摘要

2011年，美国消防部门对484,500多起结构火灾作出了回应。这些火灾造成大约2,640名平民死亡，15,635人受伤，财产损失约为97亿美元。此外，超过30,000 2名消防战士分别在火场上受伤3。新兴的传感器和计算技术与建筑控制系统和消防设备和设备融合的新机会正在出现。由此产生的网络物理系统将通过全球收集数据，集中处理信息以及在本地分发结果来彻底改变灭火现象。工程，开发和部署这些系统将需要新的测量工具和标准。该项目将侧重于三个领域所需的工具和标准：智能建筑和机器人传感器技术，智能消防战斗机设备和机器人绘图技术，以及智能消防部门设备和设备。该项目的成果将（1）减轻社区和建筑规模的火灾社会总成本。 目标：到2019年，开发测量科学，使建筑物，设备，个人防护设备和机器人技术的网络物理系统融合，提高情境意识，操作效率和消防员安全。

什么是新的技术理念？新的技术理念是在整个火场和响应区域收集全球数据，集中分析信息，并将结果作为决策工具分发给消防队和事故指挥部。每年，不必要的火灾导致美国经济损失超过300亿美元，许多平民和消防员受伤和死亡，以及重大财产损失。与火相关的网络物理系统有可能大大减少这些影响。但是，它们只能在住宅建筑和消防服务中谨慎使用。该项目将演示如何扭转这种局面并帮助实现这一潜力。

为此，该项目将实施包含三个部分的技术理念。首先，它将演示如何使用新的传感器技术来增强现有的建筑控制和消防设备。其次，它将演示计算机技术如何用于通过实时传感器数据来增强火灾模型，从而提供强大的决策工具。第三，它将这些不同的网络物理能力融合成一个多维集成系统，在三个不同的层面上实现智能灭火：个人消防员级别，消防团队级别和事件指挥官级别。通过在NIST Gaithersburg开发的网络物理系统（CPS）测试平台，将在这些级别内和跨越这些级别展示一定数量的技术发展。

该项目的成果将：（1）降低社区和建筑规模的火灾社会总成本；（2）实现NIST创新防火技术战略路线图的重要组成部分。4

什么是研究计划？这项研究计划将重点放在三个任务：智能建筑技术和机器人技术，智能消防战士设备和机器人，5和智能消防部门装置和设备。成功实施将需要采用协调的系统方法，并采用明确的总体目标，以确保跨任务的一致性。每项任务都会对火灾损失产生明显影响，但会与其他任务完全整合。下面简要介绍这三项任务中的每一项，分别强调2017财年和201财年的短期和长期目标。

任务1：智能建筑技术。自动化建筑传感器和控制在商业建筑中很常见。然而，他们刚刚通过家庭自动化和节能工作（包括智能电网）在住宅建筑中出现。从火灾角度来看，这些住宅建筑将具有一些环境传感器和与火警控制面板相关的最小控制（如果存在）。如果检测到火灾，该面板将从传感器收集并分析与火灾相关的信息。该信息目前由美国国家电气制造商协会标准（NEMA SB30）管理。此任务的长期目标是扩展NEMA标准的功能，以实现与任务2和3的集成。

任务2：智能消防员装备。整个消防团队的运作效率受到不良态势感知的阻碍。情境意识包括（1）所有消防员的状态，位置和行动，以及（2）火灾和结构的当前状态和可能的演变。短期目标是开发和测试传感器和通信协议，可以向消防员，事件指挥官和其他消防员提供有关环境条件的实时信息。这种传感器和协议的可用性将使消防员和事件指挥官对信息的使用产生转变，从而实现更安全和更有效的操作。这项任务的长期目标（将在本项目的后期阶段实现）是发展建立地图的技术能力； 探测幸存者； 并测量温度，热通量，气体和烟雾浓度。提供这些功能的一种方法是使用仪表化移动机器人。大多数所需的传感器已经存在； 它们被用于许多现实环境中。但是，它们尚未被证明可以在灭火环境中发挥作用。将开发一套标准来认证传感器的技术能力以及实施传感器使用的手段，以确保实施装置和传感器能够在结构火灾环境中运行（高温，热通量，烟雾，和水），以及可能非常具有挑战性的现实通信环境。战术决策的这些信息和指导将近乎实时地传达给事故指挥官（IC）和消防员。

任务3：智能消防设备和设备。诸如发动机或梯子卡车的消防设备是昂贵的。在设备上携带并在事故期间部署的设备虽然不那么昂贵，但对于成功响应至关重要。两者都没有在很大程度上利用新兴的网络技术。然而，很明显，使用这些技术可以减少体力劳动，提高事故意识，挽救人们的生命。例如，考虑消防水带。水压，水流量，水流时间和水量都是确保消防员安全的关键变量，但它们没有被测量。自动收集与其他关键设备相关的这些和变量可以提高操作效率并减少伤害。此外，

在此任务中，重点是两种类型的数据：车载事故数据和集成传感器数据。我们将继续开发[5]车载事故数据系统，该系统可以显示有关建筑物几何形状，固定消防系统（如消防栓位置和建筑物接入点），火灾历史和当前火灾严重程度的信息。这些信息大部分都可以在今天获得，但很少有数据形式可以通过电子方式传播。此外，它们都不是标准化的。我们将开始开发捕获，传输和显示此信息所需的工具和标准。部署在消防部门设备和设备上的传感器网络可以显着改善火场的态势感知，并为行动后分析或标准化事件报告（例如NFIRS报告）提供自动记录。随着传感器网络设计指南（传感器所需密度，类型，采样频率，同步等）的发展以及传感器数据以原始或处理格式收集，传感器网络的性能将得到改善。

主要成就

成果：

智能消防测试平台是智慧城市的一部分。Testbed将允许开发用于消防的网络物理系统，作为智能城市不可或缺的组成部分。