普洱市消防救援路徑規劃系統設計與實現

■ 馬駿 普洱市消防救援支隊滅火救援指揮部

普洱市面積44221.34 平方千米，僅有13 個消防站、581 家企業專職隊和微型消防站。以思茅區為例，思茅城區面積為39 平方千米，建設2 個消防站。按照7 平方千米的標準轄區面積為計算基礎，應建設6 個及以上消防站，現在僅占33%。普洱市平均轄區面積較大，但消防站數量配比不足，為消防救援工作增大了難度。這就要求消防指戰員接警后能夠迅速抵達現場，在最短的時間內掌握現場和目標建筑的情況，制定救援方案，開展救援工作，最大限度減少人員傷亡和財產損失[1]。消防救援路徑規劃系統利用三維建模軟件和災害仿真等技術，進行目標建筑三維實景的構建。三維立體呈現消防救援力量到目標建筑行程的道路設施、目標建筑內部結構和周圍各類消防設施，并運用期望效用理論模型構建消防救援路徑選擇模型。在目標建筑物內部可視化呈現的基礎下，解決救援力量從出發點到目的地的最優路徑選擇問題，通過Dijkstra 算法實現內攻安全、快捷路徑選擇。消防救援路徑規劃系統廣泛投入使用可解決救援途中行駛時間過長、目標建筑內安全救援路線選擇不當等問題，全面提高隊伍滅火救援攻堅能力。

一、消防救援路徑選擇影響因素分析

參照《機動車道路行駛交通規則》第五十三條規定，本文通過數據記錄、分析、比對，歸納出普洱市現階段影響消防救援行動行程時間有內部因素，如消防駕駛員的駕駛路線習慣，外部因素如車輛堵塞情況、道路交叉口數量、夜間出警等因素。消防救援路徑規劃是在短期不變因素如路況、道路交叉口、交通信號燈等的前提下，研究可變因素對路徑選擇的影響，規劃消防救援最佳路徑。可變因素包括：駕駛人員的駕駛習慣與經驗、道路暢通情況、實時天氣狀況等。

二、消防救援路徑規劃系統設計

消防救援路徑規劃系統包括主要包括數據采集、數據選取、數據管理、數據應用4 個方面。運用無人機拍攝鳥瞰圖，收集道路交通、目標建筑、建筑內部結構等重要信息。查閱地理GIS 數據，收集轄區地形數據、道路交通數據、建筑地標數據、水源分布數據等。使用Eagle 軟件自動對圖片信息進行分類整合。將基礎數據源按照類型和存儲格式要求，利用投影轉換、拓撲處理等功能轉換成不同類型的數據集。利用消防救援路徑規劃系統可實現以下功能：第一，通過三維實景模型查看目標建筑周圍的消防設施、消防救援力量責任區域劃分、消防救援力量與目標建筑之間的路況、目標建筑內部結構內部消防設施。第二，規劃最佳救援行程路徑。第三，規劃內攻救援安全路線。

三、系統關鍵技術

（一）期望效用理論

期望效用理論在不確定條件下對理性人選擇進行分析的框架?？梢杂糜谔幚聿淮_定性決策問題的分析范式[2]。消防指戰員在救援路徑選擇時面臨交通因素、物理因素、環境因素等方面的限制，從而選擇的路徑大不相同。運用期望效用模型可以幫助消防指戰員在第一時間找到快速、安全的路徑，高效抵達救援現場開展工作。

（二）Dijkstra 算法

Dijkstra 算法又稱迪科斯徹算法，用該算法使求靜態最短路徑較為簡明，目標建筑物內的路線即建筑物建成后可視為靜態不變，數據可獲得，本文用于求目標建筑內攻安全路線精確度較高[3]。

（三）目標建筑三維實景模型構建

目標建筑三維實景圖構建是消防救援路徑規劃系統重要的組成部分，利用三維建模軟件和災害仿真等技術，通過對建筑物、消防設施的模擬仿真，為消防指戰員在計算機系統上提供重點地區、消防安全重點單位的三維建筑結構、場景和各類消防設施信息[4]。消防指戰員可以通過三維場景圖，迅速直觀找到消防設施、就近水源位置、重點部位信息并進行定位，結合算法分析規劃出內攻救援需要的安全、就近救援路線，提高消防指戰員滅火救援能力和重點場所消防保衛水平。

四、系統應用實例

本文假設普洱市思茅區龍生茶葉大酒店發生火災急需救援，以此為例，展現消防救援路徑規劃系統應用全過程。

（一）消防救援行程路徑規劃

如圖所示，從出發點1 到目的地11 之間存在12 條路段，有3 種路徑可供選擇如圖1所示，每個路段數據如圖2所示。

圖1 各路段示意圖

圖2 消防救援支隊特勤中隊到龍生茶葉大酒店各路段數據圖

根據期望效用模型得到表1，測算結果顯示路徑1 的期望效用值最小，是最優消防救援路徑。

表1 消防救援支隊特勤中隊到龍生茶葉大酒店路徑期望效用比較表

（二）內攻安全路線規劃

假設龍生茶葉大酒店502 房發生火災，發生火災房間位于左側樓梯旁邊。v1 為消防救援車輛?？康攸c，v2 為消防登高車擬定展開位置，因受實際場地面積限制無法實際操作，故v1—v2 的值為：∞。內攻安全路線規劃從剩余路線中選擇如圖3所示。根據Dijkstra 算法，由圖4 可得從v1 開始經過v3、v4 最終到達v7 的路線是最優的內攻安全路線。

圖3 龍生茶葉大酒店內攻安全路線圖

圖4 龍生茶葉大酒店內攻安全路線最短路徑比較表

五、結語

本文主要根據普洱市消防救援支隊當前滅火救援任務，對消防救援路徑規劃系統設計與實現進行研究分析。在文章撰寫過程中，闡述了消防救援路徑規劃系統設計與實現意義，確定了構建消防救援路徑規劃系統工作的重要性。針對消防救援路徑的特殊性，從消防救援行車路徑規劃、目標建筑內攻安全路線規劃兩個方面構建消防救援路徑模型，并通過算例求解分析對模型進行驗證。實例驗算證明消防救援路徑模型及方法的科學性和合理性，證明消防救援路徑規劃系統建立的必要性和實用性。消防救援路徑規劃系統已取得初步成功，也存在許多問題需要解決。下一步支隊將對系統進行深入挖掘利用、升級功能，提高消防信息化管理水平和滅火救援實戰能力。