不易引起人们察觉。
智能物联解决方案：通过在楼宇中加装无线底座的光电感烟火灾探测器报警器，和社区中增加NB-IoT/LoRa/GPRS 模块的消防栓等连接，及时采集数据（火灾报警、烟感失联报警、烟感故障报警、电池需更换）上报到物联云监控主机，可以实现对建筑物各区域用电情况进行实时在线监测，实时掌握各电力参数和电能使用效率，为智慧楼宇提供大数据支撑，给出合理的节能方案，并可实时进行管控。对建筑物内供电系统隐患如漏电流过大、电压不稳、电流过载、线缆温度过高、三相不平衡等参数进行全天候24h 巡检。
6 安科瑞智慧消防监控平台功能
平台登陆
用户登录成功之后进入首页，如图所示。主要展示的内容有：项目概况、设备状态、设备分类、设备报警信息、报警分类、报警统计、设备台账信息等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。
实时监控
智慧用电子系统可接入电气火灾、故障电弧、电气火灾主机、灭弧式保护器探测和母排无线测温探测等等各类子系统，实现对相关消防系统设备的信息实时监控，一且发现监测数剧超过风险阈值，APP、短信报警、电话报警统统上阵，通过设备的标签、地理位置定位，快速通知，快速处置
隐患管理
隐患管理包括隐患巡查、隐患处理、和隐患记录，隐患巡查的目的是为了系统在产生报警或隐患后，系统可以针对工程人员派发工单，处理完以后工程人员能够在系统中填写相关工单任务记录，以供历史查询。隐患统计支持对项目进行日、月、季、年的维度查询，并能够自定义时间查询，将项目下隐患以曲线，图表的形式展现
统计分析
统计分析包括数据汇总和分析报告，数据汇总以曲线和表格形式显示各个月份的报警和故障记录，同时显示控制日志，支持按照控制类和参数设置类分别显示，也可以按照操作是否成功分别显示，包括此次控制的操作情况，项目名称，设备信息以及对应的操作时间等；分析报告包括总体概况和设备回路特征分析。
运维管理
根据运维调度管理的需要，智能调度技术人员可以分为不同角色，系统支持指定巡检计划和巡检日历，可支持巡检人员使用手机NFC芯片巡检打卡的功能。
手机APP功能
手机APP软件具有IOS版本和安卓版本，并与电脑终端系统的数据同步，能展示剩余电流、温度、电压、电流等电气安全参数的实时监测数据及变化曲线、历史数据与变化曲线；短路、断线、漏电、超温、过压、欠压、过流等电气故障实时报警数据等；能实时显示项目地理位置、未排除隐患数、未处理巡检数等；通过APP消息推送的方式提醒用户实时报警信息；可以实现远程复位、远程分闸功能；可以对所有现场探测器进行远程参数设定及修改；可以对所有现场探测器的远程控制记录进行查询；
7 产品选型
电气火灾监控探测器
8 结束语
伴随着人口的增长和城市化进程的加快，火灾是一直都存在的安全难题。而物联网技术、通信、人工智能技术等的高速发展和普及，让传统的消防设备具备了感知能力和网络连接能力，从而获取了多维度的大量消防数据，基于数据可以用来训练智能消防的机器视觉分析模型，提升对烟雾、火焰的识别准确率和识别效率。未来，“智能物联网+消防”很快会在消防行业里掀起一场变革式的进步，为居民的幸福生活提供安全保障，为企业的生产和运营保驾护航。
参考文献
[1] 王立群，葛涵涛，张义，智能物联网助力智慧消防的建设与发展
[2] 刘展华. 窄带物联网技术在消防工作中的应用探讨[J]. 中国新通信, 2018(11).
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[4] 樊明华, 徐培哲, 邓永辉, 罗亚楠. 打造基于NB-IoT 网络的全域一体化“智慧消防”[J]. 江西通信技术, 2019(1).
[5] 安科瑞企业微电网设计与应用手册 2019.11 版
作者简介：艾优花 安科瑞电气股份有限公司，主要从事智慧消防平台的设计与应用。Email：2880635305@qq.com 手机：18701997565 QQ：2880635305