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【研究】智能防灾应急及应用实例研究

花匠小妙招
2024-11-05 14:01

灾害的早期识别和风险评估是一项复杂而艰难的工作，有关理论和技术一直在发展中。近年来，互联网、大数据、云计算等现代信息技术的快速发展，人工智能技术也进入了发展的快速通道，目前已经深入社会生活的各个领域，成为目前创新发展的标志性技术。恩格斯说过，人类的发展史就是一部与各种灾害抗争的历史，因此，人工智能技术应用于防灾减灾救灾领域是行业的迫切需求，也是很自然的事情。

1 人工智能发展现状

人工智能，被称作“AI”，是英文Artificial Intelligence的缩写，是指研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新科学。它模仿人类智能并做出相应的反应，相关研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

人工智能自诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，如在金融、军事、经济、防灾救灾等行业，人工智能都是应用研究的热点领域，也研发出了若干智能产品，为人类生活质量提升、环境保护、人身安全等提供了更好的保障。学界普遍认为，第四次工业革命的关键节点是人工智能技术和大数据技术的大面积应用，21世纪科技竞争的核心，在于谁掌握超级智能的控制权。

自2013年以来，人工智能在很多国家上升到国家战略层面。不同国家和组织根据自身需求，对人工智能的发展侧重点也不一样，如美国重点关注人工智能对科技、经济等领域的作用和影响，欧盟则关注AI道德伦理、社会风险方面的发展趋势，日本更注重人工智能对产业的作用等。中国则着力于人工智能产业化发展和社会治理智能化，如在2017年国务院就发布了《新一代人工智能发展规划》，这可以说是我国在人工智能技术发展方面的“顶层设计”。根据“在人工智能要赢得全球科技竞争主动权的重要战略抓手，要确保人工智能领域的理论研究走在前面，在关键的核心技术要占领制高点”的战略目标，国家有关部门制定了相应的人工智能发展措施和步骤，一些研究机构陆续发布了《中国人工智能发展系列报告》《中国人工智能2.0发展战略研究》等重要研究成果。

人工智能可以对人的意识、思维等信息处理过程进行模拟，能够像人那样思考，也有可能超过人的智慧。但是，迄今为止，人工智能的发展水平仍处在“弱人工智能”的范畴，主要是以实现某个特定方面的智能化应用，如百度推出的智慧交通、阿里的城市大脑平台、腾讯的智慧医疗影像和科大讯飞开发的智能语音平台等。按照一些学者的观点，“强人工智能是指真正能思维的智能机器，且有知觉的和自我意识，但目前多见于科幻类影视作品”。

2 AI在防灾与应急中的应用

“人类的文明史，在很大程度上就是一部灾难抗争史”。因此一些科学技术的发明创造首先被用于治理灾害、监测灾情、灾后抢险、应急救援等工作中，人工智能技术也不例外。

2.1 在防灾减灾中的应用

由于人工智能技术的应用普及，在各种自然灾害的灾前监测和灾后救援中都可以见到人工智能的身影，如气象灾害的智能识别、洪涝灾害的智能监测、火山喷发的智能影像捕捉和岩溶流动的动态视频展示等，都是人工智能技术的一些具体应用。人工智能在这些具体领域的应用形成了一系列的智慧型信息系统，如与地震监测结合产生了智慧地震监测系统，与火山监测结合产生了智慧火山监测系统，与城市防洪系统结合形成了智慧防洪系统等。例如利用人工智能技术开发的“城市内涝监控云服务系统”，构建了一个由物联网测控终端、云服务中心、客户端以及通讯网络四个部分组成的智能监测网络，对城市内涝情况进行实时监测、数据分析、调度控制、信息推送等功能，满足对城市内涝的监控、发布洪水消息、指挥决策服务等需要；防洪减灾包括暴雨洪水预报、洪水监测、洪水计算、洪水情景推演、防洪工程调度、应急决策、灾后管理等，涉及水利、气象、地理、经济、社会管理等多个学科和方向，这些灾害的监控、预测等，都需要人工智能技术的支持。有学者采用非线性降维算法和动态聚类算法对北京市城区内涝进行预测，提取了北京城区历史上的暴雨时空分布特征，通过BP神经网络预测内涝；语音识别是近年来很火爆的一种智能技术，有人开发了智能语音识别的机器人，在防洪减灾中进行了试验，能够快速地反馈防洪减灾信息。中国地震科学试验场采用人工智能技术开发了一个“智能地动系统—EarthX”，能够同时处理川滇地区123个地震台站的数据，具有自动检测、自动拾取震相、自动定位地震的功能，提高了精度和预报效率，并将逐步取代以往的地震监测和发布手段，解放生产力。

2.2 在应急救援中的应用

基于人工智能技术开发的应急救援管理信息系统，能够快速分析救援人员的结构，了解每个消防员所承担的任务，以方便人员的调度与队伍的优化；还能够建立数据档案，对发生的不同灾难事故加以统计分析，形成应急救援的系统日志，这为后续的救援任务提供参考资料。

2.2.1 地下被困人员救援

在地震灾害或者矿井事故发生后，处在灾区的人员很可能被埋于倒塌房屋或者矿井下的支护设施之间的缝隙里，这个时候蛇形机器人、遥测无人机等智能救援设备就派上用场了，可以运用先进的GPS导航系统、生物智能探测仪等装备对被困人员进行精确定位。例如有人利用ipad、智能手机等终端通过快速无线通信系统，开发了地震灾区现场调查和快速数据处理平台，将搜救机器人信号接入系统，进行快速定位，及时救援。在信息不通畅的地区，利用无人机在上空拍摄实时的灾区景象，直观地了解灾区范围内的道路情况、受灾区域等，以便及时地为救灾指挥人员做决策提供信息服务。无人机还可以通过一些危险地区，对灾区的温度、有害气体浓度等环境因素进行探测分析，并及时搜索生还者，运送、投递食物、水等救生物资，为救援人员的施救和生还者提供必要的帮助。

2.2.2 智能火灾救援系统

火灾猛于虎！根据有关资料，全世界每年死于火灾的人数有7万人之多，造成直接经济损失高达几百亿美元！在火灾发生后，随之产生的高温、有毒烟雾会造成大量人员死亡，因此对火患时间的精确分析、事前精确监测和预报至关重要，及时地将隐患消灭在萌芽状态。但火灾原因复杂，对于火灾现场的情况分析具有一定的难度，这时人工智能技术就可以为火灾模拟、溯源、仿真等提供帮助。实际上，在2017年原公安部消防总局就提出了智慧消防建设计划，利用先进的物联网技术、人工智能、大数据、云计算、移动互联等技术，构建覆盖全国的智慧消防物联网系统。救援指挥部可以根据人工智能侦查检测到的信息，迅速对灾情做出判断，如派出救援机器人第一时间进入灾区，代替救援人员进行灭火、排烟等工作，对受灾人员进行救助，大大减少救援人员的自身伤亡。

3 应用实例——智慧消防

智慧消防是利用物联网、人工智能、虚拟现实、移动互联网+等最新技术，配合大数据云计算平台、火警智能研判等专业应用，实现城市消防的智能化，智慧消防可以说是智慧城市中消防智能化模块。智慧消防系统是将GPS（全球卫星定位系统）、GIS（地理信息系统）、GSM（无线移动通信系统和计算机、网络等现代高新技术）集于一体的智能消防无线报警网络服务系统，成功地解决了电信、建筑、供电、交通等公共设施建设协调发展的问题，改变了过去传统、落后和被动地报警、接警、处警模式，实现了报警自动化、接警智能化、处警预案化、管理网络化、服务专业化、科技现代化，大大减少了中间环节，极大地提高了出警速度，真正做到了方便、快捷、安全、可靠，使人民生命、财产的安全以及消防员的生命安全得到了最大限度地保护。

3.1 智慧消防体系结构

智慧消防由四层组成，包括感知层、传输层、应用层和管理层，如图1所示。

图1 智慧消防系统结构

感知层主要是物联网采集系统，包括各种消防设施数据采集、环境参数采集、视频采集等，主要是硬件采集器的集成，如RFID、无线传感、多信息融合、一维/二维识别码、移动通讯终端等；传输层包括各类有线或者无线传输网络、通信协议、安全认证等，是数据采集上传的安全通道；应用层包含相关的支撑技术、数据库系统、大数据存储系统、云计算平台、数据服务系统等；管理层主要是系统参数设置、用户配置、安全和权限设定等功能。

3.2 服务软件开发

软件是信息服务系统的灵魂。在智慧消防系统中，软件部分同样占据重要的位置。按照智慧消防建设“大数据、一张图的实战指挥平台，高层住宅智能消防预警系统，数字化预案编制和管理应用平台，社会消防安全管理系统”的思路，设计了23个软件子系统：高层火灾智能逃生预警系统、智能消防水源管理系统(含附近水源)、消防泵智能监控系统、消防电源智能监控系统、电气火灾智能监控系统、防排烟智能监控系统、消防设施及器材智能远程监控系统、消防控制室智能监控系统、智能消防分隔设施管理系统（含防火门、防火通道）、智能应急疏散指示和应急照明管理系统消防电梯智能监控系统、智能消防可视化管理系统（含联动模块）、消防广播智能管理子系统（含消防队讲模块）、智能消防PGIS管理系统、消防智能大屏指挥系统（展示）、智能消防巡更巡查系统、家庭厨房智能安全管理系统（可燃气体监测）、移动App智能消防交互子系统、用户登录日志管理子系统、智慧消防数据管理与分析子系统、后台管理与CA系统、消防设备设施制造商管理系统、智慧用电管理子系统，等。这些软件系统的运行，基本保证了消防业务的智能化。

4 结语

人工智能技术的发展方兴未艾，将对防灾减灾救灾和应急管理等领域提供越来越多的智能化支持，在灾害监测、预警、预报、救援决策与指挥、车辆调度、人员配置、路径优化等方面发挥重要作用，为人类生命财产安全、生活环境提升、国家金融安全、国土安全、国家稳定等方面提供有力保障。

作者：李忠、陈朝阳、薛子云、王志、李锦文；单位：防灾科技学院应急管理学院。此文同时刊登于《今日消防》杂志2022年5期，消防界综合整理发布；欢迎分享，转载请标明出处。编辑：小喜；审核：小麟

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