【智慧消防】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧消防中的應(yīng)用研究
【智慧消防】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧消防中的應(yīng)用研究
胡劍飛;丁寧
一、背景
根據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，近十年全國消防部門總接報(bào)火災(zāi)228.2萬起，火災(zāi)造成死亡人數(shù)超過1.5萬人。伴隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市消防安全風(fēng)險(xiǎn)的不斷上升，城市高層、超高層建筑和大型建筑日益增多，建筑消防安全問題越來越突出。消防工作面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)工作方式與新形勢、新任務(wù)不相適應(yīng)的矛盾日益凸顯。
近年來，隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)代城市的信息化水平有了很大提高，逐步形成了“智慧城市”的建設(shè)理念。城市消防安全作為城市建設(shè)的重要一環(huán)，逐步形成“智慧城市”相匹配的“智慧消防”。智慧消防已成為大勢所趨。
二、智慧消防
近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等一系列科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，火災(zāi)科學(xué)、消防技術(shù)與消防軟科學(xué)等領(lǐng)域作為消防科學(xué)技術(shù)研究的主要方向。智慧消防行業(yè)逐漸向多級啟動、智能化、滅火提效、特殊領(lǐng)域應(yīng)用等方向發(fā)展。具體來說，智慧消防就是利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、移動互聯(lián)網(wǎng)+等最新技術(shù)，配合大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺、火警智能研判等專業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)城市的消防的智能化，是智慧城市消防信息服務(wù)的數(shù)字化基礎(chǔ)，也是智慧城市智慧感知、互聯(lián)互通、智慧化應(yīng)用架構(gòu)的重要組成部分。
2017年10月10日，公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》，意見中提出建設(shè)“智慧消防”的重點(diǎn)任務(wù)和明確工作目標(biāo)。根據(jù)該指導(dǎo)意見，對智慧消防提出了五大重點(diǎn)任務(wù)：
（1）建設(shè)城市物聯(lián)網(wǎng)消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；
（2）建設(shè)基于“大數(shù)據(jù)”“一張圖”的實(shí)戰(zhàn)指揮平臺；
（3）建設(shè)高層住宅智能消防預(yù)警系統(tǒng)；
（4）建設(shè)數(shù)字化預(yù)案編制和管理應(yīng)用平臺；
（5）建設(shè)“智慧”社會消防安全管理系統(tǒng)；
消防物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建作為五大重點(diǎn)任務(wù)之一，對于相關(guān)消防信息的獲取至關(guān)重要。也是其他重點(diǎn)任務(wù)完成的基礎(chǔ)。
三、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)介紹及對比
國際電信聯(lián)盟( ITU) 發(fā)布的ITU 互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告，對物聯(lián)網(wǎng)做了如下定義：通過二維碼識讀設(shè)備、射頻識別(RFID) 裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
物聯(lián)網(wǎng)的無線通信技術(shù)很多，主要可以分為兩大類：
（1）短距離通信技術(shù)：ZIGBEE、WIFI、藍(lán)牙、Z－WAVE等；
（2）廣域網(wǎng)通信技術(shù)：LPWAN，低功耗廣域網(wǎng)。
其中低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN，LOW POWER WIDE AREA NETWORK）技術(shù)是一種革命性的物聯(lián)網(wǎng)無線接入新技術(shù)，與WI-FI、藍(lán)牙、ZIGBEE等現(xiàn)有成熟商用的無線技術(shù)相比，具有遠(yuǎn)距離、低功耗、低成本、覆蓋容量大等優(yōu)點(diǎn)，適合于在長距離發(fā)送小數(shù)據(jù)量且使用電池供電方式的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備。
由于消防設(shè)施分布的區(qū)域比較廣，業(yè)務(wù)主要適用于廣域網(wǎng)技術(shù)。因此本文重點(diǎn)針對LPWAN，即廣域網(wǎng)通信技術(shù)進(jìn)行對比說明。
3.1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對比
目前面向物聯(lián)網(wǎng)的LPWAN（低功耗廣域技術(shù)）技術(shù)可以分為兩類：一是授權(quán)頻段的廣域網(wǎng)技術(shù)，以3GPP定義的NB-IOT、LTE演進(jìn)技術(shù)eMTC等為代表；另一類是非授權(quán)頻段的廣域網(wǎng)技術(shù)，包括LoRa、Sigfox等技術(shù)，不同類別的LPWAN技術(shù)的主導(dǎo)方、部署方式、服務(wù)模式均存在差異。
（1）NB-IOT ：2017年6月16日，NB-IoT技術(shù)協(xié)議獲得了3GPP 無線接入網(wǎng)(RAN)技術(shù)規(guī)范組會議通過。同年，工信部發(fā)公告稱，在已分配的GSM或FDD方式的IMT系統(tǒng)頻段上，電信運(yùn)營商可根據(jù)需要選擇帶內(nèi)工作模式、保護(hù)帶工作模式、獨(dú)立工作模式部署NB-IoT系統(tǒng)。頻率使用有效期與相應(yīng)頻段的公眾移動通信系統(tǒng)頻率有效期一致。即該技術(shù)需要應(yīng)用在運(yùn)營商已有頻段上。
（2）eMTC：基于LTE協(xié)議演進(jìn)而來。使用授權(quán)頻段，較NB-IOT來說，更適應(yīng)于滿足中等速率業(yè)務(wù)。
（3）LoRa：由Semtech公司研發(fā)的低功耗廣域網(wǎng)無線通信技術(shù)。使用非授權(quán)頻段，主要包括433 MHz、868 MHz、915 MHz等。
（4）Sigfox：Sigfox成立于2009年，主要用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)。使用非授權(quán)頻段，法國Sigfox公司對其技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，相對封閉，生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建相對緩慢。
表3.1 各種制式的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)對比
序號 | 制式 | 特點(diǎn) | 頻譜 | 信道帶寬 | 吞吐量 | 覆蓋 | 模組成本 | 功耗 | 建網(wǎng) |
1 | NB-IOT | 國際標(biāo)準(zhǔn) | 授權(quán)頻段 | 180kHz | <200kbps | 164dB | <5$ | 10年 | LTE軟件升級 |
2 | eMTC | 國際標(biāo)準(zhǔn) | 授權(quán)頻段 | 1.4MHz | <1Mbps | 155dB | 5至10$ | 10年 | LTE軟件升級 |
3 | LORA | 私有技術(shù) | 非授權(quán) | 125kHz/500kHz | <37.5kbps | 155dB | <7$ | 10年 | 新建網(wǎng)絡(luò) |
4 | SigFox | 私有技術(shù) | 非授權(quán) | 100Hz | <100bps | 162dB | <5$ | 10年 | 新建網(wǎng)絡(luò) |
3.2、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)定位對比
各種制式的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定位對比如下表所示：
表3.2 各種制式的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定位對比
分類 | 技術(shù)制式 | 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) | 網(wǎng)絡(luò)定位 |
國際標(biāo)準(zhǔn) | NB-IOT | 廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：低成本、電信級、高可靠性、安全性 | 可與現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)融合演進(jìn)的低成本電信級的高可靠性、高安全性廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) |
eMTC | 廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：電信級、高可靠性、安全性 | 電信級、LTE低UE等級或演進(jìn)技術(shù)；部分業(yè)務(wù)具有移動性與語音要求 | |
私有技術(shù) | LoRa | 局域網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：獨(dú)立建網(wǎng)、無執(zhí)照頻段、有風(fēng)險(xiǎn) | 需獨(dú)立建網(wǎng)、無執(zhí)照波段的高風(fēng)險(xiǎn)局域網(wǎng)物聯(lián)技術(shù) |
Sigfox | 國內(nèi)無頻譜、不需要傳輸信令、速率低、覆蓋廣，但每天上傳數(shù)據(jù)有限，不適合數(shù)據(jù)傳送頻率較高的應(yīng)用 | 不適配國內(nèi)無執(zhí)照波段，由Sigfox建網(wǎng)與運(yùn)營商合作的高成本高風(fēng)險(xiǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) |
四、物聯(lián)網(wǎng)在智慧消防中的應(yīng)用
消防物聯(lián)網(wǎng)是指通過物聯(lián)網(wǎng)信息傳感與通訊等技術(shù)，采用“感、傳、知、用”等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，綜合利用 RFID、無線傳感、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)、專網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)，對消防設(shè)施、器材、人員等狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位與跟蹤，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、動態(tài)、互動、融合的消防信息采集、傳遞和處理，通過信息處理、數(shù)據(jù)挖掘和態(tài)勢分析。將消防設(shè)施通過社會化消防監(jiān)督管理和公安機(jī)關(guān)消防機(jī)構(gòu)滅火救援涉及的各位要素所需的消防信息鏈接起來，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、動態(tài)、互動、融合的消防信息采集，傳遞和處理。為政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)提供必要和可靠的信息，為消防部門提供高價值安全管理解決方案，利用消防物聯(lián)網(wǎng)為消防關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程服務(wù)，利用大數(shù)據(jù)智慧輔助消防決策，提升城市消防安全水平。從而全面促進(jìn)與提高社會消防監(jiān)督與管理水平，顯著增強(qiáng)公安機(jī)關(guān)消防機(jī)構(gòu)滅火救援的指揮、調(diào)度、決策和處置能力。
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防水源監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)、消防通道監(jiān)控系統(tǒng)、九小場所監(jiān)控系統(tǒng)等。通過這些系統(tǒng)完成（1）自動信息采集匯總：重點(diǎn)目標(biāo)檢測設(shè)備、消防設(shè)施自動檢測、移動信息采集；（2）分級分類遠(yuǎn)程監(jiān)督檢查；（3）滅火救援信息支撐。
由于多數(shù)業(yè)務(wù)屬于小流量，大連接的業(yè)務(wù)，同時考慮安全性、可靠性以及穩(wěn)定性，目前通過租用運(yùn)營商NB-IOT網(wǎng)絡(luò)或自建LoRa網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建消防物聯(lián)網(wǎng)成為可選途經(jīng)。
五、小結(jié)
智慧消防是城市消防建設(shè)的必然趨勢，智慧消防物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)順應(yīng)智慧城市的建設(shè)潮流，是智慧城市和消防信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。本文通過對LPWAN（低功耗廣域技術(shù)）各種制式技術(shù)的對比，以及對智慧消防應(yīng)用的業(yè)務(wù)類型分析，提出相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)選擇策略，為加快推進(jìn)智慧消防提供有益的思路。
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