背景

灭火救援现场作战的综合性强，需要多方面的作战因素形成完整的作战体系，难度大、危险性高，既要灵活运用灭火救援战术，又要措施得当、方法正确。这就需要一套规范完整的灭火救援作战指挥程序，以最短时间构建灭火救援战斗组织指挥体系，形成有序的战斗网络，指挥部队迅速有效地展开灭火战斗，减少和避免乱指挥、瞎指挥、多重指挥、单一指挥或无序指挥的现象发生。完善以计划指挥为基础，调度指挥为轴心，现场指挥为龙头的三位一体的灭火救援指挥体系，增强作战指挥能力。

灭火救援组织指挥涉及面广、专业性强，贯穿于出动到灭火救援战斗结束的全过程，直接关系到灭火救援战斗的成败和消防员人身安全。所以，建立完善组织指挥机构与职责，规范组织作战程序和方法，才能使作战、通讯、车辆、供水和各级现场指挥员分工协作各得其所，有效实施战斗意图和行动方案，确保把握全局、快速反应、及时决策，不间断地实施组织指挥，时刻掌握战斗的主动权，充分发挥灭火救援组织指挥体系的最大效能。

概况

随着社会和经济的飞速发展，人们对定位与导航的需求日益增加，而这种需求在消防领域内也正日益凸显。在当今重特大恶性事故日益增多的形势下，面对各种类型的严峻灾害，如何在有效提升灾害救援的进度和效率的同时，又能最大限度地保障第一线消防战士个人安危，正成为一个亟待解决的现实问题。显然，平时系统而扎实的消防演练和培训是解决这个问题的根本之道。随着技术的进步，尤其是定位导航技术的进步，将为这个问题的解决提供更加科学的解决方案。

采用现在最先进的MEMS惯性导航技术，实现消防员现场救援全过程的“定位可视化”，且定位准确灵敏，便于指挥协调，从而实现了由传统“经验式黑箱救援”向“定位导航式救援”的根本性转变。

效益

平台的建立和使用，可以使消防工作方法从传统的经验型向信息化型进行转变，抓好事前防范、事中救援、事后评估、经验总结，提高重大危险源监管能力，改善应急救援指挥手段，有效减少事故人员和财产损失，产生巨大的经济效益。

平台的建成可以有效提高消防救灾工作的时效性，可以使高层指挥决策者不用亲临事故现成，也能实时准确掌握现成情况，对事故现场进行远程指挥和调度。尤其是消防单兵精准定位和建筑物三维建模的实施，可以最大限度的保障一线消防战士的生命安全，并提升灾害救援工作的质量和效率。进而减少灾情损失，使人民的生命和财产得到最大程度的保护，产生巨大的社会效益。

系统简介

物联网智慧消防平台是利用物联网、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、应急救援协同调度指挥等专业应用，实现城市的消防的智能化，是智慧城市消防信息服务的数字化基础，也是智慧城市智慧感知、互联互通、智慧化应用架构的重要组成部分。

采用典型物联网的四层架构，感知层用于收集火灾救援现场的各项数据，由传输层将数据汇总至中心数据库，在服务层中对数据进行分析、计算、整合，最终形成以物联网传感器为基础，以大数据整合分析为手段，以可视化图形化为展示形式，贯穿消防救援事前、事中、事后的物联网智慧消防平台。

传感设备

前端传感设备包括高性能惯导定位模块、生命体征传感器、音视频采集模块、空呼表头、呼救器、对讲机、消防单兵移动终端等。消防战士状态信息等通过公网3G/4G/GSM无线网络、专用4G（eLTE）、Mesh自组网等上传到消防地面指挥站（后台指挥系统），通过本地高性能计算服务器进行数据融合和数据处理。消防地面指挥站实现地图三维建模、人员管理、人员定位、轨迹输出、姿态识别、空呼后场、生命体征监控、报警信息监控等，与总控中心通过专线网络进行数据交互。

消防员展开消防行动时，通过基础传感器如定位模块、智能空呼表头、生命体征传感器等感应消防员状态信息，通过蓝牙、WiFi等方式汇集到带有通讯功能的呼救器、对讲机、消防单兵移动终端上，并获得转发。传感器组合方式灵活，无需操作，自动连接中继设备，具有体积微小，即装即用，稳定可靠的特点。系统独创的中继方式，不增加消防员负担，不削减通讯性能，互不干扰，是消防战士减负工作的重要一步。消防地面指挥站临场把控整个消防行动，可以下达精准指挥命令：单兵撤退，全体撤退，危险预警，火场内外人数统计，增援搜救，消防员自救等，最大限度保障消防员生命安全

通信设备

     整个系统网络包括消防前线网络和中心机房网络两部分。消防前端线网络分为三级，第一级为传感器和通信终端的网络，这一级数据量较小，一般为蓝牙连接，也可用WiFi连接；第二级为通信终端和数据前台（信号接收器）的网络，包括4G专网（eLTE）、GSM/3G/4G公网、无线自组网、Mesh网络等；第三级为接收器前台与指挥系统后台的网络，本地连接即可。消防单兵定位指挥系统数据和中心机房数据中心可以采用3G/4G无线网络传输，如果为了数据安全可以通过消防专网（预留接口）和公安网络服务器。

虚拟现实

随着现代城市的快速发展，火灾事故的多发性和灭火救援任务的艰巨性日显突出，开展消防演练虚拟训练是新形势下提高消防部队训练质量的必由之路，为消防实战演练带来了新的变革，为此可以基于成熟的VR技术，融合消防演练特点，建设一个模拟操作VR平台,通过实际模拟真实的消防环境，构成一个虚拟在线演练平台，实现VR模拟培训；借助极为逼真的基于角色扮演的操作，引导消防实战演练的新模式；其具有极低的演练培训成本，可以重复无数次操作。

    可以通过动画还原真实的火灾案例。将消防救援作战中传感设备采集到的火灾数据体现在动画中，最终还原消防员在火灾中的轨迹。数据包括消防员的心跳、体温，火灾现场的温度等一系列数据。

提供两种方式实现消防培训VR模拟功能。第一种方式是扮演指挥员的角色，工作人员戴上VR设备，在VR场景里可以看到相关消防设备、车辆以及消防兵等逼真的三维呈现效果，可以通过手柄来布置消防员兵力，安排车辆和消防设备，快速到达火灾现场。第二种方式就是工作人员戴上VR设备后可以扮演消防员本身，进入火灾现场，进行灭火。

系统功能

消防单兵作战定位

消防单兵作战指挥系统主要包括5个部分，信息采集模块、通讯终端、通讯网络、后台指挥和总控中心。

其中信息采集模块包括对消防员位置数据、行动数据、姿态信息、生命体征、空气瓶使用状况、音视频信息、呼救状态等进行采集。

通讯终端包括呼救器、对讲机、可视化终端等。通讯网络是整个系统的支撑，是信息传输的重要保障。

后台指挥是分为信息展示和命令交互两个部分，供指挥员了解实时作战情况和现场决策。

总控中心是数据处理中心，一方面同步后台指挥情况，另一方面提供数据分析和数据追溯工具。

通过以上五个功能模块紧密结合，让火灾现场数据可以准确采集、实时传输、协同共用，实现消防作战人员的自主、实时、连续、准确定位，让消防现场作战人员可以看得见、听得清、摸得着，为指挥员提供实时、准确的现场实况，为正确决策和指挥一线作战提供直观、可靠的第一手资料，提高消防应急队伍快速反应、统一指挥、协同作战能力。

建筑物三维模型搭建

预建模：对消防重点监控单位，系统提供预建模服务，预先对重点场所进行精准3D模型搭建；

快速建模：对没有进行预建模的起火建筑物，系统提供火灾现场根据无人机采集到的起火建筑物三维数据，快速进行三维模型搭建。

目的是为了现场指挥员和指挥中心可以对火灾现场有清晰、直观的了解，为指挥员全局指挥、协调灭火作战力量，提供可视化的依据，同时结合单兵定位指挥系统，标记每一个消防员在楼层中的位置，以便消防员在发生危险时可以进行快速救援。

轨迹模拟和作战指挥

根据消防员所佩戴的无线微型定位装置传输回来的三维参数，在建筑三维模型中实现对消防人员的准确定位及高亮标注，便于后方指挥系统实时掌握救援第一线动态。

同时，根据人员定位设备传输回来的三维参数在建筑三维中实现人员行走轨迹实时动态模拟，每个的战士行走的轨迹采用一种颜色表现，便于实时监控消防人员的位置，对于许多极度危险区域，可以提示战士做好防范，做到救援现场的高效风险防控。

通过三维定位和轨迹模拟功能，可以使指挥人员第一时间查看消防员在楼宇内部分布，同时各个人员有其特有的编号，每个编号均对 应相关消防人员的基本信息等，便于总指挥现场调度和调控。同时还可准确能查看楼宇内部的消防设备分布，每个设备的基本信息及状态信息等，便于指挥消防员在救援过程中及时启用。

通过后方指挥员统一调度，以及消防员自身所佩戴的终端设备，在能见度差、情况复杂的救援现场，可实现消防员相互间协同作业，以及实现紧急情况下的队友搜救、被困人员救助、安全退出引导等。

应急预案模型库构建

在实施灭火救援的过程中，面对复杂多变的火灾现场情况，第一到达火场的消防指挥员要在极短的时间内做出决策，提出一个十分周密的灭火救援实施方案，并迅速下达作战指令，是非常困难的。如果有一个事先预定好的灭火救援预案作为依据，再结合火场的实际情况，适当的调整和修订，消防指挥员就可以参照修订、调整后的灭火救援预案有条不紊的指挥作战。

因此，消防应急预案作为应对各类突发火灾事故，减少人员伤亡和财产损失的重要对策，成为大限度减少人员伤亡和财产损失的重要保证，可以极大的提高灭火救援效率、消防应急指挥和处置能力。

应急预案模型库的构建，基于三维平台，利用虚拟仿真技术，模拟消防工作真实环境，将模拟场景的地面特征、生态环境、建筑物及城市基础设施等信息进行虚拟仿真，形成一个可视化、直观性、可用性强的三维模拟预案场景。

通过历史救援数据的收集，在三维应急预案系统中进行场景的标绘，设置完毕后可以在三维场景中进行反复推演，直到达到合适的效果后，再根据系统的最终结果，生成可实际应用的预案脚本，用于后续的演练指导。

三维应急预案模拟演练

依托当前先进的VR（虚拟现实技术）开发多种不同的消防训练系统，从而实现多种训练目的，如：技能、战术、协同、指挥等。构建出一个具有信息显示、消防展厅、消防演练、灭火救援、火势评估等功能模块的消防安全应急虚拟系统。同时还提供自由漫游、交互式操作、人员疏散、紧急救援、灭火操作以及各类信息显示等功能。并提供综合评判。采用分布式训练系统，各级指挥员和参谋人员可同时进行训练，以提高大型火场联合作战的指挥、协同能力。

提供应急预案演练功能，该功能将传统消防演习流程通过三维模拟的方式进行展现，能够再现真实火灾救援场景，最大限度的对消防官兵进行强化训练，针对不同火灾进行救援模拟演练，达到接警及时、调度迅速、救援高效，充分利用与协调各个作战部门与战士之间的关系，在日常训练中起到辅助训练的作用。

通过消防救援三维场景替代传统的二维预案，通过历史火灾数值模拟和消防员行为模拟的仿真，最大限度模拟真实火灾的发生、发展过程，及在灭火救援过程中各级决策与指挥人员、火灾事故现场救援人员的反应和行动过程，并及时的反映出火灾处理过程中出现的问题，可以提高消防队员的反应能力，加强消防系统整体的应急和协同作战能力。

消防战士可以选择不同角色进入虚拟火灾场景，角色跟随并学习消防专家对消防器材的正确操作演示以及正确逃生等行为活动，并与学习者之前在展厅所掌握的知识相结合，形成知识的重构，加强对知识的掌握和领会。

虚拟角色可以进行灭火操作、人员安全疏散等行为活动。角色进入不同的场景，可以由系统随机选择或自己控制选择起火点，角色通过地图找到起火位置和附近的消防设施，可以实时获取和操作消防器材，在相关信息和配套设备的支持下进行灭火作战，同时实施人员疏散救援活动。逼真的虚拟灭火救援演练活动不但使学习者熟练地掌握灭火消防器材的操作技术和救援技能，而且使其从心理上克服对火灾的恐惧心理。

火灾事后统计与分析

火灾历史分析可以显示地区所有发生火灾发生记录，并能够通过不同维度对火灾发生的地点、时间、原因、单位、建筑等进行统计和分析。通过对不同因素的查询，查找火灾发生的原因。

火灾追溯可以显示每次发生火灾救援的全过程，从到达现场到救援结束，通过对火灾救援的过程的分析，可以了解火灾救援的教训和经验，从而对后续发现火灾的救援力量部署提供重要依据。

消防数据中心

以物联设备采集信息数据库、三维模型库和应急预案库为基础，以单兵作战指挥系统，应急演练系统，数据分析系统，信息可视化技术为手段，对消防联合作战，进行分析、计划、组织、协调和管理控制等指挥和辅助决策；可以实时监控消防中队的火警处理情况以及信息反馈、辅助决策功能，同时负责全市消防单位的指挥及调度，能够在重大、特大火灾事故中，实现跨区域联合作战，指挥调度各消防中队作战力量。

系统为指挥领导和参与指挥的业务人员和专家，提供各种不间断、可靠的通信和信息服务，提供决策依据、分析手段、指挥命令实施部署和监督方法，能及时、有效地调集各种资源，实施控制和救援工作，减轻火灾及各种灾害事故对人民生命和财产造成的威胁，用最有效的控制手段和较小的资源投入，将可能造成的人员伤亡和财产损失控制在最小范围内。