摘要

2011年，美國消防部門對484,500多起結構火災作出了回應。這些火災造成大約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與建筑控制系統(tǒng)和消防設備和設備融合的新機會正在出現(xiàn)。由此產(chǎn)生的網(wǎng)絡物理系統(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準。該項目將側重于三個領域所需的工具和標準：智能建筑和機器人傳感器技術，智能消防戰(zhàn)斗機設備和機器人繪圖技術，以及智能消防部門設備和設備。該項目的成果將（1）減輕社區(qū)和建筑規(guī)模的火災社會總成本。 目標：到2019年，開發(fā)測量科學，使建筑物，設備，個人防護設備和機器人技術的網(wǎng)絡物理系統(tǒng)融合，提高情境意識，操作效率和消防員安全。

什么是新的技術理念？新的技術理念是在整個火場和響應區(qū)域收集全球數(shù)據(jù)，集中分析信息，并將結果作為決策工具分發(fā)給消防隊和事故指揮部。每年，不必要的火災導致美國經(jīng)濟損失超過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。與火相關的網(wǎng)絡物理系統(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中謹慎使用。該項目將演示如何扭轉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理念。首先，它將演示如何使用新的傳感器技術來增強現(xiàn)有的建筑控制和消防設備。其次，它將演示計算機技術如何用于通過實時傳感器數(shù)據(jù)來增強火災模型，從而提供強大的決策工具。第三，它將這些不同的網(wǎng)絡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，消防團隊級別和事件指揮官級別。通過在NIST Gaithersburg開發(fā)的網(wǎng)絡物理系統(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)模的火災社會總成本；（2）實現(xiàn)NIST創(chuàng)新防火技術戰(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：智能建筑技術和機器人技術，智能消防戰(zhàn)士設備和機器人，5和智能消防部門裝置和設備。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，以確保跨任務的一致性。每項任務都會對火災損失產(chǎn)生明顯影響，但會與其他任務完全整合。下面簡要介紹這三項任務中的每一項，分別強調(diào)2017財年和201財年的短期和長期目標。

任務1：智能建筑技術。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的最小控制（如果存在）。如果檢測到火災，該面板將從傳感器收集并分析與火災相關的信息。該信息目前由美國國家電氣制造商協(xié)會標準（NEMA SB30）管理。此任務的長期目標是擴展NEMA標準的功能，以實現(xiàn)與任務2和3的集成。

任務2：智能消防員裝備。整個消防團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）火災和結構的當前狀態(tài)和可能的演變。短期目標是開發(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)生轉變，從而實現(xiàn)更安全和更有效的操作。這項任務的長期目標（將在本項目的后期階段實現(xiàn)）是發(fā)展建立地圖的技術能力； 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)一套標準來認證傳感器的技術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構火災環(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)術決策的這些信息和指導將近乎實時地傳達給事故指揮官（IC）和消防員。

任務3：智能消防設備和設備。諸如發(fā)動機或梯子卡車的消防設備是昂貴的。在設備上攜帶并在事故期間部署的設備雖然不那么昂貴，但對于成功響應至關重要。兩者都沒有在很大程度上利用新興的網(wǎng)絡技術。然而，很明顯，使用這些技術可以減少體力勞動，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鍵變量，但它們沒有被測量。自動收集與其他關鍵設備相關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），火災歷史和當前火災嚴重程度的信息。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，它們都不是標準化的。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準。部署在消防部門設備和設備上的傳感器網(wǎng)絡可以顯著改善火場的態(tài)勢感知，并為行動后分析或標準化事件報告（例如NFIRS報告）提供自動記錄。隨著傳感器網(wǎng)絡設計指南（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)絡物理系統(tǒng)，作為智能城市不可或缺的組成部分。