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災(zāi)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(fēng)或洪水)還是由人類活動(如工業(yè)事故)引起，突發(fā)災(zāi)難性事件都會對人類、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)造成傷害。
但是預(yù)先警告是有準(zhǔn)備的。災(zāi)害預(yù)防系統(tǒng)可以在拯救生命和減輕經(jīng)濟(jì)損失方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。越來越多的基于傳感器的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提供危險事件的重要預(yù)警或在管理后果方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，從而減少進(jìn)一步的傷害。
根據(jù)聯(lián)合國減少災(zāi)害風(fēng)險辦公室(UNDRR)，災(zāi)害預(yù)防和預(yù)警系統(tǒng)可以將重點從管理災(zāi)害轉(zhuǎn)移到管理風(fēng)險。這有助于打破災(zāi)難-應(yīng)對-依賴的循環(huán)。這種方法的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。聯(lián)合國減災(zāi)署稱，投資1美元使基礎(chǔ)設(shè)施具有抗災(zāi)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(zāi)害類型分類
那么，哪些類型的災(zāi)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(zāi)害和人為災(zāi)害。兩者都會產(chǎn)生重大影響，包括人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境破壞。最常見的自然災(zāi)害包括洪水、干旱、野火、地震（圖1）和海嘯。2023年，自然災(zāi)害在全球造成約95,000人死亡，經(jīng)濟(jì)損失約為3800億美元。
與此同時，人為災(zāi)害可能包括工業(yè)事故、石油泄漏、建筑物倒塌、高層火災(zāi)、交通事故和恐怖主義行為。人為災(zāi)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(dá)數(shù)萬人。
因此，人們對技術(shù)和災(zāi)害預(yù)防/預(yù)警策略產(chǎn)生了濃厚的興趣。基于傳感器的物聯(lián)網(wǎng)、無線技術(shù)和基于人工智能的分析相結(jié)合是該領(lǐng)域取得許多進(jìn)步的關(guān)鍵。這些技術(shù)可以通過使互聯(lián)設(shè)備收集和共享數(shù)據(jù)來徹底改變?yōu)暮︻A(yù)防。收集到的見解可以為更明智的決策奠定基礎(chǔ)。
物聯(lián)網(wǎng)在災(zāi)害預(yù)防中的積極作用
讓我們更詳細(xì)地了解這些技術(shù)是如何組合在一起的。低功耗傳感器和設(shè)備構(gòu)成了災(zāi)害預(yù)防系統(tǒng)的基本組成部分，無需頻繁維護(hù)即可在偏遠(yuǎn)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(zāi)害提供關(guān)鍵的預(yù)警指標(biāo)。
它們還可以測量和監(jiān)測洪水易發(fā)地區(qū)的水位，讓當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)在風(fēng)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(zāi)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(jìn)傳感器、人工智能和通信技術(shù)的作用
技術(shù)進(jìn)步意味著傳感器現(xiàn)在更小、更節(jié)能，從而可用于更多應(yīng)用。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展使傳感器小型化。同時，新的電池架構(gòu)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(shè)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(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的基于軟件的系統(tǒng)對于分析數(shù)據(jù)以預(yù)測和檢測潛在災(zāi)難至關(guān)重要。人工智能可以在模式識別、預(yù)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(guān)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(jìn)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(jìn)通信技術(shù)極大地提高了災(zāi)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(zāi)害預(yù)防和預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)人員可以選擇多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(zāi)技術(shù)的應(yīng)用示例。例如，在美國，加利福尼亞大學(xué)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(jī)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(yīng)。
ALERTCalifornia代表第三代高性能無線研究和教育網(wǎng)絡(luò)(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(zāi)中，應(yīng)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(jī)和傳感器捕捉的實時野火圖像，這凸顯了無線技術(shù)在有效管理野火情況中的作用。
高清攝像機(jī)大約每兩分鐘平移、傾斜、變焦并進(jìn)行360度掃描，每次掃描12個高清幀，以提供火災(zāi)風(fēng)險的完整可見性。攝像機(jī)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(jī)會生成有關(guān)掃描表面的三維信息，而激光雷達(dá)遙感則使ALERTCalifornia能夠檢查易發(fā)生火災(zāi)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(chǔ)設(shè)施，以提供洪水威脅的早期預(yù)警，確保公共安全和基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)。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(luò)連接的傳感器來收集實時河流流量和水位數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到洪水風(fēng)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(chǔ)設(shè)施的損壞。
災(zāi)后恢復(fù)
ALERTCalifornia和洪水傳感器項目只是眾多全球舉措中實時災(zāi)害預(yù)警和預(yù)防計劃的幾個例子。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在許多災(zāi)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(zāi)后恢復(fù)提供了關(guān)鍵援助。
在颶風(fēng)或洪水期間，由于蜂窩網(wǎng)絡(luò)受損而導(dǎo)致的通信中斷會極大地阻礙災(zāi)難恢復(fù)進(jìn)程。2017年波多黎各發(fā)生瑪麗亞颶風(fēng)后，部署了臨時蜂窩設(shè)備來恢復(fù)被風(fēng)暴摧毀的通信網(wǎng)絡(luò)。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(yīng)急響應(yīng)小組能夠有效協(xié)調(diào)救援工作并到達(dá)需要援助的孤立社區(qū)。
在一份關(guān)于2017年大西洋颶風(fēng)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(yù)警系統(tǒng)的重要性。此外，他們還指出，使用預(yù)警系統(tǒng)啟動可折疊網(wǎng)絡(luò)桅桿具有潛在優(yōu)勢，可以在颶風(fēng)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(fēng)暴消散后的重新連接工作。
隨著感知、通信和分析技術(shù)的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)在協(xié)助人為和自然災(zāi)害恢復(fù)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(jī)構(gòu)可以加快關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的恢復(fù)，支持重要的救援任務(wù)，并收集有價值的數(shù)據(jù)，以推動制定未來的預(yù)防戰(zhàn)略，例如增強的防洪措施或抗震建筑。
結(jié)論：物聯(lián)網(wǎng)可以拯救生命和保護(hù)環(huán)境
災(zāi)害預(yù)防和預(yù)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(jié)合，使當(dāng)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(shù)的進(jìn)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(xì)致的洞察。
基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)和技術(shù)將繼續(xù)存在。它們將繼續(xù)在災(zāi)害預(yù)防和管理、拯救生命、減輕經(jīng)濟(jì)損失和保護(hù)自然環(huán)境方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
