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數(shù)字化衛(wèi)士

人有不虞之災(zāi)，無(wú)論生活在世界的哪個(gè)角落，都可能會(huì)遭遇某種災(zāi)害，比如潰堤、火災(zāi)和雷雨。展望未來(lái)，智能化的系統(tǒng)將能全面監(jiān)測(cè)潛在的險(xiǎn)情，并憑借自身*的報(bào)警能力化險(xiǎn)為夷。

對(duì)于在德國(guó)萊比錫市北部參加“完整的力量”重金屬音樂(lè)節(jié)的三萬(wàn)名樂(lè)迷來(lái)說(shuō)，2012年7月1日一定是久久令人余悸猶存的日子。當(dāng)天凌晨?jī)牲c(diǎn)，一場(chǎng)暴雨襲擊了音樂(lè)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)。颶風(fēng)吹走了帳篷，冰雹撲天蓋地。最后，一束閃電擊中了泛光燈。設(shè)備漏電致使51人觸電，其中三人嚴(yán)重受傷，被送往醫(yī)院搶救。

“當(dāng)然，我們無(wú)法阻止雷雨的發(fā)生。”西門子BLIDS服務(wù)業(yè)務(wù)部的Stephan Thern說(shuō)道。“但是如果人們能及時(shí)獲得警報(bào)，那么就可以中斷活動(dòng)，疏散現(xiàn)場(chǎng)人員，從而避免事故的發(fā)生。”BLIDS（德語(yǔ)縮寫，意為“雷電信息服務(wù)”）的服務(wù)內(nèi)容一如其名。任何人都可以付費(fèi)享受隨時(shí)隨地的雷電警報(bào)服務(wù)，目前只有德國(guó)提供這項(xiàng)特色服務(wù)。當(dāng)特定區(qū)域出現(xiàn)*次閃電后，用戶將接到相關(guān)電子郵件或短信。用戶還可以在網(wǎng)上查看雷雨的走勢(shì)。西門子這項(xiàng)服務(wù)的客戶主要有能源供應(yīng)商、機(jī)場(chǎng)、管道運(yùn)營(yíng)商和工廠。

現(xiàn)代化的消防系統(tǒng)必須具備智能化險(xiǎn)情響應(yīng)能力

“當(dāng)閃電擊中電網(wǎng)的某個(gè)部位后，會(huì)引起電壓波動(dòng)，很多企業(yè)都容易受到這種波動(dòng)的影響。”Thern介紹道。有了BLIDS服務(wù)，各類企業(yè)便可以在雷擊發(fā)生之前及時(shí)關(guān)閉敏感設(shè)備。“這對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)這樣的單位而言非常重要，因?yàn)槔讚粲锌赡軙?huì)危及風(fēng)電場(chǎng)的轉(zhuǎn)子葉片。”Thern說(shuō)，他還指出由于管道的導(dǎo)電能力可能會(huì)達(dá)到很多公里以外，因此在發(fā)生雷擊時(shí)，管道也必須暫停運(yùn)行。BLIDS使用的數(shù)據(jù)來(lái)自分布在歐洲各地的150個(gè)測(cè)量站，其中15個(gè)在德國(guó)。每次閃電會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)以光速向四面八方傳播。僅在德國(guó)，在某些夏日就發(fā)生過(guò)多達(dá)20萬(wàn)次閃電。BLIDS測(cè)量站每隔百萬(wàn)分之幾秒便記錄一次信號(hào)，同時(shí)由于各測(cè)量站通過(guò)GPS實(shí)現(xiàn)同步，所以它們可以判斷雷擊位置，精確度達(dá)到200米以內(nèi)。

BLIDS的基礎(chǔ)版早在20年前便已面世。自那以后幾經(jīng)改進(jìn)，昔日的一系列簡(jiǎn)單地圖已經(jīng)演化成一套復(fù)雜的工具。BLIDS的核心部分是西門子的地理信息系統(tǒng)（GIS）。該系統(tǒng)可將地圖與其他空間信息相聯(lián)系，例如諸如運(yùn)河和管道土地登記信息等極少需要更新的固定數(shù)據(jù)。有了BLIDS服務(wù)，用戶可以隨時(shí)調(diào)用有關(guān)雷擊特征或電流強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。由此無(wú)論發(fā)生何種變故，用戶都將能夠迅速采取應(yīng)對(duì)措施。

西門子的雷電信息服務(wù)系統(tǒng)可收集150個(gè)測(cè)量站的數(shù)據(jù)

“此類信息使我們可以及時(shí)了解新態(tài)勢(shì)。”Thern表示，他還計(jì)劃加強(qiáng)現(xiàn)有地理信息與天氣數(shù)據(jù)和設(shè)施數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性。若將所有數(shù)據(jù)均整合到GIS中，那么架空輸電線路運(yùn)營(yíng)公司就能輕松直觀地了解電網(wǎng)某個(gè)部位的故障因何而起，比如是雷擊擊毀，還是樹木壓損。Thern還在構(gòu)想開(kāi)發(fā)可安裝在智能手機(jī)上的BLIDS應(yīng)用，遠(yuǎn)足者、室外節(jié)日活動(dòng)觀眾和足球裁判（在雷雨天氣，可參考這種應(yīng)用來(lái)確定是否應(yīng)該中斷球賽）等用戶群都可以使用此類應(yīng)用。“如果能接到德國(guó)足協(xié)的訂單，我們一定會(huì)喜出望外。”Thern笑容滿面地說(shuō)。

應(yīng)急管理。然而西門子的技術(shù)解決方案并不僅僅提供雷擊預(yù)警。誠(chéng)然，雷擊事故每年可能會(huì)致使大約1000人喪生，但是特大洪災(zāi)（例如，2011年泰國(guó)遭遇的洪災(zāi)）可能會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)奪去數(shù)百人的生命。保險(xiǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)日內(nèi)瓦協(xié)會(huì)估計(jì)，工業(yè)化國(guó)家每年因火災(zāi)而蒙受的損失，相當(dāng)于其國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的1%。德國(guó)每年約有600人由于建筑火災(zāi)罹難；在美國(guó)，這一數(shù)字超過(guò)了3000人。*的災(zāi)害管理系統(tǒng)有助于減少罹難人數(shù)。

一旦發(fā)生火災(zāi)，具備智能化靈活響應(yīng)能力的消防系統(tǒng)十分重要。“人們的生活環(huán)境和工作環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。”供職于瑞士楚格西門子樓宇科技集團(tuán)的Markus Niederberger說(shuō)道，“僅有火警系統(tǒng)是不夠的。”Niederberger和同事們正在嘗試將各種安全系統(tǒng)和警報(bào)系統(tǒng)集成到統(tǒng)一的智能工具包中。“我們希望能開(kāi)發(fā)出一套全自動(dòng)化系統(tǒng)，它要將所有工具集于一體，包括火警、應(yīng)急照明、人員疏散系統(tǒng)等不一而足。”Niederberger介紹說(shuō)。雖然并非全部所需的技術(shù)都一應(yīng)俱全，但是關(guān)鍵組件已經(jīng)研發(fā)出來(lái)。例如，西門子就能提供整套樓宇管理系統(tǒng)，它們可以監(jiān)視并控制火警等各類子系統(tǒng)。

智能應(yīng)急系統(tǒng)能識(shí)別特定情形，然后自動(dòng)實(shí)施相應(yīng)措施。舉例而言，西門子目前提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)可向事故波及到的所有人員發(fā)送信息。“這項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)得到了很好的應(yīng)用。”Niederberger表示。例如，美國(guó)的很多院校現(xiàn)在都配備了相應(yīng)系統(tǒng)，一旦發(fā)生火災(zāi)或其他災(zāi)難性事故，這些系統(tǒng)可以利用校園中的電子顯示屏或通過(guò)發(fā)送電子郵件及短信，向?qū)W生發(fā)出警報(bào)。

另外，智能應(yīng)急系統(tǒng)還應(yīng)該能夠指導(dǎo)人們逃離險(xiǎn)境。在未來(lái)，語(yǔ)音控制的疏散系統(tǒng)將在建筑物的每個(gè)角落提供相應(yīng)的信息。若要實(shí)現(xiàn)這種功能，系統(tǒng)必須了解人們所處的位置。“也就是說(shuō)，假如某天晚上，一棟辦公樓在某個(gè)樓層舉辦活動(dòng)，所有人都集中在該樓層，那么就沒(méi)必要采用常規(guī)的疏散方案。”Niederberger介紹道。他和同事們正在嘗試設(shè)計(jì)一種可行的室內(nèi)人員探測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)還可以自動(dòng)定位失去意識(shí)的人員。“我們考慮了各種各樣的構(gòu)想，比如使用視頻攝像頭、紅外探測(cè)，甚至還有可以測(cè)量壓差的智能地板。目前，我們?cè)谘芯恳幌盗屑夹g(shù)。”該工具包中還將包含模擬軟件，目前西門子樓宇科技集團(tuán)和西門子中央研究院的工程師正在開(kāi)發(fā)這款軟件。

密切監(jiān)視堤壩。不同于建筑物，堤壩的排查頻率較低，而且其監(jiān)視往往是隨機(jī)的。“這種現(xiàn)狀很不利，因?yàn)樵谡麄€(gè)歐洲，超過(guò)三分之二的城市抵御洪災(zāi)的能力十分薄弱。”荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織（TNO）的Robert Meijer表示。為此，身為物理學(xué)家的Meijer于2009年在歐盟發(fā)起了UrbanFlood（城市防洪）項(xiàng)目。

西門子的軟件包可利用流量測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)堤壩的安全性。

攜手西門子及其他合作伙伴，Meijer開(kāi)發(fā)出一款堤壩監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以監(jiān)視堤壩，并在發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)觸發(fā)警報(bào)。在西門子中央研究院，Bernhard Lang和他的工程師團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備將防洪系統(tǒng)的智能化提升到消防系統(tǒng)的水平。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就需要將預(yù)警系統(tǒng)與水閘系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)和飲用水供應(yīng)系統(tǒng)整合起來(lái)。

其中一個(gè)至關(guān)重要的因素是能夠在線監(jiān)視堤壩的傳感器。Meijer和同事們目前正在對(duì)各種探頭進(jìn)行測(cè)試，研究人員將這些探頭安裝在英國(guó)波士頓、德國(guó)萊茵河下游雷斯鎮(zhèn)及荷蘭阿姆斯特丹的幾處堤壩上，它們可以記錄這些堤壩的多種特征數(shù)據(jù)，例如壓力、溫度、水流速度和地面濕度等。不過(guò)眼下的研究也面臨著一個(gè)難題：若要識(shí)別險(xiǎn)情，首先需要確定堤壩在正常情況下是什么狀態(tài)，但是到目前為止尚無(wú)充分的數(shù)據(jù)可以用來(lái)判定堤壩的常態(tài)特征。

目前可以考慮的一個(gè)解決方案是利用計(jì)算機(jī)程序，將機(jī)器學(xué)習(xí)與信號(hào)處理相結(jié)合。比如，俄羅斯圣彼得堡的西門子專家們?cè)贗lya Mokhov的帶領(lǐng)下，已經(jīng)開(kāi)發(fā)并集成了一些算法。這些算法可以利用測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)探測(cè)堤壩存在潰堤風(fēng)險(xiǎn)的情況。“我們利用傳感器數(shù)據(jù)以及從這些數(shù)據(jù)提取的特性值，創(chuàng)建堤壩的常態(tài)特征曲線。”Mokhov介紹道。

如果之后探測(cè)到實(shí)際數(shù)據(jù)與參照數(shù)據(jù)相去甚遠(yuǎn)，那么軟件便會(huì)發(fā)出警報(bào)。由于該系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)能力，所以隨著其所“經(jīng)歷”情形的增多，其能力也將逐漸增強(qiáng)。正是鑒于這一原因，研究人員在荷蘭的堤壩測(cè)試中對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了訓(xùn)練，阿姆斯特丹大學(xué)和西門子中央研究院的研究人員在模擬中也對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了同樣的訓(xùn)練。

為向公眾宣傳此類解決方案，西門子和TNO還專門開(kāi)發(fā)出一個(gè)交互式多點(diǎn)觸控堤壩分析平臺(tái)。在波士頓和圣彼得堡的參觀中心，以及倫敦的西門子“水晶宮”城市發(fā)展中心，參觀者可以通過(guò)手指觸控在地圖上放大荷蘭Eemshaven的一處堤壩，UrbanFlood團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將該地圖放到網(wǎng)絡(luò)中。觸碰屏幕的其他部位還可以看到來(lái)自堤壩傳感器的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)為曲線。

Robert Meijer的夢(mèng)想是將歐洲的所有堤壩納入在線監(jiān)測(cè)。若要如愿以償，UrbanFlood團(tuán)隊(duì)要做的工作還有很多。Robert Meijer的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃先將德國(guó)與荷蘭交界處的50公里萊茵河段堤壩作為初步試點(diǎn)。Meijer認(rèn)為歐洲最大的河流應(yīng)該是較理想的測(cè)試對(duì)象。“當(dāng)你站在雷斯鎮(zhèn)的堤壩上時(shí)，只要看看對(duì)岸有多么遠(yuǎn)，就能想象得到這里的水流量有多大。”他如是道。無(wú)論如何，不久這座擔(dān)當(dāng)保護(hù)當(dāng)?shù)鼐用窦覉@安全使命的屏障將得到全天二十四小時(shí)的精確監(jiān)視，對(duì)于雷斯鎮(zhèn)上受此堤壩庇護(hù)的居民們來(lái)說(shuō)，這顯然是個(gè)福音。