物聯(lián)網(wǎng)如何徹底改變?yōu)暮︻A防和響應

　　災難會迅速影響人類和地球的福祉。無論是由自然發(fā)生的事件(如颶風或洪水)還是由人類活動(如工業(yè)事故)引起，突發(fā)災難性事件都會對人類、環(huán)境和經(jīng)濟造成傷害。

　　但是預先警告是有準備的。災害預防系統(tǒng)可以在拯救生命和減輕經(jīng)濟損失方面發(fā)揮關鍵作用。越來越多的基于傳感器的物聯(lián)網(wǎng)技術可以提供危險事件的重要預警或在管理后果方面發(fā)揮關鍵作用，從而減少進一步的傷害。

　　根據(jù)聯(lián)合國減少災害風險辦公室(UNDRR)，災害預防和預警系統(tǒng)可以將重點從管理災害轉移到管理風險。這有助于打破災難-應對-依賴的循環(huán)。這種方法的經(jīng)濟效益是巨大的。聯(lián)合國減災署稱，投資1美元使基礎設施具有抗災能力可以節(jié)省4美元，否則這些錢將用于重建。

　　從洪水到石油泄漏：災害類型分類

　　那么，哪些類型的災害最為普遍?它們會產(chǎn)生什么樣的影響?它們分為兩類：自然災害和人為災害。兩者都會產(chǎn)生重大影響，包括人員傷亡、經(jīng)濟損失和環(huán)境破壞。最常見的自然災害包括洪水、干旱、野火、地震(圖 1)和海嘯。2023 年，自然災害在全球造成約 95.000 人死亡，經(jīng)濟損失約為 3800 億美元。

　　與此同時，人為災害可能包括工業(yè)事故、石油泄漏、建筑物倒塌、高層火災、交通事故和恐怖主義行為。人為災害造成的死亡人數(shù)可能因其性質(zhì)和規(guī)模而有很大差異，但全球死亡人數(shù)可能高達數(shù)萬人。

　　因此，人們對技術和災害預防/預警策略產(chǎn)生了濃厚的興趣?；趥鞲衅鞯奈锫?lián)網(wǎng)、無線技術和基于人工智能的分析相結合是該領域取得許多進步的關鍵。這些技術可以通過使互聯(lián)設備收集和共享數(shù)據(jù)來徹底改變?yōu)暮︻A防。收集到的見解可以為更明智的決策奠定基礎。

　　物聯(lián)網(wǎng)在災害預防中的積極作用

　　讓我們更詳細地了解這些技術是如何組合在一起的。低功耗傳感器和設備構成了災害預防系統(tǒng)的基本組成部分，無需頻繁維護即可在偏遠或惡劣的環(huán)境中長期部署。這些傳感器可以檢測特定條件的變化，例如溫度、振動和氣壓，為即將發(fā)生的地震和海嘯等自然災害提供關鍵的預警指標。

　　它們還可以測量和監(jiān)測洪水易發(fā)地區(qū)的水位，讓當?shù)厣鐓^(qū)在風險較高時遷往地勢較高的地方。部署傳感器還有助于防止人為事故。例如，煙霧探測器可以提供火災警報，空氣質(zhì)量監(jiān)測器可以指示有害物質(zhì)的釋放或高水平的空氣污染。

　　先進傳感器、人工智能和通信技術的作用

　　技術進步意味著傳感器現(xiàn)在更小、更節(jié)能，從而可用于更多應用。微機電系統(tǒng) (MEMS) 技術的發(fā)展使傳感器小型化。同時，新的電池架構提供了更高的能量密度，使它們在現(xiàn)場的使用壽命更長。傳感器還可以集成太陽能、熱能和振動能量收集系統(tǒng)，使設備能夠在更廣泛的環(huán)境中獨立運行。

　　但基于傳感器的數(shù)據(jù)收集只是難題的一部分。部署結合人工智能和機器學習的基于軟件的系統(tǒng)對于分析數(shù)據(jù)以預測和檢測潛在災難至關重要。人工智能可以在模式識別、預測分析和異常檢測中發(fā)揮重要作用——通常是實時的——盡快向相關部門和公眾發(fā)出警報?；谌斯ぶ悄艿挠嬎憧梢栽谠贫嘶蜻吘夁M行，具體取決于安全性、延遲和對大數(shù)據(jù)存儲容量的需求等因素。

　　第三，對于基于云的系統(tǒng)，5G 和 LoRa等先進通信技術極大地提高了災難場景中的數(shù)據(jù)傳輸速度和可靠性。這些協(xié)議具有自己的一套性能特征：5G 在數(shù)據(jù)速率、范圍和延遲方面更勝一籌，而 LoRa 在電池壽命、功耗和成本方面更勝一籌。因此，災害預防和預警系統(tǒng)的開發(fā)人員可以選擇多種物聯(lián)網(wǎng)技術來滿足他們的需求。

　　突出現(xiàn)實世界項目的好處

　　在本節(jié)中，我們將介紹現(xiàn)實世界中防災技術的應用示例。例如，在美國，加利福尼亞大學圣地亞哥分校的 ALERTCalifornia 公共安全計劃涉及部署物聯(lián)網(wǎng)傳感器、攝像頭、無人機和人工智能來檢測和監(jiān)控加利福尼亞州的野火(圖 2)，從而改善早期檢測和響應。

　　ALERTCalifornia代表第三代高性能無線研究和教育網(wǎng)絡(HPWREN)，該系統(tǒng)在美國已經(jīng)發(fā)展了大約20年。早在2003年的雪松火災中，應急管理人員就已經(jīng)在使用由事先安裝的高分辨率運動檢測相機和傳感器捕捉的實時野火圖像，這凸顯了無線技術在有效管理野火情況中的作用。

　　高清攝像機大約每兩分鐘平移、傾斜、變焦并進行 360 度掃描，每次掃描 12 個高清幀，以提供火災風險的完整可見性。攝像機還提供 24 小時監(jiān)控，具有近紅外夜視功能。同時，帶有掃描儀的無人機會生成有關掃描表面的三維信息，而激光雷達遙感則使 ALERTCalifornia 能夠檢查易發(fā)生火災的環(huán)境。人工智能用于數(shù)據(jù)融合和分析，以理解所提供的數(shù)據(jù)。

　　與此同時，英國正在部署基于物聯(lián)網(wǎng)的基礎設施，以提供洪水威脅的早期預警，確保公共安全和基礎設施保護。例如，在劍橋郡的亨廷登郡區(qū)，由劍橋郡和彼得伯勒聯(lián)合管理局和亨廷登郡區(qū)議會資助的洪水傳感器試點項目使用通過 LoRa 網(wǎng)絡連接的傳感器來收集實時河流流量和水位數(shù)據(jù)。當檢測到洪水風險時，居民和企業(yè)會收到警告，以便他們采取行動，確保安全并限制對房屋和其他基礎設施的損壞。

　　災后恢復

　　ALERTCalifornia 和洪水傳感器項目只是眾多全球舉措中實時災害預警和預防計劃的幾個例子。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡在許多災害中都發(fā)揮了重要作用，不僅有助于減少或避免損失，而且還為災后恢復提供了關鍵援助。

　　在颶風或洪水期間，由于蜂窩網(wǎng)絡受損而導致的通信中斷會極大地阻礙災難恢復進程。2017 年波多黎各發(fā)生瑪麗亞颶風后，部署了臨時蜂窩設備來恢復被風暴摧毀的通信網(wǎng)絡。使用太陽能傳感器和衛(wèi)星連接的通信集線器，建立了臨時通信鏈路，使應急響應小組能夠有效協(xié)調(diào)救援工作并到達需要援助的孤立社區(qū)。

　　在一份關于 2017 年大西洋颶風季的報告中，全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會 (GSMA) 強調(diào)了實施增強型預警系統(tǒng)的重要性。此外，他們還指出，使用預警系統(tǒng)啟動可折疊網(wǎng)絡桅桿具有潛在優(yōu)勢，可以在颶風到來前有效降低塔架。這種主動措施不僅可以防止損壞，還可以簡化風暴消散后的重新連接工作。

　　隨著感知、通信和分析技術的進步，物聯(lián)網(wǎng)在協(xié)助人為和自然災害恢復方面的價值將不斷上升。通過實施低成本、堅固的解決方案，機構可以加快關鍵基礎設施的恢復，支持重要的救援任務，并收集有價值的數(shù)據(jù)，以推動制定未來的預防戰(zhàn)略，例如增強的防洪措施或抗震建筑。

　　結論：物聯(lián)網(wǎng)可以拯救生命和保護環(huán)境

　　災害預防和預警是物聯(lián)網(wǎng)的一個很好的例子。堅固耐用的低功耗傳感器、無線連接和基于人工智能的數(shù)據(jù)分析相結合，使當局和急救人員能夠訪問過去無法收集的實時信息。這些信息可以帶來更有效的決策。隨著技術的進步，這些系統(tǒng)將變得更加普及，并提供對我們周圍世界的更細致的洞察。

　　基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)和技術將繼續(xù)存在。它們將繼續(xù)在災害預防和管理、拯救生命、減輕經(jīng)濟損失和保護自然環(huán)境方面發(fā)揮關鍵作用。

　　來源：千家網(wǎng)