基于物联网的消防安全员辅助数据采集系统

引 言

随着我国国民经济的快速发展，高层建筑、地下工程、石油化工企业、公众聚集场所与日俱增。然而，油品、燃气、毒气泄漏爆炸，隧道、地铁坍塌等灾害隐患也不断增加。突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难的大型灾害时有发生。公安消防部队的职责逐步扩大，消防队员所承担的职业安全风险也在不断升高。由于消防现场环境复杂，人员分散，一旦消防员受伤未被及时发现就可能出现生命危险。消防员因搜救冒险进入危险区段的群众而遇难的悲剧时有发生。

1 消防安全员辅助数据采集系统设计

1.1 消防安全员信息采集现状

消防安全员的职责是对危险区段、部位进行实时监测， 确定安全防护等级，落实作战行动的安全保障，检查参战人员的安全防护器材；记录进入危险区域的作业人员数量、时间等，保持不间断的联系，了解现场安全状况和参战人员的体力、健康情况，准确判断突发险情，及时向指挥员提出紧急撤离和人员替换的建议；协助指挥员确定紧急撤离路线，并通知进入危险区的所有人员。根据指挥员下达的紧急撤离命令，利用长鸣警报、连续急闪强光、通信扩音器材等方式及时、准确地发出信号，并及时清点核查人员 [1]。

基层中队消防安全员均采用人工记录的方式进行信息采集，针对复杂的现场情况，容易出现人为错记或误记等问题；且基层中队配备的是非智能空气呼吸器，使用时间不到30min，在高温、黑暗、浓烟等环境下如果不能及时更换，就

会对消防员的生命安全造成威胁 ；消防安全员判断爆炸等突发险情基本依靠经验，如依据现场建筑结构、材料、烟雾颜色、声音、光线、燃烧时间等。利用现代科技定量地辅助消防安全员工作对保障消防员安全非常重要，且已成为当前面临的重要问题。

1.2 物联网技术在消防灭火救援方面的应用现状

物联网围绕事物的信息属性进行采集、传输、处理和应用。物联网的核心在于物与物、人与人以及人与物之间的信息交互， 其基本特征可简要概括为信息全面感知、可靠传送和高效利用[2]。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算广泛应用于网络融合中，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[3]。

物联网技术在消防方面更多地被应用于防灾减灾和室内定位方面，在现场处置方面的应用还处在研究阶段。湖南省地方标准《消防安全物联网系统技术标准》采用适当的信息安全保障机制，可提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能[4]。由于愿意出钱购买水压等传感器节点、通信终端的单位不多，产品价格较高，导致推广效果不好 ；室内定位更多地依赖于之前绘制的现场电子地图，需提前布置数据节点，否则误差太大，严重影响使用效果，而愿意出钱布置数据节点、绘制电子地图的单位也很少，推广效果亦不理想。

1.3 消防安全员辅助数据采集系统设计

物联网不仅可以为灾害现场处置提供技术支撑，还能为其提供新的方法和思路 [5]。二者的结合必将对提高灾害现场处置的效能产生深远影响，甚至会带来革命性的变化 [2]。基于物联网的灾害现场信息采集及处理技术在灭火救援过程中的应用必将越来越广泛。

消防安全员辅助数据采集系统设计思路如图 1 所示。传感器（sensor）是能够感受被测量目标，并按照一定规律将其转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成[2]。利用传感器进行现场信息采集是该系统的重要程序。涉及危险区段的人员信息采集主要包括进入现场实施内攻、救援或侦察任务人员的身份岗位类别、进入时间、数量、生理状态信息等。灾害现场的灾情信息采集需求指灾情起源、现状和发展趋势等信息。

2 消防安全员辅助数据采集系统实现

2.1 无线通信

对于灾害现场，传统通信线路已被破坏，为了实现正常通信，需要通过现场设备搭建通信网络来进行数据通信。基于物联网的消防安全员辅助数据采集系统包括一个主系统和多个子系统。所有子系统采集的相关信息通过自组网无线通信的方式发送到主系统。

为了获取灾害现场的灾情情况及消防员生理状态等相关信息，子系统设备采用集成化可穿戴产品。其中传感数据采集及无线数据收发部分采用背包穿戴方式，数据实时显示及告警部分为手腕穿戴方式。

消防安全员携带该系统的主系统在危险区段入口处，系统可自动识别实施内攻、搜救和灾情侦查的消防员身份岗位类别、进出时间、数量。消防员穿戴数据采集子系统进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场后，子系统采集消防员生理状态信息及灾情信息并进行处理和反馈。主系统在对数据进行存储及分析处理后可实时显示数据分析结果并对重要信息突出显示，警告或危险信息可自动实时弹出。安全员可通过该系统向消防员个人或整体发出撤退或其他命令。

2.2 RFID身份识别

利用RFID开发设备在标签内提前写入身份岗位信息， 阅读器采集该信息时，及时记录时间、数量等。消防员进入危险区段进行搜救、抢险等工作时携带了各种灭火救援器材，由于时间紧迫，无暇顾及其他情况，而基于RFID的识别技术通过 盲选 的 握手 方式很好地解决了该问题[5]。消防安全员还要检查个人防护装备，利用 RFID识别技术识别出入危险区段的消防员的身份岗位、时间及数量，代替了人工记录，提升了速度与准确度，大大减少了工作量。

2.3 传感器数据采集功能

利用传感器技术采集消防员的生理状态[6] 指标有助于消防安全员及时掌握消防员的身体状况。利用传感器采集灾害现场的灾情信息[7,8]，指导消防员开关空气呼吸器，延长供气时间，辅助消防安全员判断突发灾情出现的时机，落实好安全防护工作。灾情信息主要包括环境温湿度、二氧化碳含量、心率与脉搏[9]、烟雾含量、环境气压、有毒气体浓度、燃爆危险等。系统实测温度与烟雾浓度如图 2、图 3 所示，误差较小，可完全满足辅助安全员采集现场数据的要求。利用传感器进行现场信息采集弥补了现场数据采集的不足与消防安全员人工判断突发灾情征兆的不足。

图2 系统实测温度图图3 系统实测烟雾浓度图

3结 语

消防安全员辅助数据采集系统便于携带，配备到消防中队对减少国家财产损失和减少灭火救援现场的人员伤亡比例有着重要作用[10]。它能大大提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，是现代科技手段在消防领域的新的应用，具有极高的实用价值和市场前景。