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數(shù)字化衛(wèi)士

人有不虞之災(zāi)，無論生活在世界的哪個角落，都可能會遭遇某種災(zāi)害，比如潰堤、火災(zāi)和雷雨。展望未來，智能化的系統(tǒng)將能全面監(jiān)測潛在的險情，并憑借自身*的報警能力化險為夷。

對于在德國萊比錫市北部參加“完整的力量”重金屬音樂節(jié)的三萬名樂迷來說，2012年7月1日一定是久久令人余悸猶存的日子。當(dāng)天凌晨兩點，一場暴雨襲擊了音樂節(jié)現(xiàn)場。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說道。“但是如果人們能及時獲得警報，那么就可以中斷活動，疏散現(xiàn)場人員，從而避免事故的發(fā)生。”BLIDS（德語縮寫，意為“雷電信息服務(wù)”）的服務(wù)內(nèi)容一如其名。任何人都可以付費享受隨時隨地的雷電警報服務(wù)，目前只有德國提供這項特色服務(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。西門子這項服務(wù)的客戶主要有能源供應(yīng)商、機場、管道運營商和工廠。

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

“當(dāng)閃電擊中電網(wǎng)的某個部位后，會引起電壓波動，很多企業(yè)都容易受到這種波動的影響。”Thern介紹道。有了BLIDS服務(wù)，各類企業(yè)便可以在雷擊發(fā)生之前及時關(guān)閉敏感設(shè)備。“這對于風(fēng)電場這樣的單位而言非常重要，因為雷擊有可能會危及風(fēng)電場的轉(zhuǎn)子葉片。”Thern說，他還指出由于管道的導(dǎo)電能力可能會達(dá)到很多公里以外，因此在發(fā)生雷擊時，管道也必須暫停運行。BLIDS使用的數(shù)據(jù)來自分布在歐洲各地的150個測量站，其中15個在德國。每次閃電會產(chǎn)生一個電磁場，電磁場以光速向四面八方傳播。僅在德國，在某些夏日就發(fā)生過多達(dá)20萬次閃電。BLIDS測量站每隔百萬分之幾秒便記錄一次信號，同時由于各測量站通過GPS實現(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)，用戶可以隨時調(diào)用有關(guān)雷擊特征或電流強度的數(shù)據(jù)。由此無論發(fā)生何種變故，用戶都將能夠迅速采取應(yīng)對措施。

西門子的雷電信息服務(wù)系統(tǒng)可收集150個測量站的數(shù)據(jù)

“此類信息使我們可以及時了解新態(tài)勢。”Thern表示，他還計劃加強現(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營公司就能輕松直觀地了解電網(wǎng)某個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)想開發(fā)可安裝在智能手機上的BLIDS應(yīng)用，遠(yuǎn)足者、室外節(jié)日活動觀眾和足球裁判（在雷雨天氣，可參考這種應(yīng)用來確定是否應(yīng)該中斷球賽）等用戶群都可以使用此類應(yīng)用。“如果能接到德國足協(xié)的訂單，我們一定會喜出望外。”Thern笑容滿面地說。

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。誠然，雷擊事故每年可能會致使大約1000人喪生，但是特大洪災(zāi)（例如，2011年泰國遭遇的洪災(zāi)）可能會在很短時間內(nèi)奪去數(shù)百人的生命。保險業(yè)研究機構(gòu)日內(nèi)瓦協(xié)會估計，工業(yè)化國家每年因火災(zāi)而蒙受的損失，相當(dāng)于其國內(nèi)生產(chǎn)總值的1%。德國每年約有600人由于建筑火災(zāi)罹難；在美國，這一數(shù)字超過了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)和警報系統(tǒng)集成到統(tǒng)一的智能工具包中。“我們希望能開發(fā)出一套全自動化系統(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。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。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)能識別特定情形，然后自動實施相應(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。“這項技術(shù)在美國得到了很好的應(yīng)用。”Niederberger表示。例如，美國的很多院校現(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發(fā)送電子郵件及短信，向?qū)W生發(fā)出警報。

另外，智能應(yīng)急系統(tǒng)還應(yīng)該能夠指導(dǎo)人們逃離險境。在未來，語音控制的疏散系統(tǒng)將在建筑物的每個角落提供相應(yīng)的信息。若要實現(xiàn)這種功能，系統(tǒng)必須了解人們所處的位置。“也就是說，假如某天晚上，一棟辦公樓在某個樓層舉辦活動，所有人都集中在該樓層，那么就沒必要采用常規(guī)的疏散方案。”Niederberger介紹道。他和同事們正在嘗試設(shè)計一種可行的室內(nèi)人員探測系統(tǒng)，這個系統(tǒng)還可以自動定位失去意識的人員。“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，甚至還有可以測量壓差的智能地板。目前，我們在研究一系列技術(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)視往往是隨機的。“這種現(xiàn)狀很不利，因為在整個歐洲，超過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）項目。

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

攜手西門子及其他合作伙伴，Meijer開發(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)險情時觸發(fā)警報。在西門子中央研究院，Bernhard Lang和他的工程師團(tuán)隊準(zhǔn)備將防洪系統(tǒng)的智能化提升到消防系統(tǒng)的水平。要實現(xiàn)這個目標(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。

其中一個至關(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各種探頭進(jìn)行測試，研究人員將這些探頭安裝在英國波士頓、德國萊茵河下游雷斯鎮(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。不過眼下的研究也面臨著一個難題：若要識別險情，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充分的數(shù)據(jù)可以用來判定堤壩的常態(tài)特征。

目前可以考慮的一個解決方案是利用計算機程序，將機器學(xué)習(xí)與信號處理相結(jié)合。比如，俄羅斯圣彼得堡的西門子專家們在Ilya Mokhov的帶領(lǐng)下，已經(jīng)開發(fā)并集成了一些算法。這些算法可以利用測量數(shù)據(jù)來探測堤壩存在潰堤風(fēng)險的情況。“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。

如果之后探測到實際數(shù)據(jù)與參照數(shù)據(jù)相去甚遠(yuǎn)，那么軟件便會發(fā)出警報。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。正是鑒于這一原因，研究人員在荷蘭的堤壩測試中對該系統(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還專門開發(fā)出一個交互式多點觸控堤壩分析平臺。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，參觀者可以通過手指觸控在地圖上放大荷蘭Eemshaven的一處堤壩，UrbanFlood團(tuán)隊已經(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自堤壩傳感器的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隨時間的變化呈現(xiàn)為曲線。

Robert Meijer的夢想是將歐洲的所有堤壩納入在線監(jiān)測。若要如愿以償，UrbanFlood團(tuán)隊要做的工作還有很多。Robert Meijer的團(tuán)隊計劃先將德國與荷蘭交界處的50公里萊茵河段堤壩作為初步試點。Meijer認(rèn)為歐洲最大的河流應(yīng)該是較理想的測試對象。“當(dāng)你站在雷斯鎮(zhèn)的堤壩上時，只要看看對岸有多么遠(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的精確監(jiān)視，對于雷斯鎮(zhèn)上受此堤壩庇護(hù)的居民們來說，這顯然是個福音。