消防GIS技术平台（精选7篇）
消防GIS技术平台 篇1
随着城市化进程的快速发展, 建筑逐渐向高层化、综合化方向发展, 高层建筑消防隐患增多, 消防管理难度增多, BIM技术和GIS技术的结合以及在高层建筑消防中的应用, 在很大程度上能够提高高层建筑的消防和救援能力, 由此可见其重要性。
1 BIM技术和GIS技术在高层建筑消防中应用的概述
1) BIM技术在高层建筑消防中的应用。BIM技术在高层建筑消防中的应用主要包括以下几个方面:其一, 在消防设计中的应用, 基于IFC标准的BIM技术, 通过火灾模拟计算、火灾场景设置等步骤, 能够为高层建筑消防设计提供更加准确、更多的数据信息, 并且通过IFC解析器和转换工具对数据信息进行处理, 能够显著提高火灾模拟分析的准确性和高效性, 实现对高层建筑的动态化设计;其二, 在消防设备中的应用, BIM技术在消防设备中的应用主要包括消防设备管理、数字化预案管理、消防救援指挥管理等方面, 能够对高层建筑的消防系统进行全生命周期的管理, 同时创建更加准确、完善的消防设施模拟数据库, 实现对建筑内部疏散路径的整体规划, 不断的提高高层建筑的消防管理水平。
2) GIS技术在高层建筑消防中的应用。GIS技术在高层建筑消防中的应用功能主要包括:其一, 地理信息系统信息浏览功能, 主要包括灭火预案、灭火作战区域地图、单体建筑信息、消防地理信息以及基础地理信息等信息的浏览;其二, 地理信息查询功能, 通过利用地理信息系统的查询功能可以进行高层建筑消防信息的查询, 如消防重点单位、消火栓以及既有建筑等信息的查询;其三, 定位案件功能, 消防中心接收到火灾报警信息之后, 利用GIS技术进行火灾现场的准确定位;其四, 决策辅助功能, 利用GIS技术的各种信息, 为火灾现场消防救援决策的制定提供参考。
2 BIM技术和消防GIS技术平台结合在高层建筑消防中的重要价值分析
BIM技术和消防GIS技术平台结合的重要价值主要表现在以下2个方面:
1) BIM技术和消防GIS技术平台的结合, 能够实现数据信息的互补。BIM技术在高层建筑消防中数据信息主要包括消防龙头、消防喷淋;消防管道、消防线路;抗震等级;高层建筑外部和内部消防车道与消防水源;高层建筑安全出口和疏散通道出口的数量以及位置;高层建筑耐火等级、高度、面积以及结构等;高层建筑附近街道以及邻近建筑的状况;高层建筑的地理位置等;消防GIS技术平台在高层消防中的数据信息主要包括:消防灭火预案图;建筑消防灭火战区地图;接警消防地图;消防车辆、消防中队车辆动态分布信息以及广域消防地图;消防栓分布状况;水源分布状况;重点消防单位分布状况;建筑邻近街道以及既有建筑状况;城市地图等。通过对两者的数据信息进行分析可知, BIM技术主要负责高层建筑内部消防数据信息的处理, GIS技术主要负责高层建筑外部消防数据信息的处理。GIS技术平台只能够实现建筑的二维图纸分析, 由于高层建筑消防系统复杂、数据信息量非常大并且繁琐, 通过二维图只能够获得高层建筑内部和消防设备的空间拓扑关系, 并不能够满足高层建筑消防空间分析和透视思维等专业分析能力, BIM技术能够实现漫游模拟和三维可视化功能, 通过将BIM技术和消防GIS技术平台结合起来, 能够利用BIM技术的优势弥补GIS技术的缺陷, 能够创建一套科学、完整的建筑消防信息数据库, 并且该数据库还具有定位以及快速检索等功能, 能够有效的弥补两者的缺点, 显著的提高高层建筑消防管理能力、指挥救援能力, 进而提高火灾现场的指挥和救援水平与效率, 为火灾的消灭和人们生命安全提供可靠的保障。
2) BIM技术和消防GIS技术平台的结合, 能够显著提高高层建筑消防能力, 具体表现在以下几个方面。
1) BIM技术和消防GIS技术平台的结合, 能够利用BIM技术创建属于高层建筑的BIM模型, 即每一个高层建筑都具有了自身的“身份证”, 通过和GIS技术创建的通信指挥系统相结合, 能够实现建筑消防信息化的重大变革, 特别是高层建筑消防安全隐患多、火灾现场指挥与救援难度大, 通过两者的有机结合, 利用BIM模型能够帮助消防人员尽快的了解高层建筑的空间结构以及消防通道与出入口等, 以便于为逃生人员的疏散和救援提供便利, 同时, 利用GIS技术的通信指挥系统, 能够将上述信息快速、准确的提供给消防中队、消防人员, 消防人员根据建筑的广域消防地图、消防栓分布信息, 快速的制定火灾现场指挥和救援方案, 特别是BIM技术可以进行三维可视化指挥, 能够帮助消防人员根据三维模型指挥救援工作, 能够改变传统的消防思维模式, 从传统GIS技术的二维平面图纸向BIM技术的三维力图空间图方向转变, 为高层建筑火灾现场指挥提供便利和引导, 显著提高高层建筑的消防和救援能力。
2) BIM技术和消防GIS技术平台的结合, 能够提高建筑消防的应急预案管理水平。现阶段, 高层建筑消防应急预案的功能包括学习、查询以及备案等, 通常采用电子文档、纸质文档进行储存, 随着城市化进程的不断加快, 高层建筑传统的消防应急预案已经远远不能满足实际需求, BIM技术和消防GIS技术平台的结合以及在高层建筑消防系统中的应用, 能够实现高层建筑消防预案的实时化、智能化发展, 对于提高高层建筑消防救援能力具有很大的帮助。基于BIM技术和消防GIS技术平台的建筑消防应急预案, 能够对高层建筑消防应急预案的各种资源进行整合, 并进行统一、综合指挥, 这样能够有效的提高火灾现场的指挥能力和救援质量与效率。在火灾实战过程中, 消防人员想要提高火灾救援能力, 就必须在短的时间内了解火灾现场的实际状况, 如高层建筑内部的信息以及周边环境信息等, 利用基于BIM技术和GIS技术平台结合的建筑消防应急预案, 能够快速、全面的掌握火灾现场的各种信息, 显著的提高火灾救援效率。
3 结论
综上所述, BIM技术和GIS技术平台结合在高层建筑消防中的应用, 其重要价值不仅仅局限于各种数据信息的共享和结合, BIM技术和GIS技术分别进行建筑内部和外部消防信息的处理, 能够提高高层建筑消防管理能力、指挥救援能力, 同时还能够为高层建筑火灾现场指挥提供便利和引导, 保证高层建筑消防应急预案和救援方案制定的科学性和全面性, 显著的提高高层建筑火灾现场的救援能力和效率。
摘要：本文针对BIM技术和GIS技术在高层建筑消防中的应用进行了概述, 并探析了BIM技术和消防GIS技术平台结合在高层建筑消防中的重要价值, 旨在为高层建筑消防系统设计人员和消防人员提供一定的参考。
关键词：BIM技术,消防GIS技术平台,结合,高层建筑消防,价值
参考文献
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消防GIS技术平台 篇2
近年来, 我国出现了很多火灾事故和其他突发事故, 事故的处理方法也逐渐复杂, 原先消防事故中应用的事传统的单种兵, 它的缺点是持续作战时间比较短, 现在消防作战应用的为大兵团、多装备的持续作战, 作战效率和作战持续时间大大提高。当前消防工作的主要任务为构建起一个高效、合理、准确的战勤保障体系, 以提供更加及时、有效的消防保障, 这直接关系到消防工作的成败。本文研究建立在“抢险、救灾、灭火”的基础上, 利用地理信息系统构建起了消防部队战勤保障信息管理系统, 实现了消防战勤保障的精细化管理, 决策更加科学、合理, 战勤保障指挥调度实现了调度网络化、信息化、实时化以及资源连动化, 切实保障了消防战勤工作。
2. 可视数字化战勤保障信息系统平台的总体设计思路
本研究的系统平台设计主要分成三个方面, 分别是总体架构设计、组织结构设计和数据库设计, 通过这三方面的设计实现了跨地区的救援后勤保障, 同时还实现了跨平台的信息共享问题, 极大的提高了系统的安全性、可靠性和伸缩性。
2.1 系统总体架构设计
本系统的总体架构为“集中-分散式”, 按照从上到下的原则构建起了总战队、战区级和支队级三个管理体系。支队级管理信息在每个市建立, 并分别自行管理各自的信息;战区级管理系统建立在每一个战区, 可以对战区内所有支队的信息进行查询和汇总;总队管理系统建立在总队, 可以综合的查询以及汇总全省所有战区和支队的信息。每一个数据库都可以进行网上填报、综合查询以及及时更新。
2.2 系统组织结构设计
系统依托公安网, 使用CS架构 (客户端/服务器) , 采用可跨平台的语言开发, 具有良好的兼容性。本系统采用了三层结构, 分别是“用户接口层”、“组件层”和“数据层”, 有效的提高系统平台的安全性和可靠性。系统中每个分层都可以单独进行功能扩展和维护, 不会对其他分层造成影响。第三层的用户接口分层无法直接对第一层的对象进行操作, 只能通过第二层中的组件对第一层中的数据库或者地图对象进行访问。第二层可以对系统功能扩展以及伸缩进行增减, 其中的组件还可以优化设计用户接口层内的进程, 极大的提高了系统的效率。
2.3 数据库设计
设计系统数据库主要是为了提高数据和信息的处理能力, 本系统数据库采用的是Oracle, 电子地图可对接各地市公安PGIS平台地图服务, 比较符合标准而且兼容性非常好。根据数据库的功能以及相关的地理信息特点, 系统数据可以分成基础的地理数据以及各种关联数据。基础的地理数据主要是指省市的电子地图, 包括大比例尺矢量电子地图、高分辨率影像图等, 现势性比较强;各种关联数据主要是指特定目标的关联数据或者相关地理要素的关联数据, 主要分为三种, 分别为数据库记录、文件数据记录以及多媒体数据。数据库记录中存放的数据为地图目标关联的数据, 比如地质、单位名称、电话、车辆装备、消防实力等;文件数据其实就是各种文件格式的文件库, 常见的格式包括PDF、DOC、HTML和XLS等, 所媒体数据的主要包括音频资料、视频资料以及各种设备图片等。
3. 系统各具体功能设计与实现
3.1 构建完善的电子地理信息, 实现消防内部资源及社会联动资源效益最大化
将灭火救援指挥调度系统、远程可视图像传输、GPS等基于地理信息系统 (GIS) 有机地联结在一起。将消防内部的特勤消防站、普通消防站和战勤保障消防站及社会联动的医疗机构、加油站、宾馆、饭店、车辆维修点、灭火剂供应站以及商场等都会出现在电子地图上, 综合管理这些资源和信息, 有助于将各类资源更好的调动, 更方便的为消防部队提供战勤保障, 极大的提高了社会效益。电子地图是系统的基础, 地图上各种目标对象关联着数据库的信息, 点击消防站队等目标, 既可以实现与数据库的关联, 还能够详细的了解消防站队的实力、车辆装备和地理位置等信息。同时, 对所需信息可以快速准确的进行动态定位和查询。比如想查询某种灭火剂的名称和特点, 可以从电子地图上得到全省所有消防部队以及各支队、战区的灭火剂生产厂家以及灭火剂种类。对某一厂家的灭火剂进行选择, 系统上会出现厂家的地址、负责人、联系方式、生产能力以及生产品种等, 然后精确的计算灭火剂的需求量。比如, 某灭火长需要抗溶性泡沫, 系通过输入名称之后就会出现这种灭火剂的生产厂家、地址、联系电话等, 并给出最佳的路线, 根据火场的实际需要合理的调集灭火剂。当实战情况出现变动时, 可以对目标对象进行适当的增加和减少, 以更好的完成战斗目标。
3.2 实行综合系统集成, 实现战勤保障全程可视化
将公安视频监控系统、单位内部视频系统、3G视频图传系统、卫星通信系统和视频监控系统等各类系统进行集成, 结合公安PGIS平台提供的路网与道路交通流量, 通过装备汇集、调度路线的智能化路线规划, 实现战勤保障物资能够顺利到场, 同时结合地图上的视频播放、云台控制等操作, 以便于实时掌握火场或者灾情发生地周边的情况。如2012台风“海葵”和2013年的台风“菲特”导致的城市洪涝灾害, 支队级管理员添加灾害点, 将相关灾情情况上传系统, 总队可及时组织跨区域力量增援, 调集各类救援车辆装备和相关战勤保障力量。通过车辆、舰艇等配备的GPS设备, 在地图上可全程直观跟踪查看增援力量情况、装备状态等, 及时有效的保障抢险救援任务顺利完成。
3.3 实现分层划定动态灭火救援资源圈, 实现战勤保障需求评估智能化
根据灭火救援响应速度、服务指标等因素, 计算消防站及相关社会联动资源能够辐射的救援服务范围, 通过叠加辖区内或辖区间的站点服务半径, 分析空间上站点服务薄弱区域, 指导战勤保障力量的部署以及资源规划。将电子地图的任意一个灾害点当做中心, 可以出现附近区域的消防站、灭火剂生产单位、加油站、驻军、饮食保障点以及增援单位等, 可以将间隔距离划分为50km、100km和150km, 在系统上输入相关的信息, 可以从地图中得到想要查询的目标对象, 点击这个目标对象, 就可以获得非常详细的数据库信息。当实战情况出现变动时, 可以对目标对象进行适当的增加和减少, 以更好的完成战斗目标。
3.4 建立消防装备数据库系统, 实现消防装备的动态管理
系统要实现消防装备动态管理, 就要构建起公安消防支队以及企业专职的消防装备数据库。采用成本低、信息可随载体移动和保密防伪性能强等优点的二维码技术, 以在线下具体管理查询和追溯这些装备。在数据库中详细的录入消防装备的名称、类别、载灭火剂量和服役时间等, 然后对消防执勤车辆的载水量、泡沫量、干粉量、空呼吸数量以及状态等进行系统的计算, 将消防装备当前的状态及时的显示出来, 以确保支队和总队可以及时的获取装备增加或者减少的信息。
3.5 实现系统平台信息同步更新显示, 为力量调集提供辅助决策
各个基层单位可以在客户端上对系统数据库更新的情况进行填报, 系统运行过程中会对数据库的更新情况进行及时的自动检测, 系统会将更新的数据自动下载并保存在计算机中, 实现了数据库的实时化和同步化更新。系统对满足要求的调集力量进行综合的查询, 然后上传到总队级, 以帮助其更好的完成决策。总指挥员通过系统可以了解火场的实际需求, 然后根据不同区域的需要, 划分成战区来调集力量。增援支队也可以查询到这些相关信息, 系统会给增援支队提供最佳的路径, 以提高行程的速度, 行程中还可以对现场的情况和灾害的特点进行充分的了解, 以便于到达现场之后可以更好的开展救援。
3.6 实行四色预警, 建立针对不同灾害类型的战勤保障预案系统
系统制定的战勤保障预案共包括八种情况, 分别是地震灾害、洪涝灾害、坍塌救援、重大疾病灾害、重大泄露事故、重大火灾事故、跨区域增援以及大型的聚会, 以支队为单位对预案进行分级制定, 严格的预测和计算后勤保障需求, 实现了高质量的救援, 操作性比较强、并且具有一定的预见性, 给灾害现场提供了有效的供应。系统实现四色预警, 以“市-区-街道”、“支队-中队”为单位, 以一定时间段内的某种类型的警情数值为基础, 将该数值与通过模型计算出的预警临界值进行比较, 依次通过“红、橙、黄、绿”四级颜色表示当前区域的火险等级。根据不同等级的预警区域, 结合周边敏感区域、缺水区域或保障薄弱区图层叠置分析, 为火场力量调度时提前预警资源紧缺、火场突发需求等特殊情况, 为后勤保障提供预警机制。
3.7 构建联合保障体系, 实现信息互通, 资源共享
系统在落实战勤保障内容时, 可以按照不同的灾害类型进行分类, 分组、逐层制定保障预案。指挥工作由总队统一协调进行;各个战区之间要互相合作、支援, 每个支队可以作为一个作战单位, 这样灭火救援工作可以及时的完成。队与对之间可以实现信息资源共享, 装备也可以共同使用, 以形成一个完整系统的保障体系。
4. 结论
以往的灾害事故现场供给行动往往不能跟上前线的需要, 构建起系统平台之后有效的改善了这种现象, 反应速度加快, 各项工作更加协调, 保障机制实现了信息化、数字化、网络化、快速化和标准化, 可以更有力的保障战勤, 切实满足了救援现场的需求。
参考文献
[1]杨政, 范桦.对我国消防部队装备管理及建设的思考[J], 消防科学与技术, 2009, 28 (12) :633-635.
消防GIS技术平台 篇3
1 建设目标与内容
通过在三维GIS平台上集成各类消防基础数据、消防业务数据, 形成为消防资源管理、消防应急指挥及统计分析等提供更多功能服务的一个综合性消防工作辅助决策系统。可以直观显示演练地点以及事故发生地点的现场情况、周边环境、重点设施分布情况, 并且可以直观模拟周边消防支队的消防设施配备情况、消防车的行进路线等。通过该系统, 消防部门的预案模拟推演过程更加直观、更加高效, 给消防指挥提供了直观的决策平台, 能够辅助消防部门全面、客观、直接掌握辖区防火工作信息, 实现动态监督管理, 并制作最优灭火、应急救援等作战预案, 指导辖区抢险救灾工作, 为联合作战提供立体、直观高效的技术支持。
消防应急辅助决策三维地理信息系统的建设包括三部分内容:三维实景管理平台建设、消防应急系统数据库建设、三维消防应急决策系统建设。
1.1 三维实景管理平台建设
平台建设主要包括三维地形场景建设, 三维消防系统实景建设。三维地形场景构建主要以Skyline平台的Terra Builder软件为核心, 对三维空间数据进行检查、处理、建立、更新、维护以及三维场景生成, 其主要的功能如下:建立空间影像数据集;建立空间DEM数据集;集成DOM/DEM数据, 生成三维地形场景MPT;对三维空间数据进行数据更新和维护, 实现三维地形场景的更新;基于Terra Builder制作的地形集通过TerraGate服务器发布软件到Inetrnet/Intranet, 其他矢量及栅格空间数据通过SFS以WFS (网络矢量数据服务协议) 、WMS (网络影像数据服务协议) 形式发布, 从而广泛地连接网络数据服务器, 实现真正的数据分布式管理。具体工作模式如图1所示。
三维消防实景管理平台是能够把现实世界 (城市、经济开发、旅游区、规划区等) 的各种地面要素以高仿真三维模型, 结合卫星遥感影像和航空摄影影像合成的大地形场景, 通过个人计算机三维再现的管理平台。通过对城市、重点区域进行快速城市仿真而搭建的三维实景平台, 很好地解决了一般地理信息系统平台 (基于点、线、面的矢量地图) 专业化强、可视性差、调用数据慢、数据更新周期长和更新维护费用高等问题。基于三维实景平台开发的系统软件具有空间位置表达清晰直观、视觉效果好、信息量大、专业性要求低、三维模型构建快速、仿真度高、用户操作方便、行业应用广泛等特点。通过三维实景平台, 用户可以非常轻松地管理海量三维数据和场景数据, 可对其进行多视角、全方位的快速动态浏览和漫游三维实景中的地面对象和地形要素, 也可以按照设置的路径进行动态飞行展示和目标快速定位, 让用户足不出户就可以对所管理或查看的对象空间位置关系了如指掌。
在以DOM/DEM为基础建立的三维地形场景基础上, 通过对三维建筑模型数据、矢量数据及其他栅格、视频多媒体数据的加载, 形成三维消防系统实景, 此实景环境能够对地形、影像、模型、矢量等三维空间数据进行集成整合, 对数据进行配置、维护、管理, 美化和构造逼真的虚拟现实景观, 对场景数据方便直观地进行视景仿真和全方位场景浏览、查询分析等功能。
1.2 消防应急系统数据库建设
消防应急系统数据库如图2所示。
1.3 三维消防应急决策系统建设
定制消防应急辅助决策三维地理信息系统的业务应用功能, 实现消防基础信息基于三维虚拟现实场景的可视化查询定位、消防设施管理标注、建筑物内部结构图示、消防力量部署、救援、险源管理、消防模拟布防、人员疏散模拟、大空间烟气扩散模拟、建筑结构耐火状况模拟等功能。以直观的形式展现给消防指挥员, 协助指挥员科学制定灭火救援预案, 提高在指挥决策、快速反应等方面的综合能力。
2 总体设计
系统采用B/S技术框架, 集成数据库技术、空间数据引擎技术、Web技术、WebGIS技术、三维可视化技术、多媒体技术、系统集成技术等, 采取功能控制流和数据流交叉组织的方式, 实现消防设施管理、监测、火灾应急抢险、辅助决策、预警等功能。
系统底层是以数据库为支撑的基础数据层, 主要用来对空间和非空间数据进行存贮、访问和管理并为应用系统提供数据服务;中间层则为业务层实现各相关协作部门的业务管理、决策支持、信息服务和办公自动化等应用功能;顶端为表现层, 是针对不同用户的应用服务层。其系统逻辑结构如图3所示。
数据层包括消防应急综合地理数据库, 分为基础地理数据、公共设施地理数据、应急专用地理数据和消防专题数据四大类。从中抽取门楼牌号码、标志性建筑物等地理数据构成标准地址数据, 通过地址匹配服务, 实现具备地址描述的业务数据自动上图。GIS数据与MIS数据通过编码ID等实现数据关联。
应用层为三维消防应急决策支持系统的核心。实现对地理信息、应急资源等数据的管理、采集与更新及对平台的管理, 同时为上层的应用提供地址匹配服务和GIS服务。业务应用基于消防应急指挥三维GIS平台搭建, 需要通过调用外部系统接口实现与业务系统的关联, 同时外部业务系统可以通过调用平台提供的GIS服务使用GIS功能, 实现了业务系统基于三维GIS应用的整合。
客户层包括业务部门用户及管理人员用户。建设成B/S模式, 客户端结构灵活方便部署。
3 系统功能及实现
系统功能主要分为三维基础功能和消防专题功能, 功能框架见图4所示。
3.1 三维基础功能
基础功能包括三维信息展示、三维交互浏览等功能。基于Skyline三维平台, 综合利用三维可视化技术, GIS、RS、三维模型快速构建技术、大场景合成技术、空间分析技术、多种系统接口技术等诸多技术, 协同多种数据资源和外部系统接口 (如道路视频监控系统、车辆人员GPS定位系统) , 把现实世界的各种地面要素以高仿真三维模型, 结合卫星遥感影像和航空摄影影像合成的大地形场景, 同时结合基础地理空间数据、消防应急业务数据, 以及其他相关的医院、重点防火单位、消防设施等等相关数据, 直观展示到三维平台中。
系统采用三维数字影像地球模型, 显示方式真实直观, 地图操作模块采用人性化设计理念, 通过鼠标、键盘或游戏杆控制, 用户可以在三维场景中前进、后退、左移、右移、左转、右转, 改变行走方向, 升高、降低视点, 俯仰角大小任意确定, 且方向转换画面流畅。根据公安消防人员日常工作的路径、房屋室内的特殊景观及场景、模拟步行、车辆、直升机等动态路径, 相应地设计了多场景多角度的浏览线路, 避免了手动浏览过程中的操作, 增强了浏览全局或局部的连贯性。
3.2 消防专题功能
包括消防设施管理、火情空间分析、火情模拟、预案管理与演示功能。
3.2.1 消防设施管理
消防设施管理可进行重点建筑内部查看、内部消防设施管理、救援设施管理、危险源管理。
通过对重点建筑内、外部构建精细三维模型, 消防栓、灭火器、烟雾感应器、喷水器等消防设施采用三维模型方式, 根据实际地理空间位置, 放置于每一楼层中, 使用者可以第一人称方式在室内漫游, 直观获取建筑内部安全疏散通道位置、消防器材分布等。
在三维场景中的指定某一位置, 设置一定的周边缓冲范围, 查询区域内的相关危险源信息 (如周边加油站、涉危单位等) , 并列出查询结果, 见图5所示。可以查看各查询结果的详细信息, 包括单位类别、业务范围、地址、法人信息、联系方式等。当发生爆炸等紧急情况时, 公安警务人员可以对这些单位进行优先防控和紧急联系疏散, 以降低事故最小风险。
3.2.2 火情空间分析
结合各种应急预案, 在三维场景中模拟静态或动态的警情推演、图文指导等, 实现警情模拟、警力部署、指挥调度、巡逻路线、方案预案等的可视化操作。
作为应急处置部门, 最快时间找到出事地点、救援路线, 就可以最大程度减少损失, 保护老百姓的生命财产安全。所以案件的准确定位与警力快速响应对于应急事件的处置具有至关重要的意义。
结合平台GIS基本分析功能, 系统提供火情空间量测 (水平距离、空间距离、垂直距离、面积测量) (见图6所示) 、消防资源空间查询、交通路径分析 (最短路径分析) 、火灾波及范围分析 (缓冲区分析) 、火灾破坏半径分析 (空间影响分析) 、火灾蔓延模拟推演等功能。
3.2.3 警情模拟
系统能够根据火灾情势, 分析出火灾在一段时间内对周围的波及范围。通过输入火场气象因子, 如:风力、风向、温度等信息, 系统根据火灾发生地的森林资源二类数据因子, 如:树种、坡度、坡向等, 自动模拟计算一定时间内火场的蔓延趋势。
结合各种应急预案, 在三维场景中模拟静态或动态的警情推演、图文指导等, 实现警情模拟、警力部署、指挥调度、巡逻路线、方案预案等在三维场景中的可视化操作。用户可以对突发事件进行位置、影响范围、事件等级进行录入登记, 能够将针对突发事件的警力部署在地图上直接标注, 能够针对突发事件将应对措施在系统中进行录入, 例如:疏散人群、消防、救护、保卫等相关举措的路线、行动时间、行动距离等要素。
3.2.4 预案管理与演示
模块能够实现消防应急预案的管理、浏览、部署、推演、修改、发布等功能。
该模块支持基于地理信息的预案管理, 演练时可方便调出保存的预案, 输入案发地点、案发时间、疏散方向等数值, 系统可以即刻显示周边消防资源和周围重点信息, 根据预先设置的预案, 自动进行匹配, 使应急指挥达到最佳效果。
该功能实现与接处警系统的关联, 系统可以根据接处警系统的字段信息, 利用火情的地址资料, 快速在三维场景中醒目显示该目标地点的具体位置, 周边环境以及可调配的最近消防、警力、医务救援等信息。
按照指定的预案进行演练后, 发现问题, 可以对预案进行修改, 同时将整个预案演练流程归档入库, 形成“专家库”。当真正发生类似案件的时候, 可以根据案件性质与现场情况调阅最匹配的预案库, 辅助指挥人员进行调度指挥。
4 结语
基于三维地理信息系统平台, 构建消防业务的三维虚拟现实场景, 直观展示地形地貌、城市三维建筑、消防设施分布等多源信息, 开发定制的消防应急辅助决策系统, 实现地图显示与操作, 三维场景的漫游、缩放、飞行、旋转等, 生动直观地提供了消防数据、信息、资源的使用、管理新途径, 实现了公安消防应急辅助决策、警情空间分析、预案管理推演功能服务于消防信息化, 是一种十分可行的三维GIS应用方向。
系统的研制与使用, 极大地提高了消防部门的信息化水平和管理效率, 实现了消防管理超越时间、空间与部门分隔的限制, 对特殊、突发、应急和重要火灾事件做出有序、快速而高效的反应, 向社会提供全方位的优质、规范、透明的应急管理和服务, 提高了政府保障公共安全和处置突发公共事件的能力, 从而促进经济社会全面、协调、可持续发展。
参考文献
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消防GIS技术平台 篇4
1 GIS技术及其系统功能分析
GIS系统能够支持的数据来源和形式非常丰富, 可以实现多种方式的数据输入, 如人工采集、遥感数据采集、自动化扫描输入等。所采集到的数据依照特定的格式进行转化与处理后可以并入现有的数据库系统中对数据库进行更新和维护, 如数据变换、比例尺对应、拓扑关系建立、图形拼接与变换等。之后系统依照相关的规则可以在不同数据类型间进行网络组建和数据融合, 如地理信息的属性数据可以使用数据库管理软件进行管理, 空间数据可以使用关系型、面向对象型或者混合型数据进行管理。当需要对所存储的数据信息进行检索与查询时, GIS系统可以依照空间模型、空间拓扑关系等来对不同数据库进行融合分析, 从中调取有用的信息显示在交互界面中供人们使用。此外, GIS系统还能够根据用户需求对图表或数据进行输出。
2 消防通信指挥系统中应用GIS技术的意义
消防部门需要对城市的建筑结构、道路布局、水源分布、不同类型火灾现场的最佳处理方法等信息形成系统的认识和掌握, 以便于及时确定火灾类型及灭火所需的消防栓的准确位置, 并通过GIS中的定位技术和管理技术等对当前形势进行分析, 生成现场专题地图, 实现快速、高效的消防应急处理。
综合来看, 消防地理信息数据库中应该包含四类信息:一是广域范围内的地图信息及消防资源信息;二是以需要重点保护单位及消防水源等资源信息为主的接警消防地图信息;三是以火灾现场及其周边建筑环境为主的灭火战区地图;四是以具体的街道或路面为单位的街路信息。
上述信息的获得均可以通过GIS技术实现, 且所构建的消防应急通信指挥系统具有非常清晰的层次性、空间性以及科学性, 能够在最短时间内完成定位、信息查询、数据分析、路线制定以及消防措施建议等功能。
3 GIS技术在消防通信指挥系统中的应用
3.1 地理信息的查询
应用GIS技术可以构建层次化、立体化、矢量化的地图数据库, 该数据库以计算机技术为基础, 可以对消防辖区内的建筑分布、地理位置、行政划分、消防栓和消防水源分布以及交通网络等信息进行管理, 用户可在应用层面对所需内容进行精确查询或者分层查询, 以便于及时掌握火灾现场情况, 确定灭火方案。
3.2 应急灭火预案制定
GIS系统中包含了非常丰富的地理信息内容, 可以以三位立体显示的方式将火灾地点及其周围环境情况显示给消防人员, 还能够依照所输入的参数信息进行数据处理与分析, 生成与火灾现场相匹配的判断结果供消防人员分析当前情况, 进而协助消防人员确定车辆部署、消防调度、行驶方向等具体的应急灭火预案。
3.3 报警点情况信息查询
应用GIS技术可以对所采集到的多源数据进行融合处理形成完善的数据库系统, 通过对系统数据信息进行查询可以在最短时间内显示出报警点、着火点以及火灾现场周围的环境地图, 所获得的地图还可以通过打印输出的方式供现场消防人员使用与参考。同时, GIS系统还能够对化学危险品、重点保护单位等综合信息进行查询, 满足消防实施中的侧重点应用需求。
3.4 处警车辆定位与辅助决策
消防车辆出动以后, 其可以通过GPS定位系统以及无线通信技术等与指挥中心进行实时通信, 以便于及时汇报位置、路况、速度等信息, 供指挥中心对时间进行预测, 所获得的预测结果可用于对车辆行驶路线形式方向定进行更正, 提升救援速度。
4 基于GIS的消防通信指挥系统的功能分析
4.1 系统功能结构
考虑指挥系统的灵活性、实时性、交互性以及科学性等要求, 系统可以采用B/S与C/S混合架构方式进行设计, B/S架构模式负责数据共享以及系统维护等功能, C/S架构负责交互、实时控制等功能。
整个系统分为决策层、管理层以及监控层等三层, 其中, 监控层位于指挥控制中心, 由控制台操作系统负责相关功能的实现, 控制台可以对系统各单元的运行状态以及反馈信息等进行收集与分析, 还可以依照操作要求向各子系统发送控制指令, 控制各系统完成与指令相对应的操作。管理层负责具体业务的管理, 如消防警力部署、火灾报警信息接收、处警车辆定位与跟踪、综合信息查询与发布等, 其主要负责指令的执行。监控层则负责通信控制、视频监控、监控对象显示、定位与报警等具体的监控操作。
为满足消防通信指挥要求, 系统还应该配置其他支撑子系统, 如数据库管理系统、网络通信系统以及信息发布与共享系统等。这些支撑系统的协同工作可以将整个城市串联成为一个集成度高、可靠性强的消防指挥通信网络, 实现不同层次的信息采集、共享以及命令发布等功能。
4.2 系统流程
当指挥中心接到报警电话时首先利用GPS、GIS等技术对报警地点进行判断, 确认是否为同一火灾现场的报警, 若判断结果一致, 则进行信息归并, 若不一致, 则接受报警请求。指挥系统接收报警后会自动启动同步录音共恩呢该, 并依照报警内容调用电子地图, 结合GIS反查技术等对火灾现场信息进行查询, 确定当地的天气情况、消防资源、消防实力等, 然后依照报警人的描述内容确定火灾类型、火势大小等, 进而制定相关的出警策略。在出警灭火过程中, 指挥中心与火灾现场以及消防车辆等进行实时通信, 以确认灭火方案是否可行, 是否需要进行增援, 是否需要进行临时调度。当灭火结束后, 指挥中心依照系统运行过程中所记录的数据信息生成通信记录与作战记录, 为下一次应急消防指挥提供决策依据。
参考文献
[1]李果.谈GIS技术在消防决策支持系统中的应用[J].中国公路学报, 2004.
消防GIS技术平台 篇5
物质世界中的任何事物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中8 0%以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统 (Geographic Information System, 简称GIS) 作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科, 近年来得到了广泛关注和迅猛发展, 目前已经广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利水电、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等技术所有领域。
1. 认识GIS与Web GIS
1.1 GIS即地理信息系统, 是一个基
于数据库管理系统 (D B M S) 的分析和管理空间对象的信息系统, 它以地理空间数据库为基础, 在计算机软硬件的支持下, 运用系统工程和信息科学的理论, 科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据, 以提供管理、决策等所需信息。具体来说, G I S融合计算机图形和数据库于一体, 将地理信息位置和相关属性信息有机地结合起来, 根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂地展现给用户, 满足人们对空间信息的要求, 借助其独有的空间分析功能和可视化表达功能, 除了能够对各行业进行辅助决策之外, 还能够帮助人们将电子表格和数据库中无法体现数据之间的模式和发展趋势以图形的方式清晰直观地表现出来, 并进行空间可视化分析, 实现数据可视化管理、地理信息分析以及与相关业务工作应用有机集成, 从而满足人们多元化的要求。作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科, GIS近年来得到了广泛关注和迅猛发展。由于数字时代的来临, 理论上来说, GIS可以运用于现阶段任何行业。
1.2 Web GIS是Web技术和GIS技术
相结合的产物, 是在网络环境下的一种兼容、存储、处理、分析和显示与应用地理信息的计算机系统。称之为W e b G I S的原因是大多数客户端应用采用了W W W协议。它的基本思想就是在互联网上提供地理信息, 让用户通过浏览器浏览与获取W e b G I S所提供的数据和服务。与传统的地理信息系统相比较, W e b G I S具有更广泛的客户访问范围, 更简单的操作, 更高效的计算负载平衡, 以及分布式系统的动态性、交互性和经济性。
2. GIS的飞速发展
近年来, G I S系统以其强大的空间计算能力以及非常直观的图形化表现形式而得到诸多行业越来越广泛的应用。G I S技术发展迅速, 其主要的原动力一方面来自日益广泛的应用领域对G I S技术要求的不断提高, 另一方面, 计算机科学的飞速发展为G I S提供了先进的工具和手段。随着多媒体技术、空间技术、虚拟实景、数字测绘技术、数据仓库技术、计算机图形技术三维图形芯片及宽带光纤通信技术的突破进展, 使G I S尤其是W e b G I S能从多领域、多功能满足信息时代的需要, 目前GIS正朝着网络化、多媒体化、三维化、虚拟现实等方面发展, 对于人们的生活工作产生了巨大的影响。
3. GIS在消防工作中的应用
消防信息化建设中所需的许多业务数据与空间数据都是相辅相成的, 例如:消防安全重点单位、公共消防设施、消防水源、消防站及消防装备等等, 消防部队扑灭火灾、抢险救援、处置突发事件以及协同作战、快速反应的工作特点决定了需要使用GIS系统来辅助决策、指挥作战等等, 传统的人工熟悉地理环境或依靠普通地图指挥作战已远不能适应当今实战的要求, 消防部门如何面对新技术的发展变化, 及时跟上信息化发展的节拍, 开发研制自己的G I S系统, 提高作战指挥和防火管理分析等方面的能力和水平这是摆在我们面前的一个新课题。从实际出发, GIS在消防安全领域的广泛应用包括:
3.1 迅速辨别事故发生地点, 根据语
音系统、电话号码或者移动电话等利用G I S准确、迅速确定报警人的地点及火灾位置, 完成报警信息定位、G P S定位、信息查询统计、数据的分析显示。
3.2 进行快速查询分析和辅助决策,
根据专用数据和出事地点信息快速查询事故发生地附近的值勤警力、车辆装备、消防水源以及交通和建筑分布状况, 通过优化选择和计算确定最佳行车路线, 为第一时间到场有效处置灾害事故提供决策依据。
3.3 确定安全疏散路线, 指挥灾害现
场被困人员迅速撤离。定位紧急避难所, 根据避难所的接受能力、距离和到达时间分配受难者, 并进行紧急救援物资的合理配给。
3.4 帮助制定战术方案, 根据灾害事
故的现场情况、灾害特点以及蔓延趋势进行影响范围分析和区域划定, 从系统中提取各种有用的信息, 方便地进行分析和制图输出。
3.5 将灾害事故的救援计划和战术布
置以图形和文字等多种方式迅速传达到每一支现场救援和后续增援的力量, 从而迅速准确地执行紧急任务。
3.6 对消防器材、车辆装备、消防设
施的管理, 如相关器材的定位, 定期维护, 查询统计, 制定巡视计划等, 需要时可以迅速查询事故发生地附近的所需相关设备和快速获取途径。
3.7 随时查询并进行基于各种目标的
专题分析, 利用G I S在地图上直观地反映区域、行业、季节火灾分布情况, 以便于制定科学的措施和对策, 减少火灾事故的发生。
3.8 分析火灾隐患, 通过建立基于
G I S的火灾隐患信息管理系统, 既能形象地反映情况, 又能便于动态管理, 通过一些信息查询、分析评价与科学决策, 能够对于城市突发性事件进行科学预测, 产生非常明显的社会效益和经济效益, 为各级政府决策提供科学依据, 便于各级安全监督部门有针对性地加强督查工作。
3.9 制定消防规划, 借助于GIS基于
图形方式, 相关信息内容详细、精确的特点, 直观地反映各种数据实图, 及时进行各种消防重点单位的选址、规划、建设, 消防站点的规划, 以及消防水源的建设规划。通过将各种规范数据输入计算机, GIS系统将自动判断出规划的合理性及计算间距, 以改变传统人为判断的失误和不准确。
3.1 0制定灾害事故处置预案, 由于GIS内容丰富, 可综合各种因素, 制定有效的预案, 方便进行各级指挥员进行查询、调用。
3.1 1 进行模拟训练, GIS正朝着网络
化、虚拟现实、多媒体及三维方向发展, 通过网上各种综合数据, 实现对灾害事故的判断、力量调度、车辆布置以及进攻方向等战术模拟训练, 增强实战能力。
结论:建立一个基于海量空间信息和强大的GIS平台并集成现代I T技术 (如:Internet、掌上电脑) 、GPS (卫星定位系统) 技术和通信技术的现代化安全系统是消防部门的发展目标。实现这一目标需要各种相应技术不断的提高完善, 更主要的是把G I S的强大功能应用到消防工作中。随着地理信息技术的高速发展, 地理信息系统在消防领域的应用将越来越广泛, 发挥的作用也将越来越大, 对于消防信息化、提高部队的灭火救援能力产生巨大影响。
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消防GIS技术平台 篇6
1 化工企业GIS技术的简介
20世纪60年代, 计算机网络技术得到高速发展, 加拿大测量学家Roger E.Tomlinson最早把用GIS技术利用到地理科学上, 开发了世界上第一个地理信息系统。80年代后, 地理信息系统逐渐成熟, 进入了普及阶段。在90年代末, GIS技术逐渐得到完善, 成为信息产业主要组成部分。1998年, 美国副总统戈尔提出了“数字地球”的概念[1]。
G I S技术是近年来在国际上迅速发展起来的多种学科交叉的产物。GIS技术, 又称地理信息系统, 是在计算机软件系统的支持下, 在地理空间数据库的基础上, 对空间的数据进行采集、管理、操作和分析, 最后利用地理模型进行数据分析, 为研究部门和决策系统提供相关的服务信息。
G I S技术主要包括的部分有:空间数据库和信息数据库 (核心部分) ;图形显示系统 (图形形成基础) ;地图数字化系统;数据库管理系统 (分析信息数据) ;地理分析系统 (分析数据位置) ;;图像处理系统 (遥感信息统计) ;空间统计分析系统;决策支持系统 (人工智能基础) 。
2 化工企业GIS技术的系统功能设计
2.1 化工企业GIS技术的逻辑架构
GIS技术基于XML和TCP/IP标准, 与其他系统协调, 使用GIS的接口规范, 并调用这些系统服务于其它所有功能。GIS中的各个功能模块把消防接警和服务联系在一起, 共同构成消防业务信息服务系统。其支撑环境主要是Oracle8i数据库系统 (Oracle公司) 和Geo Graphics 7.1 (Bentley公司) 。通过网络协议和系统, 各个模块以及GIS的终端构成一个完整的有机整体[2]。
2.2 化工企业GIS技术的物理架构
众所周知, 城市中的消防各个中队分布在城市的不同地方, 所以GIS技术通过一个大网络连接着多个用户, 协调多个用户在同一网络中工作。GIS技术在消防指挥系统运行于消防内部的各个部门, 同时还运行于城市各个消防中队之间。如果一有警报发生, 消防指挥系统通过TCP/IP协议发出警报给各个中队。GIS技术把收集到的各种空间数据都通过缓存传达到中队的图形终端上。这种采用GIS技术的物理架构, 系统的反应速度极快, 对网络要求也不高。
2.3 化工企业GIS技术的数据构成
G I S技术的数据主要包括以下几个方面:
2.3.1 地理空间数据
G I S技术的地理空间技术主要包括以下几个方面:首先包括消防部门重点监测的消防对象 (学校、工厂等) ;其次包括消防队在灭火时的灭火剂及灭火辅助工具 (消防水源及其它灭火剂) ;再者包括航片图形数据, GIS技术通过利用航片收集数据, 通过三维图形更加清晰、逼真的展现实时的城市地形地貌。
2.3.2 数据库的建立
G I S数据库的数据主要包括:第一, 消防资源和事故的信息, 消防部门要对城市内部收集相应的审查数据, 以及记录火灾发生后的灾情状况。第二, 消防部门分析收集到的图形、图片、视频和音频等数据。
3 GIS技术在化工企业消防通信指挥系统中的实际应用
3.1 GIS技术在化工企业消防指挥中的作用
在消防通信指挥系统中, GIS技术的主要作用于以下两个方面:
3.1.1 GIS技术在消防指挥中的信息传达功能
G I S技术利用空间可视和信息指导的功能, 配合消防通信指挥系统内部及其各个支队之间的作战任务。GIS技术可以高清晰、高质量地显示出市区各部分的详细地图 (包括市区的街道分布、水源分布、消防单位分布、消防中队及其车辆的分布等) 。通过层次分明的市区地图, 消防指挥部门可以很直观地从指挥部门获得准备信息, 从而使得消防队员快速有效地制定出接警消防图、灭火战区和预案图, 以达到多层次、全方位的信息整合。
3.1.2 GIS技术在化工企业消防指挥中的辅助和服务功能
G I S可以根据其空间思维能力为案件提供相应的处理办法。如果有火灾发生, 消防指挥部门可以根据GIS技术获得火灾的相关及时数据, 比如火灾的确定位置、火灾周边的消防力量分布、实时的天气状况以及交通状况, 最后消防指挥部门可以很快的做出救灾方案。GIS技术的使用在提高消防指挥部门高效决策能力的同时, 还大大加快消防队员接警出警速度, 对于人们的生命健康和国家财产安全赢得宝贵的救援时间。
3.2 2GIS技术在化工企业消防指挥的具体功能
3.2.1 浏览信息的功能
G I S技术可以多层次、全方面在多个窗口之间切换并显示实时的信息。GIS可以显示出城市的全面地图, 全面的显示出小区、道路、重点部门、消防部队、消防设施等。此外, 在发生火灾时, 消防指挥部门可以利用GIS快速地显示出火灾位置、范围、水源分布、以及交通和天气状况。最后, 指挥部门通过分析数据, 协调消防力量, 做出有效的救援方案。
3.2.2 查询信息的功能
在无线通信网下, GIS技术能够实现在消防指挥中心与消防出警车辆之间传递数据, 实时获得每一辆出警车辆的位置和目前执行的任务。此外, 还可以通过GIS在指挥系统上显示的实时信息, 监督消防人员实际工作状况和服务情况。
3.2.3 火灾的定位和辅助决策功能
根据消防车辆上的GPS装置, 消防指挥部门根据火灾地点找到最近的消防力量, 为出警人员提供最佳的救援方案和路线。如根据实时的交通状况提供最快的救援路线, 根据水源的分布为救援车辆提供水源补给等等。
G I S技术在消防指挥中的具体应用, 用科学合理的方法为火灾救援方案的制定提供了依据。消防指挥部门根据数据分析, 合理部署消防力量, 降低了重大火灾的发生率。
4 结语
综上所述, GIS技术的出现并得到很大推广应用, 成为了消防通信指挥系统中最主要的作战武器。同时, GIS技术在很大程度上实现了电子信息的可视化, 为消防指挥部门决策的制定提供了理论依据。此外, 消防通信指挥系统实现了利用计算机处理信息, 利用网络交流信息和电子信息提供服务。通过GIS技术的信息收集、处理和交换, 消防部门的实现了协同作战、反应迅速, 提高了指挥部门的工作效率和消防队员的救援能力, 保护了人们的生命健康和国家财产安全。
参考文献
[1]包敏松.GIS技术在消防通信指挥系统中的应用[J].河南科技, 2013, (2) :4[1]包敏松.GIS技术在消防通信指挥系统中的应用[J].河南科技, 2013, (2) :4
消防GIS技术平台 篇7
2010年11月15日, 上海市静安区胶州路728号大楼发生特别重大火灾事故, 造成58人死亡, 71人受伤。2013年6月3日, 吉林德惠市米沙子镇吉林宝源丰禽业公司发生火灾, 火灾共造成121人遇难。大型公共建筑和高层建筑火灾不断发生, 暴露出来我国城市消防应急指挥救援能力严重不足的问题。近年来频发的城市高层建筑火灾事故使公安消防指战员意识到必须建立从室外空间到室内空间的应急响应机制, 需采用最新的室内GIS、室内定位等相关技术来构建消防一体化指挥系统。
与室外地理信息相比, 室内地理信息更注重小区域、大比例尺、高精度和精细化的内部元素展现。它的直接表达形式是室内电子地图。国际上, 美国谷歌公司率先发布基于谷歌地图的室内电子地图;国内如高德等少数几家公司也在进行相关研究和尝试。但是室内地理信息被应用于消防行业的研究还比较少。火灾等突发事件发生时, 如果现场指挥员要查询:建筑内有多少被困群众及他们被困在哪些楼层的哪些房间;进入火场的战斗员在什么位置;距被困群众最近的战斗员在哪里等。所以, 除室内地理信息支持外, 消防应急指挥救援也需要室内定位信息的支持。GPS定位技术在现场或野外进行移动指挥、车辆跟踪及智能救援中起到重要作用[1,2], 但GPS技术需要移动对象和卫星之间直视, 否则GPS将无法对室内移动对象进行定位, 这一特点使得GPS很难应用于室内空间?现在有许多不同的室内定位系统, 通过身份、几何特征、指纹或通过不同的信号源进行室内定位[3]。一些室内定位技术诸如RFID、Zigbee、蓝牙和超宽带等, 在精确定位时需要在室内布设大量节点, 信号覆盖成本较高;基于Wi Fi指纹的定位系统如美国Wi Fi SLAM和博通公司定位芯片系统等, 室内定位精度可达3m甚至更优, 但该技术需建立指纹数据库, 工作量较大, 难以大范围推广。这些定位系统都不能同时满足室内高精度定位或广域范围的需求。
本文从消防指挥救援角度出发, 为解决消防室内外GIS数据模型表达不统一、室内地图更新困难、室内外路网无法集成及室内定位精度不高等问题, 为此, 引入室内GIS相关技术和室内融合定位技术应用于公安消防部门。这些技术的应用能够从整体上提升复杂建筑内消防应急救援效率和救援成效。
1 消防室内GIS技术研究
消防业务系统所需要的信息大多与空间位置有关, 借助消防GIS相关技术, 能够提高消防部队预防和扑灭现代火灾的能力[4]。随着高层建筑火灾频繁发生, 室内GIS显得愈加重要。室内GIS包括建筑楼宇内不同楼层兴趣点 (POI) 信息, 对门、窗、墙体等的映射信息, 不同属性的多边形信息, 扩展数据本身的高度等信息及捕捉额外的语义信息等[5]。
消防室内GIS技术包括消防室内GIS表达、消防室内地图更新及室内外一体化路网技术。
1.1 消防室内GIS表达
为满足消防应急指挥救援对大比例尺室内地理信息需求, 消防室内GIS须体现POI点层、隔断线层和房间 (走廊) 面层。POI层在消防室内GIS中表示重要消防设施等点状信息, 它是针对不同类型的消防设施采用不同点状符号进行表示, 包括灭火设施、报警设施、防排烟设施、疏散指示设施、危险品等。绝大部分消防POI符号参考《消防技术文件用消防设备图形符号》国标[6];隔断层表示诸如隔断方式、墙体材质等线状信息, 是对面层的有效补充;面层体现区域功能划分, 通过填充不同颜色进行区分。
为了促进空间数据标准化与实现空间数据共享, GML语言得到了TC211组织、一些GIS厂商和机构的支持, 是目前应用较为广泛的室外GIS数据转换格式。GML对现实世界的描述是基于OGC的抽象规范之上的定义。它通过一系列的要素来表示。要素是由一系列的属性来定义的, 每个属性都是一个包括{名称, 类型, 值}的三元组。多源异构数据 (如Shape、KML等格式) 都可以转换成GML格式。目前, GML已应用于很多领域, 如航空地理数据建模[7]。为便于室外GIS统一表达, 本文在遵循GML规范要求的基础上, 提出了基于GML的室内空间各种消防要素 (简称“消防室内要素”) 的统一模型。图1是表1中主要消防室内要素UML设计图, 包括主要消防室内要素的层级关系及空间、属性描述。表1是主要消防室内要素与GML语言的映射关系。
1.2 消防室内地图更新
室内地图是室内GIS的直接表达形式。室内地图采集相对于室外地图采集制作, 存在工作量巨大、采集对象配合程度低等问题, 造成数据采集渠道不畅, 同时由于精确度不高、更新周期缓慢, 难以保证如消防等专业应用要求。本文通过“企业填报系统”定期填报实现消防室内地图的及时更新, 各消防安全重点企业定期填报消防重点设施、隔断等更新维护记录及最新属性信息, 实现在线消防室内地图的空间数据和属性数据的增删改查。该系统的更新方式有两种:文件方式和在线地图方式。
1) 文件方式。针对系统数据库中检索不到的楼宇, 企业用户 (通常是物业管理人员) 上传文件CAD或扫描图纸到消防部门, 待消防业务管理用户审核通过后, 将CAD或图纸矢量化[8], 形成GML消防室内地图存档后发布。
2) 在线地图方式。针对系统数据库中存在楼宇, 企业用户通过在线地图操作方式进行更新, 采用开源Web GIS服务—网络要素服务 (简称“WFS”) 对地图要素进行新建、编辑或删除操作, 待修改完成后报送给消防主管部门, 消防业务管理用户接收报送数据并进行审核。如同意, 则直接存档;如不同意, 则返回给报送企业用户。企业端所做的消防室内要素更新、添加等将实时更新到服务端数据库。
企业填报系统用例图如图2所示。
基于GML的消防室内地图的可视化表达采用开放地理空间信息联盟 (OGC) 的开源地图服务即网络地图服务 (简称“WMS”) 进行发布, 供消防相关部门调用。对符合支持OGC标准的消防应用系统可以直接通过WMS或WFS消息形式进行访问[9]。
当消防室内地图结构调整或属性变化 (新增隔断、门关闭等) 发生变化时, 企业用户模拟通过“企业填报系统”更新到服务端, 整个更新过程运算在毫秒级。除了提供指战员最新消防室内要素信息外, 消防室内地图还能够让指挥员直观地查看被困群众和战斗员在建筑物内准确位置 (某楼层的某房间) , 为战斗员展开疏散和救援提供导航信息。
1.3 室内外一体化路网
为满足消防应急救援从室外延伸到室内的需求, 室内外路网的投影坐标系应保持一致。室内坐标系一般是是相对坐标系, 而卫星定位系统的坐标系统采用WGS84绝对坐标系, 因此, 室内空间坐标系需转换为统一的WGS84坐标系。室内空间至少包含一个入口, 它可以用来连接室内空间和室外空间。室内入口节点是表示成一个特殊节点的拓扑图形在室内连接室内和室外空间, 称之为“锚节点”, 如图3所示。锚节点是连接室内外拓扑空间的一个重要的中间节点, 它不同于室内外拓扑路网的其它普通节点, 是因为它包括室内坐标系与室外WGS84坐标系的转换信息[10]。
室内锚节点包括室内外坐标系转换的四个参数信息: (1) 转换原点坐标 (originpoint) ; (2) 转换方向 (orientation) ; (3) 转换尺度 (scale) ; (4) 平移矢量 (translation F (x, y) ) , 锚节点GML表示如下:
室内锚点和室外路网参考点之间的关系是双向的, 也就是说锚节点不仅室内GML数据中定义, 也能从室外GML数据中访问得到。例如, 当行人进入建筑物内时, 可以通过室外路网参考点得到基于GML的室内地图;当行人走出建筑物时, 可以通过锚节点得到基于GML的室外地图。
2 室内融合定位技术研究
2.1 室内定位系统架构
本研究以移动通信基站系统为核心技术实现室内外定位, 系统结构如图3所示, 它由北斗导航卫星系统、基站、气压测高计和惯性测量单元 (IMU) 等组成, 实现广域范围内室内外多源定位信息定位。该系统利用室内复杂环境多径减轻、互相关干扰抑制等基带测距技术测量移动数据通信基站/增补器的电波到达时间差 (TDOA) , 将测量到的TDOA结合室内GIS等定位辅助信息, 以伪距差分技术进行高精度定位[3]。基站覆盖半径为3.2km, 天线高度80m, 发送信号时间同步精度为5ns, 输出信号为导航与通信一体化信号, 输出功率误差在±10%。系统定位水平精度为3m, 垂直精度为1m。
2.2 室内融合定位技术
采用移动通信基站定位, 需要收到3个基站信号就可以定位, 但有些建筑死角区域可能收不到3个或者信号源偏差较大时, 本文研究使用IMU感应硬件以较少的累计误差跟踪一段距离直至基站信号恢复正常。通过融合IMU对移动通信基站定位结果进行融合滤波修正, 可将室内定位精度稳定在3m以内, 融合定位采用比较成熟的卡尔曼滤波算法[11]对基站和IMU进行融合定位, 如图4所示。
假如 (Xi, Yi) 表示对象在Ti时刻基站定位坐标, Vi和Di分别表示对象在时刻Ti的IMU计算的速度和方向, Vi是通过IMU的加速度传感器计步得到的行走距离除以时间间隔得到, Di是通过电子罗盘测得对象方向。KF (Xi, Yi, VXi, VYi) 表示卡尔曼滤波算法, Xi, Yi, VXi, VYi是输入参数。 (Xi’, Yi’) 表示基站和IMU融合后的定位坐标, 融合定位精度在水平方向达3m, 满足消防灭火救援的应用需求。其中VXi, VYi分别对应X轴和Y轴方向的对象速度, 计算公式如下所示:
3 实验结果分析
实验环境是一台PC机, 它的配置是英特尔酷睿i5-2450 m处理器, 2.5 GHz的主频和4 GB内存。定位结果程序基于java语言实现, 终端数据库选用Spatiallite。实验数据是定位终端设备现场采集的真实定位数据。
3.1 消防室内地图表达与更新
本文实验场地是中国天津的一家会议酒店。选择该酒店第一层作为主要实验区, 消防室内地图GML表达如图5所示。
当消防室内地图结构调整或属性变化 (新增隔断、门关闭等) 发生变化时, 企业用户可定期通过“企业填报系统”更新到服务端数据库, 整个更新过程运算在毫秒级。结合室内定位信息, 消防室内地图辅助指挥员直观地了解被困群众和战斗员在建筑物内位置, 准确到某一楼层某一房间 (或走廊) , 便于快速、准确地指挥救援。
3.2 室内外一体化路径分析
室内外一体化路径分析技术包括室内路网生成、室内外路网连接和室内外最短路径分析三个阶段。在室内空间, 通过选择楼梯等关键节点构建室内通道路网;然后, 根据大楼入口 (“室内锚点”) 和室外道路节点 (“室外路网参考点”) 结合自动构建室内外统一路网, 根据战斗员位置和待救援人员位置生成起点和终点;最终, 通过双向A*算法[12]实现最短救援路径分析。如图6所示, 黑白相交线为起点至终点的最短路径。
3.3 室内融合定位结果
对基站定位结果、基站和IMU的融合定位结果与真实值进行比较, 如图7所示。采用平面坐标系表示定位结果, 横轴和纵轴的单位均为米。真实路线是一个长21m×宽9m的走廊闭合中心线。菱形点代表的实际点, 与真实路线对应;叉号点表示基站定位结果;三角形点表示基站和IMU融合结果。可以看出, 融合结果相比只采用基站定位更加稳定、准确。卡尔曼滤波作为最优化自回归数据处理算法, 适用于融合去噪, 实验证明室内融合定位能够得到优于3m的水平定位精度。
4 系统设计与实现
为解决消防实际工作中预案制定脱离实际, 监控预警信息滞后, 火场视频实时传输等问题, 发挥应急救援工作快速响应、行之有效的作用, 滨海高新区有必要建设, 集室内外GIS分析、室内外定位、实时监控预警、单兵视频监控为一体的应急指挥中心一体化指挥系统 (简称“一体化指挥系统”) 。
4.1 总体架构
一体化指挥系统的总体架构包含五层分层体系, 如图8所示, 网络层和感知层为整个系统提供必要的硬件基础、物联网感知、室内外定位、网络信道, 保证系统运行所需的基础环境;数据层指消防应急数据库, 包含各种消防应急资源;平台层指消防室内GIS相关系统, 除“企业填报系统”外, 消防室内GIS平台还包括“质检系统”和“批处理系统”, 前者包括拓扑检查、数据录入错误判断、入库约束条件检查等功能;后者包括数据坐标系转换、数据格式转换、多图层要素合并及楼梯电梯连通处理等功能;应用层是应急指挥中心一体化指挥系统, 是直接面向用户应用的软件系统, 为用户装备层不同便携式、平板式、车载式等系统平台提供应用软件;用户装备层是集通信和定位功能为一体的终端, 分别为火场内战斗员、火灾现场指挥员和指挥中心指挥员等装配不同作战指挥所需装备。
4.2 系统功能
4.2.1 室内外GIS分析接口
以预案库为基础, 根据指挥员或者自动烟雾报警器输入的位置信息和火灾级别信息, 根据室外GIS分析和室内GIS分析功能, 选择最贴近的室外道路救援路线和室内疏散救援路线, 作为指战员应急指挥的参考。消防力量行动变化可直观显示在消防室内外GIS上, 方便指挥员判断指挥。
4.2.2 室内定位服务接口
以室内GIS服务为基础, 通过叠加室内定位服务接口, 跟踪被困群众和战斗员的位置信息, 并与室内地理信息叠加, 辅助现场指导员进行室内战斗力量部署, 有效地解决室内精准救援和疏散等问题。
4.2.3 火灾探头视频监控接口
以室内外GIS服务为基础, 查询定位火灾烟雾传感器探头周围的视频信息。一旦烟雾传感器探测到火灾危险, 系统会发出报警声, 并自动定位探头所在位置, 系统自动进入应急工作模式。
4.2.4 单兵视频监控接口
火场前线的视频图像可以通过3G无线网络传回指挥中心。预留视频接入接口, 单兵还可传回战斗员生命体征参数及火场环境参数, 战斗员生命特征异常或环境参数超过阈值时, 系统会自动发出声光报警, 提醒指挥员及时调整部署。
4.3 系统界面
图9是一体化指挥系统的分屏界面, 可分屏显示室外GIS分析 (最近的消防站点到失火楼宇路线) 、室内GIS分析 (受灾群众到最近出口的路线) 、单兵视频和火场视频监控信息。消防单兵所携带摄像头可实时传回定位信息、火场视频信息和音频信息, 所传回所有信息则在统一的监控界面中予以体现。
一体化指挥系统将完成对现有应急资源和将要建设资源的整合, 使之能满足“统一指挥、室内外一体化”的建设目标, 提高滨海高新区消防支队应对突发事故的反应能力, 对今后推广到天津市其它消防支队具有借鉴意义。
5 结论
在满足消防应急指挥救援的基础上, 引入GML对消防室内GIS统一表达, 通过WFS等开源WebGIS服务对消防室内地图进行更新, 并提出锚节点连接室内外一体化路网便于室内外最短救援路径分析。同时, 为满足建筑物内战斗员和受困群众定位的需求, 探讨融合定位技术提高室内定位精度。在室内GIS和定位技术的基础上, 设计并实现了天津滨海高新区应急指挥中心一体化指挥系统, 取得了良好的示范效果。另外, 室内GIS和定位等关键技术可由公安消防向其它领域复制推广, 如商业、急救、防汛、防震、反恐、防灾等。这些技术是推进数字城市、智慧城市建设的重要技术手段, 从室外空间走向室内空间是今后位置服务应用深入的必然趋势。
摘要：为了提高大型公共建筑和高层建筑内的消防应急救援能力和透明化指挥水平, 研究室内地理信息系统 (GIS) 和定位技术是十分必要的。针对目前室内外GIS数据模型表达不一致、室内地图更新困难和室内外路网无法有效集成问题, 探讨标准GML对消防室内GIS数据模型进行统一表达, 采用开源Web GIS服务对消防室内地图进行定期更新, 并通过一体化路网实现由室内外空间的最短救援路径分析。针对目前室内定位精度不高的问题, 研究通过融合定位算法提高基站室内定位精度。以天津滨海高新区应急指挥中心作为应用示范, 建立了基于上述室内GIS和定位技术的消防一体化指挥系统, 研究结果表明, 提出的技术方案结果精度较高, 示范系统具有良好的应用价值。
关键词：室内GIS,室内融合定位,消防应急,一体化指挥
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