基于三維GIS的城市消防應急系統研究

劉天財

摘? 要：火災是社會生活中發生最為頻繁的災害之一，給人們的生命財產安全造成巨大的損失。該文針對傳統的消防應急信息化程度不夠高，消防應急指揮員僅憑經驗實施搶險救援活動，從而導致指揮調度效率低、實效性差、決策偏差大問題，應用三維GIS技術、傾斜攝影技術、數據庫技術等構建三維GIS消防應急系統。系統集空間數據存儲、管理、分析為一體，提供了地圖基礎功能、單位應急預案、消防應急等服務，使消防員能夠在實景真三維場景中，進行消防演練和現場實戰指揮調度，提高了消防演練的頻次、效率和消防指揮決策的科學性，從而降低消防應急救援中生命財產損失。

關鍵詞：消防應急? 三維GIS? 傾斜攝影

中圖分類號：P208 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（a）-0017-04

Abstract： Fire is one of the most frequent disasters in social life， which causes huge losses to people's lives and property safety. In this paper， according to the traditional fire emergency informationization is not high enough， fire emergency commanders only rely on experience to implement emergency rescue activities， resulting in inefficient command and dispatch， poor effectiveness， decision-making deviation， the use of three-dimensional GIS technology， tilt photography technology， database technology to build a three-dimensional GIS fire emergency system. The system integrates spatial data storage， management and analysis， and provides map basic functions， unit emergency plan and fire emergency services. It enables firefighters to conduct fire drills and field command and dispatch in real three-dimensional scenes. It improves the frequency， efficiency of fire drills and the scientificity of fire command and decision-making， thus reducing life and property in fire emergency rescue. Losses.

Key Words： Fire emergency; 3D GIS; Oblique photography

近年來，頻發的火災嚴重威脅公眾的生命安全和制約社會經濟的發展，其具有發生頻率高、突發性強、涉及面廣、破壞力巨大的特點[1]，往往對公眾的生命財產造成重大損失。消防實戰演練由于需要花費巨大的人力、物力、財力，演練頻次有限，傳統的消防應急由于信息化程度不夠高，消防應急指揮員僅憑經驗實施搶險救援活動，從而導致指揮調度效率低、實效性差、決策偏差大[2]。隨著地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）[4-5]技術和傾斜攝影技術應用往縱深發展，在防災減災方面應用越來越廣泛，三維GIS技術與城市消防應急指揮深度融合，成為破解消防演練、消防應急指揮困局的新路徑，消防指揮員可以在實景三維的場景中進行消防演練、應急指揮調度，實現消防應急的可視化、信息化，從而提高消防人員的整體素質、指揮決策的科學性，降低實戰中火災造成的財產損失和人員的傷亡。

1? 系統關鍵技術

傾斜攝影技術[5]是國際測繪領域近些年快速發展的新型信息采集技術，它顛覆了以往單一垂直角度進行拍攝的傳統航空攝影的局限，通過在飛行平臺上搭載多臺傾斜攝影相機（或傳感器），同時從一個垂直、多個傾斜等不同的角度快速采集豐富的影像數據。傾斜攝影是三維成果真實，符合人類感知，具有真實豐富的紋理信息，可實現高精度測量的航空攝影技術[6-7]。其具有效率高、成本低、數據精確、操作靈活等優勢，能夠滿足快速、高效、精確進行實景三維建模的需求，廣泛應用于城市規劃、建設和管理等方面。

2? 系統設計

2.1 總體架構設計

基于三維GIS的城市消防應急系統采用分層設計的思想，基于易擴展、松耦合的原則，總體架構為5層，如圖1所示，具體描述如下。

（1）基礎設施層。基礎設施是平臺的支撐運行環境，包括基礎環境、計算資源、網絡資源、存儲資源，保障系統健康穩健運行。

（2）數據層。數據層包括基礎地理數據庫、專題數據庫和系統數據庫等，主要存儲基礎空間數據、消防資源數據、交通數據等，為系統提供核心的數據資源。

（3）支撐層。支撐層包括三維GIS平臺（Super Map）和數據庫管理軟件，用于管理和發布數據服務。

（4）應用層。應用層在數據層和平臺支撐層的基礎上，根據消防應急的需求，系統提供基礎地圖功能、單位消防預案、消防應急等服務。

（5）訪問層。根據相應的權限可以通過PC端、移動設備和其他終端進行訪問操作。

2.2 功能設計

三維GIS消防推演決策系統功能主要包括地圖基礎功能、單位消防預案、消防應急服務等模塊，功能結構如圖2所示。

3? 系統實現

3.1 地圖基礎功能

地圖基本功能主要包括三維地圖瀏覽、地圖量算及標注。三維地圖瀏覽有地圖漫游和環繞瀏覽兩種模式，地圖漫游通過鼠標鍵盤實現三維地圖的漫游控制;環繞瀏覽功能以3D視窗中心點為中心進行360度環繞瀏覽實景三維地圖。三維地圖量算主要包括距離量算、面積量算和高度量算，距離量算是指在實景三維空間中兩點或多點間的距離，并能夠在三維地圖中標注出量算結果;面積量算在三維場景中測算出空間面積;高度量算能夠在三維場景中測算出建筑物的高度等，為消防應急救援的科學決策提供基礎數據支撐。

3.2 單位消防預案

單位消防預案模塊，基于實景真三維地圖，實現重點單位簡介、建筑內部查看、進攻通道展示、指揮力量、特別警示等功能（見圖3），為消防救援提供了信息支撐。（1）重點單位簡介，展示重點單位的名稱、地址、耐火等級等詳細信息，查詢建筑物內部結構、全景圖、平面圖、消防設施擺放、安全出口等重要信息;（2）建筑內部查看功能，可向消防員展示建筑內部的結構、環境及消防栓的分布情況。可將建筑設置為透明，通過三維地圖漫游的方式查看安全通道、消防栓等的分布情況;（3）進攻通道展示，該功能將重點建筑以透明的方式呈現出來，并標注建筑滅火進攻入口，方便直觀查看，并且實現了入口定位及現場圖片展示;（4）指揮力量，展示消防指揮部（包括前沿指揮部、戰勤保障部、社會聯動部）結構及人員構成，可以進行各部門進行名稱、聯系方式等詳細信息查看;（5）特別警示，可在實景真三維地圖中查詢展示易燃可燃場所，進攻通道關閉堵塞，周圍道路交通等滅火救援應注意的情況。

3.3 消防應急服務

3.3.1 火情定位

火情定位是消防應急系統不可或缺的主要功能。消防應急指揮第一步就是確定火災的位置，消防人員根據第一時間上報的火情位置，在實景三維地圖中火情定位后，呈粒子效果動態逼真展示。火情定位模塊包括火源位置定位和火源屬性信息編輯，火源位置定位是在三維場景中自定義火源發生位置，并且可以編輯火源的強度信息。火源屬性信息編輯是對火源信息進一步進行豐富補充，如火災發生時間、火災現場照片、著火面積及災情等級等信息，進而消防人員能夠對火情進行分析研判，從而進行火災救援指揮。

3.3.2 滅火力量計算

在消防指揮調度中，須根據火情等級及周邊環境情況等，研判需要調度多少滅火資源（消防車、消防水帶等），以便科學有效地進行消防滅火。滅火力量計算分析根據火情的等級及周邊環境情況，進行消防力量計算分析，為消防應急指揮提供科學數據，以便對消防資源科學合理調度。

3.3.3 最佳路徑分析

路徑分析功能針對火災發生時之后，自動檢索火源周邊消防車分布情況，并展示救援力量分布點到火災現場的可達路線，顯示關鍵路口，標注路段長度，高亮顯示整個出警路線。此外，還可以沿最佳路徑，調取查看關鍵路口的監控視頻信息，對路徑是否可達、擁堵等狀況進行分析，確保出警路線暢通。

3.3.4 消防資源查詢

消防資源查詢對消防相關資源進行檢索以及緩沖區查詢，實現“屬性查圖，圖查屬性”。“屬性查圖”是輸入檢索條件進行查詢，在實景三維地圖中展示消防資源的分布情況及屬性特征。“圖查屬性”是以火源點為中心，設置緩沖半徑并建立緩沖區，進而緩沖區與消防資源數據進行疊加分析，將緩沖區范圍內的消防水源、消防車、消防人員及消防栓等資源展示出來，以便消防人員進行指揮調度。

3.3.5 消防應急演練

消防實戰演練需要耗費巨大的人力、物力、財力，從而導致無法進行頻繁演練。該系統消防應急演練功能為消防員提供火災消防救援模擬演練。在三維場景中可利用粒子效果模擬不同的火情、火勢，進行消防車調度，通過消防車擺放、消防車布設及消防水帶與消防設施接口連接，布設進攻路線，進行火勢偵查（見圖3），最終以動態的效果展示出槍滅火過程，能過使用消防員熟練掌握火災位置的環境情況、消防資源調度指揮及作戰流程。

4? 結語

該文以實景真三維數據為基礎，面向消防演練與應急指揮的需求，應用GIS、傾斜攝影等技術構建了三維GIS城市消防應急系統，系統實現了地圖基礎功能、單位消防預案、消防應急等服務。三維GIS消防應急系統應用實踐表明：消防員能夠在實景真三維場景中，進行直觀的消防演練和現場實戰指揮調度，提高了消防演練的頻次和效率、消防指揮調度的準確率和響應速度，提升了消防應急指揮決策的科學性。

參考文獻

[1] 龔嘯.城市消防規劃關鍵技術研究[D].中南大學，2007.

[2] 賈奮勵，宋國民，呂曉華.城市消防地理信息系統的設計與實現[J].測繪工程，2006，11（2）：52.

[3] 吳信才.地理信息系統設計與實驗[M].北京：電子工業出版社，2009.

[4] 余明，艾廷華.地理信息系統導論[M].北京：清華大學出版社，2009.

[5] 張祖勛，張劍清.數字攝影測量學[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，1997.

[6] 李德仁，劉立坤，邵振鋒，等.集成傾斜航空攝影測量和地面移動測量技術的城市環境監測[J].武漢大學學報：信息科學版，2015，40（4）：427-435.

[7] 王偉，黃雯雯，鎮嬌.Pictometry傾斜攝影技術及其在3維城市建模中的應用[J].測繪與空間地理信息，2011，34（3）：181-183.