基于智能定位導(dǎo)航的消防快速響應(yīng)管理提升研究

劉寅

（海口市消防救援支隊特勤大隊，海南 海口 570000）

消防部門的專業(yè)水平和管理水平一直以來都是關(guān)系老百姓人身安全和財產(chǎn)安全的重要影響因素。目前，隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展，越來越多的技術(shù)手段可以應(yīng)用于消防的專業(yè)領(lǐng)域用于管理和技術(shù)提升。智能定位和導(dǎo)航作為集信息技術(shù)和硬件集成技術(shù)的應(yīng)用研究在家用車、飛行器中得到廣泛應(yīng)用，為其輔助決策、快速響應(yīng)和輔助控制起到良好的效果。而作為消防而言，提供輔助決策是提升快速響應(yīng)的關(guān)鍵。為此，本文提出一種針對消防領(lǐng)域的智能定位、導(dǎo)航的方法，期望通過本文所作研究為消防領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用和管理提升奠定基礎(chǔ)。

1 消防快速響應(yīng)的需求

相比與傳統(tǒng)的家用汽車和飛行器的導(dǎo)航而言，消防車輛的定位與導(dǎo)航存在以下幾個方面的特征：

（1）要求快速響應(yīng)。消防工作最為注重的是時效性，因此需要作為快速響應(yīng)，因此無論是車輛定位還是智能導(dǎo)航都需要作為快速響應(yīng)，需要能夠與消防報警專線或者語音進(jìn)行有效的對接。一方面可以加快響應(yīng)速度，另一方面可以避免在信息傳遞過程中的信息誤差。

（2）車輛的通過性問題。相對于傳統(tǒng)的車輛導(dǎo)航而言，由于消防車體積較大，其通過性本身較差。但是消防車輛屬于特種車輛，可以使用應(yīng)急車道和讓其他避讓的優(yōu)先通過權(quán)，因此在具體導(dǎo)航的過程中需要計及應(yīng)急車道的分布，堵車路段和非擁堵路段的通過用時對比等方面的因素。

（3）消防通道和消防栓的分布情況。當(dāng)消防車輛到達(dá)火情目的地時還需要考慮具體消防工作開展的實施，此部分的考慮類似于物流行業(yè)的遞送最后一公里。對于消防而言則需要考慮到建筑物內(nèi)的消防通道分布以及建筑內(nèi)外的消防栓分布等要素，從而通過智能導(dǎo)航合理引導(dǎo)消防車輛停靠到滅火工作開展最有利的停靠點。

綜合以上，消防車輛的智能導(dǎo)航需要考慮到以上三個方面的要素，從應(yīng)急車道的分布，擁堵和非擁堵通道的用時對比以及消防通道、消防栓的布局等方面綜合考慮。但是目前通用性的導(dǎo)航系統(tǒng)難以實現(xiàn)以上功能，為此本文結(jié)合以上要素進(jìn)行研究，提出對應(yīng)的智能導(dǎo)航方案。

2 計及消防快速響應(yīng)要素的導(dǎo)航算法研究

設(shè)參與消防工作的車輛總共有k輛車輛，并且有N個可以排出消防車輛的站點，則通過這些消防站點到達(dá)火情發(fā)生地點的行駛里程為：

對于車輛的優(yōu)化配置則可以轉(zhuǎn)化為該函數(shù)的求極值問題。但是該函數(shù)是一個離散函數(shù)，采用螞蟻群算法又不能解決眾多約束條件下的優(yōu)化求解問題，C-W算法則較好的規(guī)避了這一問題，提出了節(jié)約路徑的概念。

當(dāng)車輛被指派到i節(jié)點執(zhí)行消防任務(wù)，兩輛車行駛的總路程為：

其中Di，0為可以使用應(yīng)急車道的部分，Dj，0為沒有應(yīng)急車道的通道部分。同時考慮到路段的擁堵情況，在計及道路擁堵情況下的車輛行駛距離則如下所示：

其中，Di，j為擁堵路段額外耗時轉(zhuǎn)化為的形式距離延長，一般而言按照擁堵程度乘以路段擁堵長度進(jìn)行換算。將式（2）減去（3）則可以得到節(jié)約的距離式（4）

Sij表示消防車輛從到i節(jié)點前往節(jié)點j以后節(jié)省的總路程，因此對于執(zhí)行消防任務(wù)的消防車輛而言，并通過將網(wǎng)絡(luò)中每兩個節(jié)點進(jìn)行相連則可以得到對應(yīng)的一個節(jié)約路程的集合，令那么剩下對路線進(jìn)行優(yōu)化配置的工作則是不斷將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進(jìn)行相連，并且更新節(jié)約路徑的集合M={Sij}。其具體操作步驟如下所述：

（2）選擇配送網(wǎng)絡(luò)中任意的兩個節(jié)點i，j。

（3）考察車輛行駛至節(jié)點i后是否滿足繼續(xù)前往節(jié)點j移動的條件，即道路連接和消防栓分布約束條件。

（4）如果滿足條件則將節(jié)點i與節(jié)點j相連并返回步驟1重新形成新的節(jié)約路徑集合M，如果不滿足則在集合中將Sij刪除，同時也更新節(jié)約路徑集合M，如果不滿足約束條件，表示該節(jié)點融合的方式不可用，即不能通過節(jié)點i到節(jié)點j行程組合路徑。

（5）選擇道路網(wǎng)絡(luò)中任意的兩個節(jié)點i，j進(jìn)行步驟3的驗證，直至節(jié)約路徑集合M中不再有任何元素，則表示滿足約束條件的節(jié)點融合都已經(jīng)完成，此時的配送路徑已經(jīng)達(dá)到最優(yōu)。

本文以某區(qū)域的為例進(jìn)行分析。目前在該地區(qū)設(shè)立有一個消防中隊，設(shè)為P點，在執(zhí)行消防任務(wù)時采用輻射狀的網(wǎng)絡(luò)管理方式，即到每個節(jié)點所采用的行駛方式為單程往返。其具體情況如表1、圖1所示。

表1 道路情況統(tǒng)計

圖1 道路分布圖

結(jié)合某地區(qū)的道路交通具體情況采用C-W算法進(jìn)行優(yōu)化。其初始節(jié)點之間的距離如圖2所示。

圖2 初始節(jié)點距離分布

采用本文所述的步驟對導(dǎo)航路徑進(jìn)行優(yōu)化，其具體步驟為：

（1）搜集網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點之間的距離，并根據(jù)節(jié)約路徑的計算方法計算每兩個節(jié)點之間的節(jié)約路徑Sij，并形成對應(yīng)的節(jié)約路徑集合M。

根據(jù)圖2所標(biāo)注的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，例如將節(jié)點A與節(jié)點B進(jìn)行合并，其節(jié)約的路徑則是：

通過如此計算，得到網(wǎng)絡(luò)中每兩個節(jié)點之間融合后的節(jié)約路徑列表，得到的節(jié)約路徑排序表如表2所示。

表2 節(jié)約里程排序表

（2）通過節(jié)點融合的步驟進(jìn)行路徑組合，并將節(jié)點進(jìn)行融合。即根據(jù)以上的計算將不同的節(jié)點進(jìn)行融合，但是要檢查其約束條件。即檢查節(jié)點合并后車輛的運輸與節(jié)點收貨的情況。同樣以A、B節(jié)點的合并為例，將其進(jìn)行合并以后車輛從P出發(fā)到A然后到B。

（3）對于不滿足約束條件的節(jié)點融合方式刪除，即刪除節(jié)約路徑集合中對應(yīng)的元素Sij。

（4）重復(fù)以上步驟，直至節(jié)約路徑集合M中的元素為空為止。所剩下的元素則是可以合并的路徑選項。

3 結(jié)語

消防事業(yè)是關(guān)系到我國人民生命、財產(chǎn)安全的重要事業(yè)。通過引入新的技術(shù)手段和管理手段不斷加快消防任務(wù)的響應(yīng)速度也是發(fā)展的總體趨勢。本文通過分析常規(guī)的通用類導(dǎo)航與消防車輛導(dǎo)航之間的差異，分析消防車輛定位導(dǎo)航的需求。并在此基礎(chǔ)上提出一種針對消防車輛的智能優(yōu)化導(dǎo)航方案，該方案具有執(zhí)行簡單，運算快速的特點。