“基于物联网、大数据的建筑防火技术研究”研究进展

“基于物联网、大数据的建筑防火技术研究”课题由中国建筑科学研究院建筑防火研究所牵头，于2018年1月1日开始，2019年12月31日完成课题最终报告的验收工作。

1 课题研究目的和意义

为应对消防工作的众多难题，基于物联网、大数据的“智慧消防”应运而生。2017年10月10日，公安部消防局发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》，意见中提出建设“智慧消防”的重点任务和明确工作目标。2019年11月29日，习总书记在我国应急管理体系和能力建设进行第十九次集体学习会上强调，应急管理是国家治理体系和治理能力的重要组成部分，积极推进我国应急管理体系和能力现代化。国家层面的政策引导指明了行业趋势和发展方向，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，全面提高消防工作科技化、信息化、智能化水平，实现“传统消防”向“现代消防”的转变，消防产业升级成为发展之必然。

对于国家政策引领、企业全力投入的智慧消防产业，国家重点科研单位、大型通信行业、传统消防产品企业纷纷入局智慧消防领域，并研发出了相关的智慧消防产品。智慧消防的最终目标就是能够达到智慧感知、智慧防控、智慧指挥、智慧作战、智慧执法、智慧管理。现代科技与消防工作的深度融合，为消防安全提供整体解决方案。但是在建设过程当中，真正的智慧消防功能却难以保障，智慧消防愿景的实现往往是步履艰难。

鉴于目前消防工作形势的严峻性和紧迫性，从工作需求出发，将传统消防工作与物联网、大数据、云计算等新兴技术相结合，是目前智慧消防建设急需攻克的任务，也是提高社会单位火灾预防能力，提高消防部队快速反应能力、争取宝贵时间迅速出警，保护人民群众生命财产安全的重要保障。

2 研究内容

(1)消防物联网架构研究。消防物联网通过部署城市建筑物、工矿企业、古建筑物及森林等联网单位的火灾自动报警系统、电气火灾报警系统、消防水系统、消防设施监控系统、消防通道监控系统和消防监控室视频系统，收集联网单位的火警、故障、水压、消防设施位置和运行状态信息、建筑结构信息，消防主机启动、反馈、屏蔽信息，消防监控室、消防通道监控视频等各项数据。其涉及到的设备多、区域广、信息种类多种多样、应用场景丰富多彩、数据传输模式组网方式等千差万别，因此，研究建立通用可扩展的消防物联网体系架构，是解决消防物联网兼容性的必要措施。

(2)消防系统感知预警设备研发。感知层作为物联网系统的最底层，是打通物理世界与信息世界的关键。消防物联网系统的感知层需要定制研发适用于消防系统的多种前端感知设备，同时又要满足易于安装维护、低功耗、低成本等特点，因此，研究开发适用于消防物联网系统的信息传输装置、水压力监控装置、水位监控装置、消防设施监控设备等前端感知终端，是本项目的重点研究内容之一。

(3)消防物联网智能控制系统研发。消防物联网智能控制系统主要是指通过电脑、手机、平板等智能终端，实时掌握消防系统的运行状态，消防相关人员的在岗情况等。实现消防设施的全面监控、消防相关人员的科学管理、火灾隐患提前预警等目标。

(4)火灾风险模型研究。通过消防物联网系统，实时收集联网单位以及社会公共区域消防系统的运行情况，综合利用大数据分析技术，通过对所收集的数据进行整理、分析、抽象、建模等，研究建立起火灾风险模型，从而实现火灾风险评估和高危风险预警。

(5)消防大数据分析研究。消防大数据分析是综合消防物联网采集数据以及火灾案例数据等，研究建立消防大数据关联性分析模型、火灾态势感知及研判模型、火灾风险评估模型以及消防设备质量评估模型等内容。

3 关键技术

(1)多网异构融合接入。消防物联网系统根据应用场景的不同，涉及多种多样的设备通讯方式和接入形式，如433、wifi、NB-IOT、LoRa、2G/3G/4G等多种无线传输方式，以及UDP、TCP、HTTP、MQTT等多种网络协议。实现异构网络的无缝接入，并同时保证接入的安全性，是急需解决的关键问题。

(2)海量设备接入管理。消防物联网平台并不是面向区域性的联网，而是面向整个城市、省份甚至全国的平台，需要接入的前端设备将数以千万计，怎样对这些海量接入的设备进行有效的连接管理、数据管理、认证管理，同时保证数据传输的实时性、稳定性，是本项目需要重点解决的问题。

(3)大数据分析技术。大数据分析通过接入消防物联网系统、现有信息系统、互联网络等不同来源不同类型的数据，大数据强调广泛的参与性，通过建立消防大数据综合分析平台，从各个维度分析各事物间联系，为消防后续工作及决策提供数据依据。并通过内在分析实现对火灾险情评估，火灾态势分析，最终实现对火灾的预测。

4 消防物联网架构

消防物联网，综合利用射频识别、无线传感、云计算、大数据等技术，依托有线、无线、移动互联网等现代通信手段，整合已有的各数据中心，扩大监控系统的联网用户数量，完善系统报警联动、设施巡检、单位管理、消防监督等功能。在传统监测火灾自动报警系统的运行状态及故障、报警信号基础上，利用图像模式识别技术对火光及燃烧烟雾进行图像分析报警；监测室内消火栓和自动喷淋系统水压、高位消防水箱和消防水池水位、消防供水管道阀门启闭状态、防火门开关状态，利用单位视频监控系统监控安全出口和疏散通道、消防控制室值班情况；接入电气火灾监控系统或装置，实时监测漏电电流、线缆温度等情况；提供App、Web服务，动态监控、立体呈现联网单位消防安全状态，全面提升社会单位消防安全管理水平和消防监督执法效能。消防物联网系统实现火灾防控“自动化”、灭火救援指挥“智能化”、日常执法工作“系统化”、消防管理“精细化”。

本课题建立了消防物联网逻辑架构，如下图。

图 消防物联网远程监控系统逻辑架构

5 研究成果

本课题提出了消防物联网架构，能够满足多元异构网络接入和海量设备连接管理；建设了基于大数据的消防物联网平台，并进行63家联网单位的试点应用，所有硬件及系统平台运行情况良好。研发过程中，课题团队充分发挥在传统消防技术及数据研判模型方面的技术优势，开发集成了多个数据分析模块，架起了数据与应用之间的桥梁，大大提升了消防物联网云平台的智慧水平。