任美麗，田宇

基于本體技術(shù)在消防安全綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的研究

任美麗1，田宇2

（1.山西財(cái)經(jīng)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息教育技術(shù)中心，山西 太原 030006；2.山西省太原市消防支隊(duì)，山西 太原 030001）

隨著社會(huì)的發(fā)展，消防安全也逐漸成為人們討論的熱點(diǎn)，這就需要建立一種實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。消防安全系統(tǒng)以本體技術(shù)為基礎(chǔ)的，在此基礎(chǔ)上，通過SQL語句的查詢和層次分析得到各消防設(shè)備的狀態(tài)，之后應(yīng)用推理規(guī)則以及結(jié)合專家打分制度，判斷各消防安全狀況的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)以及應(yīng)對(duì)的措施，向消防人員提供必要的實(shí)時(shí)參考信息。

消防安全監(jiān)測(cè)；本體技術(shù)；消防安全綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)；層次分析

隨著信息化建設(shè)的推進(jìn)，消防安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也不斷更新。參閱《中國(guó)消防年鑒》，2018年全年共接火災(zāi)報(bào)警23.7萬起，死亡人數(shù)1 407人，受傷人數(shù)798人，直接損失財(cái)產(chǎn)36.75億萬元。由此可見，消防安全在日常生活中的重要性，然而，傳統(tǒng)的消防安全系統(tǒng)存在一定的缺陷，導(dǎo)致一些消防信息無法及時(shí)傳送，錯(cuò)失最佳施救時(shí)間，損失巨大。因此，本文通過類比本體技術(shù)在水質(zhì)檢測(cè)、物流預(yù)警等領(lǐng)域上的應(yīng)用[1]，將該技術(shù)應(yīng)用在消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上，提出一種基于本體技術(shù)構(gòu)建消防本體領(lǐng)域，通過建立本體域，獲取各消防設(shè)備之間的相關(guān)聯(lián)的信息狀態(tài)，判斷各消防設(shè)備的安全性以及所采取的策略。

1 基于本體技術(shù)的建模

本文在消防預(yù)警背景下，利用本體技術(shù)將消防信息知識(shí)進(jìn)行共享。通過參閱相關(guān)文獻(xiàn)[2]，本文采用七步法構(gòu)建消防本體模型。

1.1 確定本體領(lǐng)域

本體領(lǐng)域就是研究對(duì)象，明確所要研究的目的、需要解決的問題。本文主要通過建立本體域?qū)⒏飨涝O(shè)備的信息進(jìn)行收集共享，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)消防設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及對(duì)不同預(yù)警采取合理的措施。

1.2 現(xiàn)有本體的復(fù)用情況

本文主要利用物流預(yù)警系統(tǒng)的本體模型，對(duì)其模型的框架進(jìn)行重新構(gòu)造，創(chuàng)造消防本體模型。

1.3 羅列關(guān)鍵術(shù)語

本文中所涉及到的關(guān)鍵術(shù)語主要有水壓系統(tǒng)、流量監(jiān)測(cè)、感煙、感溫、滅火器、消防栓、巡檢記錄、維護(hù)記錄等。

1.4 定義本體類

根據(jù)實(shí)際情況，本文主要建立消防本體的三大類：參數(shù)類、評(píng)價(jià)類和措施類。其中參數(shù)類包含的信息有設(shè)備信息、節(jié)點(diǎn)信息、設(shè)備維護(hù)信息、報(bào)警量、壓力量等；評(píng)價(jià)類包含有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五種消防安全等級(jí)；措施類主要是根據(jù)不同的安全等級(jí)采取不同措施，在本體評(píng)價(jià)方法中創(chuàng)建。

1.5 定義類的屬性

屬性包括表示類本身特征的數(shù)值屬性以及類之間相互關(guān)系的對(duì)象屬性。本文通過類中的對(duì)象屬性將消防本體模型中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

1.6 約束屬性

利用對(duì)象屬性說明類與類之間、個(gè)體與個(gè)體之間的關(guān)系，其中定義域和值域能夠限制對(duì)象屬性的范圍。

1.7 創(chuàng)建消防實(shí)例

建立好消防本體類之后，通過實(shí)例化，將實(shí)際消防設(shè)備的情況賦予定義的消防本體類中。

通過對(duì)比分析構(gòu)建本體的特征，本文選擇操作簡(jiǎn)單、界面優(yōu)化的Protege軟件[3]搭建消防本體模型。

2 消防本體分析的研究與實(shí)現(xiàn)

2.1 基于Jena API的消防本體解析

本文主要利用Jena API對(duì)消防本體域進(jìn)行解析和規(guī)則推理，其中com.hp.hp1.jena.ontology包讀取和解析本體模型，利用com.hp.hp1.jena.reasoner包實(shí)現(xiàn)基于Jena的規(guī)則推理。其具體的解析流程如圖1所示。

圖1 Jena本體解析流程圖

2.2 基于本體領(lǐng)域的消防安全綜合評(píng)價(jià)

本文主要利用SQL語言查詢RDF模型中的數(shù)據(jù)，在消防本體技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用層次分析法得到消防設(shè)備的消防安全綜合評(píng)價(jià)[4]。首先，建立了符合該本體域的層次模型，如圖2所示。

其次，利用Santy的標(biāo)度方法，構(gòu)建一個(gè)用來比較相應(yīng)層次中的所有指標(biāo)的判斷矩陣，如表1所示。

圖2 多層次結(jié)構(gòu)模型圖

表1 判斷矩陣元素標(biāo)度方法

標(biāo)度含義 1表示兩個(gè)指標(biāo)同等重要 3表示兩個(gè)指標(biāo)稍有差別 5表示兩個(gè)指標(biāo)存在明顯的差別 7表示兩個(gè)指標(biāo)存在強(qiáng)烈的差別 倒數(shù)指標(biāo)m與n比較是amn，則指標(biāo)n與m比較的判斷anm=1/amn

通過上述方案建立了與本文相關(guān)的一級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣：

使用同樣的方法計(jì)算二級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣是否滿足一致性。其中令1，2，3分別表示各二級(jí)指標(biāo)的相關(guān)判斷矩陣，計(jì)算得到相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量1，2，3：

1=（0.25，0.75）T，2=（0.375，0.625）T，

3=（0.246 4，0.318 2，0.435 4）T

為了檢驗(yàn)二級(jí)指標(biāo)的一致性對(duì)整體消防設(shè)備的影響，用ij表示指標(biāo)的偏離程度，ij=i×j，其中i為一級(jí)指標(biāo)的偏離程度，j為二級(jí)指標(biāo)的偏離程度。通過計(jì)算可以進(jìn)一步得到最底層指標(biāo)對(duì)消防設(shè)備的整體影響。參閱相關(guān)文獻(xiàn)以及結(jié)合各級(jí)指標(biāo)的狀態(tài)根據(jù)專家評(píng)分，給出相應(yīng)狀態(tài)下的評(píng)分作為最終消防設(shè)備安全等級(jí)，其打分情況如表2所示。

表2 消防安全影響指標(biāo)打分表

一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)指標(biāo)狀態(tài)評(píng)分值 水壓系統(tǒng)噴淋系統(tǒng)水壓節(jié)點(diǎn)正常0 其中有一個(gè)水壓節(jié)點(diǎn)異常1 2個(gè)或以上水壓節(jié)點(diǎn)異常3 雨淋系統(tǒng)水壓節(jié)點(diǎn)正常0 其中有一個(gè)水壓節(jié)點(diǎn)異常1 2個(gè)或以上水壓節(jié)點(diǎn)異常3 維護(hù)設(shè)備設(shè)備巡檢巡檢結(jié)果正常0 巡檢結(jié)果有1個(gè)異常2 巡檢結(jié)果有2個(gè)或以上異常4 設(shè)備維護(hù)維護(hù)結(jié)果正常0 維護(hù)結(jié)果有1個(gè)異常2 維護(hù)結(jié)果有2個(gè)或以上異常4 報(bào)警設(shè)備感煙探測(cè)器探測(cè)器均正常0 感煙探測(cè)器異常6 感溫探測(cè)器探測(cè)器均正常0 感溫探測(cè)器異常6 手動(dòng)報(bào)警按鈕報(bào)警按鈕均正常0 手動(dòng)報(bào)警按鈕異常8

結(jié)合實(shí)際情況與本文研究的消防本體域，規(guī)定消防設(shè)備的綜合安全等級(jí)有如下集中可能：當(dāng)＜2為I級(jí)報(bào)警，屬于正常范圍內(nèi)的報(bào)警；2≤＜4為Ⅱ級(jí)報(bào)警，屬于中度風(fēng)險(xiǎn)；4≤＜7為Ⅲ級(jí)報(bào)警，屬于較高風(fēng)險(xiǎn)；7≤＜9為Ⅳ級(jí)報(bào)警，屬于較高風(fēng)險(xiǎn)；≥9為Ⅴ級(jí)報(bào)警，屬于最高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，需要求助于消防人員。

由于不同的消防安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)需要不同的措施，因此，本文中結(jié)合專家判斷以及層次分析的實(shí)際情況推理描述了各種狀態(tài)下的有效措施，如表3所示。根據(jù)以上措施規(guī)則，本文采取的數(shù)據(jù)來源于目前各建筑物群之間的消防設(shè)備，通過仿真模擬實(shí)驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算，標(biāo)度在正常的范圍，即＜0.05，滿足一致性要求。同時(shí)，計(jì)算出所有指標(biāo)的安全級(jí)別并結(jié)合措施規(guī)則得到相應(yīng)所采取的措施。

3 總結(jié)

本文通過利用本體模型構(gòu)建消防領(lǐng)域的本體，同時(shí)結(jié)合SQL對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和層次分析法得到消防設(shè)備的綜合評(píng)價(jià)以及結(jié)合專家打分制度確定最終的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)以及相應(yīng)的措施。此項(xiàng)研究在實(shí)際應(yīng)用中可以有效幫助消防人員采取合適的措施，為了進(jìn)一步加強(qiáng)準(zhǔn)確性，在未來的研究中可以利用模糊理論進(jìn)行打分，建立更有效的消防安全機(jī)制。

表3 推理措施規(guī)則

規(guī)則編號(hào)安全條件采取措施 Rule1Ⅰ級(jí)報(bào)警定期排查 Rule2Ⅱ級(jí)報(bào)警檢查各消防系統(tǒng)是否安全 Rule3Ⅲ級(jí)報(bào)警 && 過期設(shè)備 && 其他均正常重新對(duì)消防設(shè)備巡檢，確定過期設(shè)備，并進(jìn)行更換 Rule4Ⅲ級(jí)報(bào)警 && 巡檢設(shè)備失敗 && 其他均正常定期對(duì)設(shè)備重新維護(hù) Rule5Ⅲ級(jí)報(bào)警 && 巡檢設(shè)備過期 && 設(shè)備維護(hù)失敗確定過期設(shè)備并更換；定期對(duì)設(shè)備重新維護(hù) Rule6Ⅲ級(jí)報(bào)警 && 巡檢設(shè)備過期 && 設(shè)備維護(hù)失敗&&水壓系統(tǒng)中有節(jié)點(diǎn)異常確定過期設(shè)備并更換；定期對(duì)設(shè)備重新維護(hù)；檢查相應(yīng)的水壓系統(tǒng) Rule7Ⅳ級(jí)報(bào)警檢查所有的消防設(shè)備，進(jìn)行排除確定出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)的消防設(shè)備 Rule8Ⅴ級(jí)報(bào)警檢查所有的消防設(shè)備，并對(duì)出現(xiàn)的警報(bào)進(jìn)行監(jiān)督，必要時(shí)求救于城市消防

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TP391

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.16.018

2095－6835（2019）16－0044－03

任美麗（1988—），女，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕