人工智能与物联网技术在灭火救援设备中的协同应用研究

引言：

火灾等突发灾害的频发对救援技术提出了更高要求，而传统灭火救援设备在复杂环境中的局限性日益凸显，物联网技术通过传感器网络与数据互通，实现了设备间的信息共享，但在实时分析与决策能力上仍显不足，人工智能技术在图像识别、预测分析等领域取得了显著进展，为救援设备的智能化提供了新的可能，将AI 的决策能力与IoT 的实时感知能力相结合，有望突破现有技术的瓶颈，推动灭火救援向自动化、精准化方向发展，很多学者已开始关注这一交叉领域，但针对协同应用的具体机制与优化路径仍需深入探索。

1. 基于AI 图像识别的火源快速定位

系统采用边缘计算节点搭载 TensorRT 加速引擎，将传统火灾识别延迟控制在毫秒级，同时通过自适应阈值分割算法消除环境光干扰，确保在复杂背景下仍能保持较高识别精度，在硬件架构层面，设备集成 FLIRA315 红外热像仪与 Sony IMX585 星光级传感器，分别以热辐射强度超过3000W/m ² 和可见光波长范围内特定频段的异常波动作为双重判据，多模态数据融合提升火源定位可靠性。当检测到火情时，系统自动触发地理坐标映射模块，结合预先加载的建筑 BIM 模型，在三维空间中以欧几里得距离算法计算火源中心点坐标，定位误差控制在 ±0.5 米范围内，为应对动态火势变化，算法引入时序卷积网络 TCN 模块，对连续帧图像进行时空特征分析，预测火焰蔓延趋势并生成热力图，所有处理结果通过LoRaWAN 协议传输至指挥中心，同步激活智能喷淋系统的电磁阀控制模块，实现从探测到初期灭火的闭环响应。

2. 物联网传感器网络的实时火场环境监测平台

基于 Zigbee 与 NB-IoT 双模通信协议实现自组网传输，自适应跳频技术规避电磁干扰，确保在复杂建筑结构中的信号穿透性与数据包完整率，传感节点内置低功耗 STM32 微控制器，采用时间同步唤醒机制降低能耗，单节点续航能力可达连续工作 72 小时以上，监测数据流通过 MQTT 协议上传至云端边缘计算网关，利用卡尔曼滤波算法对原始信号进行去噪处理，消除传感器漂移误差，提升二氧化硫浓度和一氧化碳含量等关键指标的测量精度 [1]。平台部署了基于规则引擎的实时预警系统，当检测到温度梯度变化率超过阈值或烟雾颗粒物浓度呈现指数增长趋势时，自动触发多级报警机制，同步推送至消防指挥终端和移动救援设备，为保障系统鲁棒性，采用冗余部署策略，在关键区域设置重叠覆盖的传感器簇，运用多数表决算法排除单一节点故障导致的误判，监测数据通过时序数据库进行持久化存储，支持以热力图形式可视化呈现火场温度场分布和有毒气体扩散路径，辅助指挥人员制定科学救援方案。

3. 穿戴式装备的消防员生命体征远程监测装置

将生物电位传感器与纳米纤维应变计无缝集成于消防服内层，实现心率变异性和呼吸波形的高保真采集，系统通过三轴 MEMS 加速度计与陀螺仪阵列构建运动姿态解算模型，结合自适应滤波算法消除救援动作带来的信号干扰，确保核心体温和血氧饱和度的监测精度达到医疗级标准，监测数据经由低功耗蓝牙 5.2 协议传输至腰挂式主控单元，该单元搭载双核Cortex-M7 处理器，采用改进型小波变换算法实时分析 ECG 信号中的异常节律，当检测到心室颤动或心动过速等危险征兆时立即启动分级预警。为保障信号传输可靠性，系统采用 LoRa 与 Mesh 自组网双模冗余通信架构，在复杂建筑环境中建立多跳中继网络，确保生命体征数据的传输丢包率低于行业安全阈值，主控单元集成环境传感器模块，持续监测周边一氧化碳浓度与热辐射通量，模糊逻辑算法评估综合危险系数，当达到预设临界值时触发声光报警并自动上传定位坐标至指挥中心。

4.AI 辅助的消防水炮自动瞄准与流量调控系统

系统内置惯性测量单元和激光测距仪构建空间定位矩阵，结合改进型粒子滤波算法动态解算火源三维坐标，实现水平方向 ±0.1 度和垂直方向±0.15 度的瞄准精度，流量调控模块采用 PID 闭环控制策略，依据火焰热辐射强度与扩散速率的实时反馈，电动调节阀动态改变出水流量，在5-50L/s 范围内实现无级调控，核心控制单元搭载NVIDIA Jetson AGX Orin 处理器，运行基于强化学习的自适应喷射算法，根据建筑结构特征与风场环境自动优化水雾喷射角度与覆盖范围，确保在 30 米有效射程内形成最佳灭火扇形面 [2]。系统集成压力波动补偿装置，当管网水压发生阶跃变化时，结合前馈控制算法维持射流轨迹稳定性，针对移动火源场景，采用扩展卡尔曼滤波器预测火势蔓延轨迹，驱动云台执行超前瞄准动作，同时联动变频水泵组实现流量匹配调节，所有控制指令通过工业以太网实时传输，响应延迟控制在毫秒级，并具备手动优先接管功能。

结语：

人工智能与物联网技术的协同应用为灭火救援设备的革新开辟了新的路径，其融合不仅提升了救援效率，也为应对复杂灾害场景提供了更智能的解决方案，本研究通过探讨 AI 与 IoT 技术的应用，揭示了其在灭火救援领域的广阔前景，随着技术的进一步成熟与应用场景的拓展，智能救援设备将在灾害防控中发挥更加关键的作用，这一研究不仅为技术研发提供了方向，也为应急救援体系的智能化升级奠定了重要基础，具有显著的社会价值与实践意义。

参考文献：

[1] 杨超. 探究物联网技术在消防监督管理中的运用 [J]. 中国设备工程,2025, (11): 222-224.

[2] 曾嵩. 大数据技术在灭火救援指挥体系的应用 [J]. 今日消防, 2025,10 (02): 25-27.