摘要

2011年，美國消防部門對484,500多起結(jié)構(gòu)火災(zāi)作出了回應(yīng)。這些火災(zāi)造成大約2,640名平民死亡，15,635人受傷，財產(chǎn)損失約為97億美元。此外，超過30,000 2名消防戰(zhàn)士分別在火場上受傷3。新興的傳感器和計算技術(shù)與建筑控制系統(tǒng)和消防設(shè)備和設(shè)備融合的新機(jī)會正在出現(xiàn)。由此產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)將通過全球收集數(shù)據(jù)，集中處理信息以及在本地分發(fā)結(jié)果來徹底改變滅火現(xiàn)象。工程，開發(fā)和部署這些系統(tǒng)將需要新的測量工具和標(biāo)準(zhǔn)。該項目將側(cè)重于三個領(lǐng)域所需的工具和標(biāo)準(zhǔn)：智能建筑和機(jī)器人傳感器技術(shù)，智能消防戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)備和機(jī)器人繪圖技術(shù)，以及智能消防部門設(shè)備和設(shè)備。該項目的成果將（1）減輕社區(qū)和建筑規(guī)模的火災(zāi)社會總成本。 目標(biāo)：到2019年，開發(fā)測量科學(xué)，使建筑物，設(shè)備，個人防護(hù)設(shè)備和機(jī)器人技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)融合，提高情境意識，操作效率和消防員安全。

什么是新的技術(shù)理念？新的技術(shù)理念是在整個火場和響應(yīng)區(qū)域收集全球數(shù)據(jù)，集中分析信息，并將結(jié)果作為決策工具分發(fā)給消防隊和事故指揮部。每年，不必要的火災(zāi)導(dǎo)致美國經(jīng)濟(jì)損失超過300億美元，許多平民和消防員受傷和死亡，以及重大財產(chǎn)損失。與火相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)有可能大大減少這些影響。但是，它們只能在住宅建筑和消防服務(wù)中謹(jǐn)慎使用。該項目將演示如何扭轉(zhuǎn)這種局面并幫助實現(xiàn)這一潛力。

為此，該項目將實施包含三個部分的技術(shù)理念。首先，它將演示如何使用新的傳感器技術(shù)來增強(qiáng)現(xiàn)有的建筑控制和消防設(shè)備。其次，它將演示計算機(jī)技術(shù)如何用于通過實時傳感器數(shù)據(jù)來增強(qiáng)火災(zāi)模型，從而提供強(qiáng)大的決策工具。第三，它將這些不同的網(wǎng)絡(luò)物理能力融合成一個多維集成系統(tǒng)，在三個不同的層面上實現(xiàn)智能滅火：個人消防員級別，消防團(tuán)隊級別和事件指揮官級別。通過在NIST Gaithersburg開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）測試平臺，將在這些級別內(nèi)和跨越這些級別展示一定數(shù)量的技術(shù)發(fā)展。

該項目的成果將：（1）降低社區(qū)和建筑規(guī)模的火災(zāi)社會總成本；（2）實現(xiàn)NIST創(chuàng)新防火技術(shù)戰(zhàn)略路線圖的重要組成部分。4

什么是研究計劃？這項研究計劃將重點放在三個任務(wù)：智能建筑技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)，智能消防戰(zhàn)士設(shè)備和機(jī)器人，5和智能消防部門裝置和設(shè)備。成功實施將需要采用協(xié)調(diào)的系統(tǒng)方法，并采用明確的總體目標(biāo)，以確保跨任務(wù)的一致性。每項任務(wù)都會對火災(zāi)損失產(chǎn)生明顯影響，但會與其他任務(wù)完全整合。下面簡要介紹這三項任務(wù)中的每一項，分別強(qiáng)調(diào)2017財年和201財年的短期和長期目標(biāo)。

任務(wù)1：智能建筑技術(shù)。自動化建筑傳感器和控制在商業(yè)建筑中很常見。然而，他們剛剛通過家庭自動化和節(jié)能工作（包括智能電網(wǎng)）在住宅建筑中出現(xiàn)。從火災(zāi)角度來看，這些住宅建筑將具有一些環(huán)境傳感器和與火警控制面板相關(guān)的最小控制（如果存在）。如果檢測到火災(zāi)，該面板將從傳感器收集并分析與火災(zāi)相關(guān)的信息。該信息目前由美國國家電氣制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（NEMA SB30）管理。此任務(wù)的長期目標(biāo)是擴(kuò)展NEMA標(biāo)準(zhǔn)的功能，以實現(xiàn)與任務(wù)2和3的集成。

任務(wù)2：智能消防員裝備。整個消防團(tuán)隊的運作效率受到不良態(tài)勢感知的阻礙。情境意識包括（1）所有消防員的狀態(tài)，位置和行動，以及（2）火災(zāi)和結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀態(tài)和可能的演變。短期目標(biāo)是開發(fā)和測試傳感器和通信協(xié)議，可以向消防員，事件指揮官和其他消防員提供有關(guān)環(huán)境條件的實時信息。這種傳感器和協(xié)議的可用性將使消防員和事件指揮官對信息的使用產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)更安全和更有效的操作。這項任務(wù)的長期目標(biāo)（將在本項目的后期階段實現(xiàn)）是發(fā)展建立地圖的技術(shù)能力； 探測幸存者； 并測量溫度，熱通量，氣體和煙霧濃度。提供這些功能的一種方法是使用儀表化移動機(jī)器人。大多數(shù)所需的傳感器已經(jīng)存在； 它們被用于許多現(xiàn)實環(huán)境中。但是，它們尚未被證明可以在滅火環(huán)境中發(fā)揮作用。將開發(fā)一套標(biāo)準(zhǔn)來認(rèn)證傳感器的技術(shù)能力以及實施傳感器使用的手段，以確保實施裝置和傳感器能夠在結(jié)構(gòu)火災(zāi)環(huán)境中運行（高溫，熱通量，煙霧，和水），以及可能非常具有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實通信環(huán)境。戰(zhàn)術(shù)決策的這些信息和指導(dǎo)將近乎實時地傳達(dá)給事故指揮官（IC）和消防員。

任務(wù)3：智能消防設(shè)備和設(shè)備。諸如發(fā)動機(jī)或梯子卡車的消防設(shè)備是昂貴的。在設(shè)備上攜帶并在事故期間部署的設(shè)備雖然不那么昂貴，但對于成功響應(yīng)至關(guān)重要。兩者都沒有在很大程度上利用新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。然而，很明顯，使用這些技術(shù)可以減少體力勞動，提高事故意識，挽救人們的生命。例如，考慮消防水帶。水壓，水流量，水流時間和水量都是確保消防員安全的關(guān)鍵變量，但它們沒有被測量。自動收集與其他關(guān)鍵設(shè)備相關(guān)的這些和變量可以提高操作效率并減少傷害。此外，

在此任務(wù)中，重點是兩種類型的數(shù)據(jù)：車載事故數(shù)據(jù)和集成傳感器數(shù)據(jù)。我們將繼續(xù)開發(fā)[5]車載事故數(shù)據(jù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以顯示有關(guān)建筑物幾何形狀，固定消防系統(tǒng)（如消防栓位置和建筑物接入點），火災(zāi)歷史和當(dāng)前火災(zāi)嚴(yán)重程度的信息。這些信息大部分都可以在今天獲得，但很少有數(shù)據(jù)形式可以通過電子方式傳播。此外，它們都不是標(biāo)準(zhǔn)化的。我們將開始開發(fā)捕獲，傳輸和顯示此信息所需的工具和標(biāo)準(zhǔn)。部署在消防部門設(shè)備和設(shè)備上的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以顯著改善火場的態(tài)勢感知，并為行動后分析或標(biāo)準(zhǔn)化事件報告（例如NFIRS報告）提供自動記錄。隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計指南（傳感器所需密度，類型，采樣頻率，同步等）的發(fā)展以及傳感器數(shù)據(jù)以原始或處理格式收集，傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能將得到改善。

主要成就

成果：

智能消防測試平臺是智慧城市的一部分。Testbed將允許開發(fā)用于消防的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)，作為智能城市不可或缺的組成部分。