基于NBIoT 的智慧消防解决方案.docx

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基于NBIoT的智慧消防解决方案

基于NB-IoT的智慧消防解决方案

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1序言

《消防法》中明确：

我国的消防工作由国务院领导，地方各级人民政府负责，采用预防为主、防消结合的方针，坚持专门机关与群众相结合的原则，实行防火安全责任制。

近年来在各级政府领导下，在各部门、各单位共同努力下，在社会公众广泛参与下，形成了“政府统一领导、部门依法监管、单位全面负责、公民积极参与”的工作格局，推进落实消防安全责任，完善火灾防控体系，加大消防基础设施建设，提升市民消防安全素质，消防事业发展建设取得显著成效，消防安全环境进一步优化。

但是随着城镇化建设的高速发展，人们生活水平的不断提升，公共消防安全基础建设同经济社会发展不适应、消防安全保障能力同人民群众安全需求不适应、公众消防安全意识同现代社会治理要求不适应的矛盾依然突出，传统消防安全问题并没有得到根本解决，非传统的消防安全因素却日益上升、作用凸显，两者相互渗透、相互交织的趋势更加明显，导致火灾隐患逐年增多，消防安全面临严峻挑战。

通过对火灾的分析，加强火灾隐患排查、保障消防设施完好、及时发现火情，在早期对火灾进行控制是防灾减损的有效手段。

在此背景下，将物联网、大数据等新技术应用到消防领域具有非常现实的意义，智慧消防已纳入各省市“十三五”消防事业规划，各地掀起智慧消防建设和部署热潮。

NB-IoT技术具有低功耗、广覆盖、大连接、高安全的特点，非常适合应用于智慧消防火灾探测领域，作为传统消防的补充，基于NB-IoT的设备可快速、低成本部署于九小场所、家庭等场景，提升这些场所的火灾探测与预防能力，推动行业创新，提升社会价值，增强公共安全。

2消防行业面临的挑战

2.1消防行业面临的挑战

2.1.1住宅火灾伤亡大，高层住宅消防设施基础有待加强。

2017年1-10月全国共接报火灾21.9万起，亡1065人，伤679人，已核直接财产损失26.2亿元，通过对火灾进行分析，居民住宅火灾伤亡人数最多，造成821人死亡，占死亡总人数的77.1%。

根据消防局的资料显示，全国23.5万幢高层住宅建筑（8层以上、超过24米的即为高层建筑）中，未设置自动消防设施的占到46.2%，设有自动消防设施的高层建筑，平均完好率不足50%。

一方面住宅火灾亡人最多，另一方面消防设施不足，增设消防设施，保障消防设施可靠运行，提高火灾预警能力，对降低火灾人员伤亡具有重要意义。

全国高层建筑消防安全综合治理电视电话会议中提出要切实加大执法检查力度，重拳纠治、铁腕治理消防设施完好率低等突出问题，决不让高楼大厦“带病”运行。

2.1.2电气引发火灾概率高

2011年至2016年，我国共发生电气火灾52.4万起，造成3261人死亡、2063人受伤，直接

经济损失92亿余元，均占全国火灾总量及伤亡损失的30%以上；其中重特大电气火灾17起，占重特大火灾总数的70%。

这些事故暴露出电器产品生产质量、流通销售，建设工程电气设计、施工，电器产品及其线路使用、维护管理等方面存在突出问题。

为有效遏制电气火灾高发势头，国务院安委会决定自2017年起在全国范围内组织开展为期三年的电气火灾综合治理工作。

引入技术手段发现用电隐患，有助于降低火灾发生概率。

2.1.3居民用气事故发生率居高不下

据不完全统计，2017年我国共发生燃气爆炸事故702起，造成1100余人受伤126人死亡。

居民用气事故发生率居高不下，共发生465起，饭店、商户发生164起。

7月份是燃气事故最高发

的月份，因为夏季天气炎热，给燃气爆炸事故创造了“有利”条件。

另外，随着冬季的到来，燃气

事故再度攀升，天气转冷，居民大都将门窗紧闭，一旦燃气发生泄漏，稍有不慎将引起爆炸事故，危及生命安全。

2.1.4九小场所、“三合一”场所安全隐患凸显

《建筑设计防火规范》对普通民用建筑、多层商住楼、小型旅店、商店、小型娱乐场所、小型加工厂以及各类建筑的居民房间都没有强制要求安装火灾报警设施，加之九小场所经营者大多自身消防安全意识薄弱，火灾安全隐患凸显，导致火灾时有发生。

图2-1九小场所定义与消防安全隐患

2.1.5消防设施缺乏有效管理

建筑消防设备缺乏有效管理，给消防设备的正常使用埋下安全隐患。

消防设备管理水平有待提升，管理人员实际管理能力难以满足岗位要求，间接地降低了消防设备防灾减损的能力。

以杭州保姆纵火案为例，灭火救援过程中发现消防水泵控制柜处于手动状态，与相关规范要求不符；消防水泵控制系统回路中间继电器故障，自动、手动启泵均失效，而中间继电器故障应该在日常自动巡检或手动试验检查中被发现；消防水泵启动后管网压力不上升，现场只能依靠楼顶水箱供水；水泵连接器锈死，无法满足消防车外持续供水……因消防设施缺乏有效管理导致无法正常工作的案例大量存在，这也是造成火灾无法短时间内得到控制，造成严重后果原因之一。

2.2主要应对手段及瓶颈

基于目前消防行业的实际现状，各级政府及消防主管部门做了大量的探索与工作，这些探索与工作取得了很大的成效，但受制于商业模式、技术水平、管理手段等问题，尚未达到预期效果。

1、推广城市消防远程监控系统

城市消防远程监控系统是对联网用户的火灾报警信息、建筑消防设施运行状态信息、消防安全管理信息进行接收、处理和管理，向城市消防通信指挥中心或其他接处警中心发送经确认的火灾报警信息，为公安消防部门提供查询，实现“实时监督、动态管理、及时发现”的目的。

在实际应用过程中，城市远程监控系统虽然推广时间较长，但认知程度不高，这是因为传统消防设施即使不联网也可对火灾进行告警，一旦建设该系统，涉及设备安装、系统维护等费用，且很难直观显示该系统所带来的效益，导致业主方不愿支付这部分资金；另一方面，联网单位的任何报警信息不经处理即上报至监控平台，受理部门要处理大量误报警等无效信息，导致成本高、效率低，远程监控系统实际运行数量低于预期。

2、展开专项整治行动。

如国务院安委会组织的全国范围内为期三年的电气火灾综合治理专项工作，劳动密集型企业消防安全专项治理行动等。

专项整治行动在执法期内能取得较大成果，但短期内的执法行为不能解决长期有效监管问题。

3、推广独立式感烟探测报警器应用

在没有设置火灾报警系统的场所，通过推广独立式感烟探测器报警器，提升火灾预警的能力。

在国务院、公安部多份文件中，如《关于积极推动发挥独立式感烟火灾探测报警器火灾防控作用的指导意见》、《小加工作坊火灾防控技术指导意见》均提出推广、增设独立式感烟探测器报警器。

独立式感烟探测报警器能在本地发出告警，发出声光提醒住户发现火灾隐患，具有显著的作用，

但是传统独立式感烟探测报警器也存在如下不足：

（1）误报扰民。

烟感探测器因为油烟、灰尘累积、昆虫进入等原因造成告警，超过80分贝的蜂鸣报警声引发大量扰民投诉，而探测器安装于天花，通过按键本地消音异常困难，导致大量设备被拆除或被塑料袋包裹，失去探测功能。

（2）低电量信息无法直观感知，电池耗尽导致瘫痪比例高。

（3）设备状态无法感知，甚至被拆除后都无法发出报警，设备完好率、在线率难以保证。

3当NB-IoT遇上智慧消防

NB-IoT技术应用到消防领域，可以与传统消防系统形成互补，NB-IoT网络信号广覆盖、高安全、低功耗、易部署等特点，有助于消防前端设备（如智能烟感、电气火灾监测）快速低成本部署；通过统一接入数据格式，降低集成难度，实时监测设备工作状态，可对设备进行主动维护；通过应用平台引入社会单位运营，过滤误报警信息，快速响应告警，并通知消防监管部门，以信息化手段提升社会监督、消防防控水平。

3.1NB-IoT五大亮点

NB-IoT（NarrowBandInternetofThings），即基于蜂窝的窄带物联网，作为远距离无线通讯技术中的佼佼者，NB-IoT具备高安全、广覆盖、低功耗、大连接和低成本这五大亮点。

图3-1NB-IoT五大亮点

3.2NB-IoT在智慧消防领域的优势

NB-IoT在智慧消防领域的优势具体如下：

网络信号广覆盖：

NB-IoT网络具有覆盖广、容量大、可靠性高等优势，借助运营商的技术力量，NB-IoT设备在网络连接稳定性方面优于其他非授权频段技术。

低功耗：

NB-IoT工作在低功耗工作模式，采用事件触发模式，能显著降低能耗，以烟感为例测算，普通环境下，烟感每8秒采集一次，每24H上报一次数据，烟感电池可以连续使用超过3年。

统一平台接入：

通过统一的IoT接入平台，可以连接不同的物联网应用，使得不同产品品类、不同品牌间的产品采用统一的接入标准，解决互联互通的问题。

数据安全：

NB-IoT智慧消防端到端的安全管理方案，可靠保护数据。

通讯服务商基于授权频谱组建的网络，其抗干扰能力、数据安全性、技术服务等方面均有高安全性保障，同时易于推广，能够对智慧消防的数据整体安全提供可靠保障。

降低施工部署成本：

NB-IoT智慧消防部署简单快捷，无需额外组网，也无需特殊布线，即装即用。

可满足文物古建筑、老旧建筑消防改造等应用要求，不破坏建筑原有状态，有效保护建筑原貌。

4NB-IoT智慧消防解决方案

4.1NB-IoT智慧消防架构设计

基于NB-IoT的智慧消防解决方案作为传统消防系统的补充，无需布管布线，可低成本的部署在未安装传统消防火灾探测系统的场所，提升这类场所的火灾报警能力，及时发现隐患，降低损失。

该方案将分散在城市各处的消防设施（光电感烟火灾探测器、感温火灾探测器、电气火灾监控探测器、可燃气体探测器）通过NB-IoT网络接入物联网平台，将前端海量设备实时收集的消防设施数据汇聚给XX智慧应用云平台，应用云平台进行智能化分析和多级别管理，发现隐患，预测火警，并将报警通过APP、短信、微信、电话等通知到相关人员，同时在城市消防设备巡检、监测、维护及综合管理等方面，提供全面、准确、及时的信息反馈，为减少火灾隐患，降低火灾风险，保障人民的生命及财产安全等方面起到了重要的作用。

同时还可将各类设备运行状态、告警信息上报至第三方如监管平台，城市大脑平台，为提升城市管理水平提供基础信息。

图4-1NB-IoT智慧消防架构

4.1.1感知层—可靠感知，智慧融合

前端探测设备增加经认证的NB-IoT模组，连接可靠性高，通讯稳定，传感器实时监测区域情况，当达到报警状态时，本地发出告警，同时使用NB-IoT网络将报警信息上传至云平台。

端侧设备采用事件触发上报机制，平均功耗降至微安级，使得大部分前端探测设备可采用电池供电，可正常使用3年以上。

前端海量终端接入，运用动态离散机制，自动调整心跳包上传周期，减少对基站通讯压力，降低因通道拥挤导致的紧急事件延时送达风险，使得终端可控、可管、可互通。

采用NB-IoT的进行通讯，前端探测设备无需布管布线，安装成本降低，可按需部署，非常适合安装在老旧住宅、九小场所等。

4.1.2传输层—NB-IoT简易部署，覆盖广

网络是整个物联网的通讯基础，不同的物联网场景和设备使用不同的网络接入技术和连接方式。

对于智慧消防场景，NB-IoT网络具有大连接、低功耗、低成本、广覆盖的特点，符合智慧消

防设备通讯的需求。

在网络部署上，NB-IoT仅使用180KHz带宽，可采用带内部署（In-band）、保护带部署（Guard-band）、独立部署（Stand-alone）方式灵活部署，通过现有LTE网络简单升级即可实现全国覆盖，与其他的LPWA技术相比，NB-IoT具有建网成本低，部署速度快，覆盖范围广等优势。

4.1.3物联网—统一平台，多业务汇聚管理

IoT平台支持公有云、私有云等多种灵活部署模式，并提供连接管理、设备管理、数据分析、应用使能等基础功能。

IoT平台提供连接感知、连接诊断、连接控制等连接状态查询及管理功能；通过统一的协议与接口实现不同终端的接入，上层行业应用无需关心终端设备具体物理连接和数据传输，实现终端对象化管理；平台提供灵活高效的数据管理，包括数据采集、分类、结构化存储，数据调用、使用量分析，提供分析性的业务定制报表。

业务模块化设计，业务逻辑标准化编排，满足行业应用的快速开发需求。

针对消防行业的特定场景，IoT平台具备多种端侧设备的标准化设备模型（标准报文

Profile），IoT平台提供插件管理功能，实现南向对接服务，方便各类智能消防厂商根据标准、多协议快速接入和设备管理功能，北向统一API，屏蔽厂家差异及设备型号差异等，实现灵活，轻松对接，易上手。

同时，loT平台与NB-loT无线网络协同，提供即时下发、离线命令下发管理、周期性数据安全上报、批量设备远程升级等功能，同时支持经济、高效的按次计费、助力精细化运维。

4.1.4应用层—丰富的消防应用

智慧消防应用平台（智慧云）对应用建模，将事件、设备、人员进行联动管理，并将运营

维护纳入平台，不仅仅只将设备安装到位，还为设备的高效运营提供管理工具。

应用层对接入平台的所有设备进行智能管理，实时显示设备工况；数据分析引擎对历史数据进行分析，判断火灾发生风险，并发出告警；应变指挥流程对发生的事件实现业主、联网单位与街道一级的联动响应与应变指挥。

服务层通过设备管理、角色权限，对事件实时分析，根据规则激活响应流程，提供辅助决策。

数据层对设备数据、用户数据、日志数据、规则数据进行结构化管理，并分布式存储，提高数据灾备能力。

平台层为接入服务及存储服务提供保障，确保数据安全。

图4-2NB-IoT智慧消防应用

4.2NB-IoT智慧消防产品

4.2.1NB-IoT光电感烟探测报警器

光电感烟探测报警器能够智能判断火灾时产生的烟雾并发出报警，报警方式除了本地发出高分贝声音和光的提示外，还能自动通过电话、短信、APP将报警信息通知给住户，实现无遗漏告警。

同时社区管理平台也将收到该报警信息，巡检人员可快速到场确认火警。

通过实时探测火情，快速通知住户，NB-IoT光电感烟探测报警器可及时发现早期火灾，提醒相关人员进行处置，将火灾消灭在萌芽状态。

由于采用NB-IoT通讯技术，感烟探测报警器实现了低功耗和无线通信，因此可采用电池供电，无需布管布线，大大降低安装门槛，节省成本，按需部署，非常适合安装在九小场所、家庭等原来没有安装火灾探测设备的场所，提升这些场所火灾预警能力。

与传统的独立式感烟探测报警器相比，采用NB-IoT技术的烟感还解决了消音、低电、工作状态实时感知等问题。

感烟探测报警器因为灰尘累积、昆虫进入等原因造成告警，超过80分贝的蜂鸣报警声在实际应用过程中引发大量扰民投诉，而探测器安装于室内天花板，在报警时只能通过按键本地消音，消音过程异常困难，导致大量设备被拆除或被塑料袋包裹，失去探测功能。

采用NB-IoT技术的烟感在收到告警后，住户在确认为非火警情况下，可以通过APP进行消音，避免扰民。

传统独立式烟感低电量信息无法直观感知，电池耗尽导致瘫痪比例高。

采用NB-IoT技术的烟感可将设备电量值上传至平台和APP，提醒住户或运维单位及时更换电池，确保正常工作。

传统独立式烟感设备状态无法感知，甚至被拆除后都无法发出报警，设备完好率、在线率难以保证。

采用NB-IoT技术的烟感对设备的在线、离线状态、是否被拆除等进行检测，一旦有异常则发出告警，提醒运维单位主动进行维护。

图4-3NB-IoT智慧感烟探测器应用

4.2.2NB-IoT可燃气体探测器

对于厨房等使用可燃气体的室内场所，如果发生气体泄漏而又未能及时发现，容易引发安全事故，而且可燃气体泄漏引发的火灾，存在燃烧速度快，爆炸危害力大、扩散范围广等特点，扑救难度大且不易控制。

据统计90%的燃气事故由胶管过长、老化，燃气用具过期服役，日常用气操作不当，使用燃气未及时关闭阀门造成。

快速发现气体泄漏，在气体泄漏量未达到造成事故浓度时采取措施进行控制，可以减少气体泄漏带来的灾害。

传统独立可燃气体探测器可以在本地发出告警，但当住户熟睡、家中无人等场景时，独立式探测器则无法将告警信息及时通报给住户，不能及时采取措施，有可能促使灾害进一步扩大。

采用NB-IoT技术的可燃气体探测器则解决了实时报警的问题，一旦可燃气体浓度超过预设值，除了本地发出超过90分贝的语音告警，还会通过APP、电话、短信通知住户，平台管理人员或物业管理人员，可由物业、平台管理人员协助对警情进行确认与处理，消除隐患。

图4-4NB-IoT智慧可燃气体探测器应用

4.2.3NB-IoT电气火灾监控探测器

根据以往火灾数据统计，超过三成火灾是由电气事故引起的，线路短路、漏电、线路超负荷是引发电气火灾事故的主要原因，尤其是环境潮湿、绝缘受损、线路对地电容变大产生的剩余电流引起的火灾更是频繁发生，为了有效防止电气或电路火灾发生，电气火灾监控探测器应运而生。

电气火灾监控探测器是一种火灾预防的手段，属于先期预报警装置，与作用于火灾发生后的“火灾自动报警系统”减少损失不同，电气火灾监控系统是为了避免损失。

基于NB-IoT的电气火灾监控探测器，在传统电气保护功能上，增加了联网功能，能有效地监控用电情况，对引起电气火灾的主要因素：

线缆温度、短路过流、漏电等参数进行在线监测和统计分析，一旦检测数值超过预设参数，就会发出报警，并通过NB-IoT网络将告警数据实时上报平台，通过APP、电话、短信等快速通知业主及相关管理人员，有助于减少电气火灾的发生。

图4-5NB-IoT智慧电气火灾探测器应用

4.2.4智慧消防云平台

智慧消防云平台结合“人防”+“技防”的理念，利用物联网、云计算、通信技术等多种先进技术手段研发，将事件管理，设备管理，人员管理统一规划，引入社会力量对项目进行运维管理，通过前端网络层实时收集消防设施数据，云平台进行智能化分析和多级别管理，在城市消防设备巡检、监测、维护及综合管理等方面，提供全面、准确、及时的信息反馈。

事件管理：

一旦有事件发生，应用平台可在电子地图上显示报警点的位置及报警建筑的平面图，辅助值班人员确认现场状况，通过联动视频监控系统，可快速对报警进行确认，确认后的告警能迅速通知住户、巡防员、物业、居委会等相关人员，实现快速、及时的告警，并对早期火灾进行响应。

图4-6报警电子地图

设备管理：

通过统计设备的在线率，运行质量等分析运维情况，实现主动维护。

当设备电量达到低电报警标准时，运维人员能快速定位设备位置，在设备瘫痪前更换电池；当设备被拆除后，能发出告警至业主及运维值班平台上，设备拆除能在第一时间确认拆除原因，确保设备的完好率。

需要特别说明的是，借助物联网设备的管理思路，即便是非智能设备，如消火栓，灭火器等也可采用类似的方法纳入平台进行管理，通过对每个设备分配二维码，建立设备模型，录入设备投运日期，设备工作有效期，巡检周期等参数，即可实现对非智能设备的安装管理、巡检管理，不仅只是巡检，还可通过对巡检内容进行检查与核实，保证设备工作在正常状态，灾害发生时，能发挥应有的作用。

图4-7设备管理

人员管理：

以专业化为人员管理的指导方针，根据不同的角色，系统赋予的权限也不同，对事件、设备的响应也不同。

以报警为例，未确认的报警可以设置只传送至业主、消防责任人与平台，已确认的报警在此基础上还可以传送至网格员、政府部门主管单位、119平台等。

对安装人员采用专门的安装APP，指引安装人员进行设备安装，同时系统支持上传安装照片、视频、安装位置定位，确保设备安装正确，安装信息被记录。

对值班人员的管理，与排班相关，在设置值班时间后，当有事件产生时，直接通知在岗值班人员，非在岗人员可根据需要设置是否通知。

对巡检人员，通过对设备巡检时间间隔，巡检内容，当前巡检结果，均通过巡检APP录入数据，生成巡检记录后保存在平台，方便事后追溯。

图4-8人员管理

变被动响应为主动预防：

通过对事件、设备、人员的记录与分析，系统利用大数据对火灾隐患进行预判，改变原有被动响应的工作方式，实现主动预防。

然消防工作应该未雨绸缪，以预防为主，但在实际工作中还是存在被动响应的情况，通过平台数据统计分析，我们可很直观的看到各类报表，诸如设备接入数量，设备工作状态等信息，也能看到联网单位的隐患统计与趋势，当这些数据被量化后，可作为原始输入材料，有利于针对性的制定改善措施，如加强人员培训，掌握设备维护技能，主管部门还可对重点联网单位进行抽查与考核，针对薄弱项进行整改指导，将消防的防控工作纳入长期监管，用数据推动制度化的形成。

图4-9大数据分析

4.3智慧消防应用场所

NB-IoT智慧消防方案作为传统消防系统的补充，因安装简便、低功耗、无线传输、实时探测及报警、远程监控及管理、容量大、信息化水平高等优点，可被广泛应用于各种场景，其主要应用场所如下：

（1）九小场所

利用人防+技防理念、物联网、云计算等技术，对九小场所的建筑、人员、设备、环境等采取四维一体无死角的监管模式，实现九小场所底数清、情况明，有效解决九小场所监管难题，全面扼制火灾隐患。

（2）城中村

因为人口和房屋密度极高，消防设施相对滞后，城中村的消防形式严峻，是各级政府部门关注的重点。

基于NB-IoT的智慧消防方案，前端探测设备极易部署，是提高火灾预警能力的强有力手段。

（3）老旧住宅

老旧住宅消防设施覆盖不足，一旦发生火灾，极易造成人员伤亡与财产损失，安装传统的火灾

报警系统由于涉及布管布线与工程施工，工作界面复杂，建设成本高。

使用NB-IoT的火灾探测终端，无需布管布线，应需安装，还可将设备运行状态、告警、故障信息送至基层管理单位，大大提升老旧住宅火灾防控能力。

（4）文物古建筑古村落

在改造项目里，古建筑古村落因为环境因素、文物保护因素等原因，不能破坏原有建筑，不能进行大规模的施工改造，采用物联网技术的消防探测设备，无需布管布线，几乎无需对原有建筑做任何改变即可部署，是这类场景下理想的解决方案。

5NB-IoT智慧消防解决方案价值

5.1经济效益

智慧消防系统可在不破坏建筑原貌的基础上填补传统消防空缺，安装简便；无需复杂布线，可省去相关布线安装，减少人工工时，从而提高作业效率，可节约72%设备部署成本。

另外，各设备状态信息可直接上传至云平台，维保人员无需现场查看即可了解设备运行状态，节约设备维护的人工费用，设备运维人工成本可节约54%。

消防大数据监管平台为消防和安检等监管部门提供直观的监控画面展现，管辖区域内的火灾隐患一目了然，而且可以准确定位隐患点、便于早发现早排查和预防，减少火灾的发生，除大量减少经济损失外还能为监管工作提供很多便利，节约大量的人、财、物，根据内部项目粗略统计，警力、财力、车辆等可节约50%左右。

5.2社会效益

5.2.1城市级联网管理，提高信息化水平

智慧消防将传统的区域管理升级为联网分级管理，通过信息化手段管理，提高了网络化程度，将人、事、物连接起来，采用结构化的数据格式，提高数据质量，为消防大数据分析奠定了基础。

5.2.2转被动为主动，提升社会公共安全预防水平

消防管理及维护由被动转为主动，通过联网大数据分析，可以有效制定预警手段，提前介入，消除火灾隐患，减少火灾事件的发生。

采用信息化手段建立台账，定期巡检，确保消防设施定期维

护和保养。

通过信息化手段开展宣传教育，可有效提高居民消防安全意识。

5.2.3应用端多向联动，提高突发事件应变效率

智慧消防系统除了拥有传统语音接警、处警外，还可以通过平台、微信、APP、电话、短信等接收警情，自动报告事件发生位置、平面图等信息，通过视频