三維智慧消防可視化平臺設計與實(shí)現

隨著(zhù)我國智慧城市建設和消防監測監控智能化技術(shù)的推廣，智慧消防被提出并成為破解城市消防安全困局的一種新思路和新路徑。

運用消防大數據、消防物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統等技術(shù)構建的“城市智慧消防”系統，可以有效整合社會(huì )各方力量，實(shí)時(shí)監控城市火災危險源，科學(xué)掌握城市火災隱患，準確做出科學(xué)預警和判斷，系統構建城市火災防控體系，確保城市安全。2017年10月10日，公安部發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設的指導意見(jiàn) （公消[2017]297號） 》 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)《意見(jiàn)》） 指出，為深入貫徹落實(shí)中央政法委和公安部黨委關(guān)于提升政法及公安工作現代化水平的部署要求，加速推進(jìn)現代科技與消防工作的深度融合，全面提高消防工作科技化、信息化、智能化水平，實(shí)現信息化條件下火災防控和滅火應急救援工作轉型升級，提出要綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，加快推進(jìn)“智慧消防”建設，全面促進(jìn)信息化與消防業(yè)務(wù)工作的深度融合，為構建立體化、全覆蓋的社會(huì )火災防控體系，打造符合實(shí)戰要求的現代消防警務(wù)勤務(wù)機制提供有力支撐，全面提升社會(huì )火災防控能力、部隊滅火應急救援能力和隊伍管理水平，實(shí)現“傳統消防”向“現代消防”的轉變。

三維GIS智慧消防平臺研建的必要性

《意見(jiàn)》中重點(diǎn)指出，充分運用大數據、云計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、地理信息等技術(shù)，依托公安網(wǎng) （消防信息網(wǎng)及指揮調度網(wǎng)） 、邊界接入平臺和公安PGIS地圖， 實(shí)現滅火救援的一張圖指揮、一張圖調度、一張圖分析、一張圖決策。

在現場(chǎng)可實(shí)現力量查詢(xún)、地理信息測量、作戰部署標繪、輔助單兵定位等功能，輔助指揮員開(kāi)展計劃指揮和臨機指揮；

研發(fā)“六熟悉”管理系統，自動(dòng)采集重點(diǎn)單位基礎信息和動(dòng)態(tài)信息數據，同步導入一體化信息系統基礎信息，實(shí)現“一張圖”可視化管理；

各地根據預案等級和作戰指揮需求，采取基于地理信息系統的二維圖片、全景照片、三維立體建模、無(wú)人機傾斜攝影等技術(shù)編制數字化預案。

目前，在運行或在研的消防平臺系統多基于二維地理信息系統進(jìn)行研發(fā)，二維地理信息系統僅能展示建構筑物的平面信息以及消防平面信息，不能對三維地理信息進(jìn)行展示。隨著(zhù)三維建模技術(shù)的快速發(fā)展，對于消防重點(diǎn)單位、消防重點(diǎn)監控區域等的消防管理、信息錄入、滅火預案、現場(chǎng)指揮等均有重要的實(shí)用價(jià)值。智慧消防平臺的三維化趨勢已經(jīng)勢不可擋。因此，高承載力、高融合性的三維GIS消防智慧消防平臺設計研發(fā)迫在眉睫。

三維GIS智慧消防平臺設計關(guān)鍵技術(shù)

GIS三維快速、低成本建模技術(shù)

傳統的建構筑物三維模型建立技術(shù)，如CAD三維建模技術(shù)和航空攝影測量技術(shù)，均利用正攝二維影像信息建立三維建構筑物立體模型。通過(guò)人工攝影方法獲取建構筑物的側面紋理和地形起伏部分紋理。在此基礎上，通過(guò)商用三維輔助軟件進(jìn)行人工紋理粘貼，最終生成較為真實(shí)的三維立體模型。因此，傳統的三維建模技術(shù)工作量較大，且成本較高，不具有推廣性和廣泛使用價(jià)值。

隨著(zhù)無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)使得建構筑物三維建模更加快捷方便，成本更低，且三維模型也更加精細真實(shí)，適用于大面積城市建構筑物的快速三維建模。無(wú)人機傾斜測量技術(shù)是指利用無(wú)人機搭載多角度的傾斜攝影相機和定位定向系統 （POS） ，獲取地面影像信息，進(jìn)一步進(jìn)行三維建模的技術(shù)手段。例如， 常見(jiàn)的五目?jì)A斜相機在指定點(diǎn)拍攝，可以一次性獲取1個(gè)正射影像和4個(gè)傾斜影像。定位定向系統 （POS） 則記錄無(wú)人機的經(jīng)緯度信息和空間高度信息。由于傾斜攝影可以從多個(gè)角度對地面建構筑物進(jìn)行信息采集。因而，無(wú)人機傾斜測量技術(shù)可以更便捷地獲取建構筑物信息，大大降低了建構筑物信息采集的工作量。

GIS三維消防地理信息系統

隨著(zhù)廣義地理信息系統應用的深入，GIS三維地理信息系統被學(xué)者提出，以處理各行業(yè)真三維空間應用問(wèn)題。GIS三維地理信息系統是布滿(mǎn)整個(gè)三維空間的GIS地理信息平臺，與傳統的二維GIS地理信息平臺差異明顯，主要體現在空間位置和拓撲關(guān)系的描述及空間分析的擴展上。在二維地理信息平臺上，空間通過(guò)X、Y兩個(gè)坐標軸進(jìn)行定義。而在三維地理信息平臺中，空間目標通過(guò)X、Y、Z三個(gè)坐標軸來(lái)定義，平臺增加了Z軸，即高度這一維度。GIS三維消防地理信息系統即通過(guò)在開(kāi)源三維GIS基礎平臺上開(kāi)發(fā)消防元素庫、消防信息數據庫、消防業(yè)務(wù)數據庫等消防應用元素，基于大數據、云計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等智慧消防領(lǐng)域應用技術(shù)，在三維GIS一張圖基礎平臺上開(kāi)展空間維度的消防數據接入、數據展示和數據分析，實(shí)現消防歷史數據的大數據分析、現在數據的實(shí)時(shí)監控和未來(lái)數據的預測推演， 真正地實(shí)現對四維時(shí)空的消防可視化分析和數據高效應用。形成可以為消防物聯(lián)網(wǎng)、應急救援指揮及大數據統計分析等智慧消防工作提供多功能服務(wù)的綜合性消防工作輔助平臺。例如， 在三維建筑 （構） 物地圖的基礎上，設計消防三維封裝模型，可以在地圖上設置起火源，布置指揮部、消防車(chē)、消防員等消防作戰力量，實(shí)現可視化的消防預案設計與力量部署，為進(jìn)一步實(shí)現GIS平臺的相關(guān)功能提供基礎模塊。

三維GIS智慧消防可視化平臺應用案例

由于三維GIS智慧消防可視化平臺涉及面較多，先以作戰指揮平臺為例介紹GIS三維消防可視化作戰指揮平臺的設計與實(shí)現。

消防指揮平臺的核心是作戰力量的部署與火場(chǎng)信息的反饋。未來(lái)消防指揮平臺應該是三維可視化的消防作戰平臺，決策者可以實(shí)時(shí)獲取救援車(chē)輛與救援人員的三維狀態(tài)信息與實(shí)時(shí)位置，準確獲取災害現場(chǎng)的災變信息。決策者可以根據災害現場(chǎng)的信息反饋。在平臺非常方便地進(jìn)行三維電子沙盤(pán)推演，平臺能夠根據火災的發(fā)生、發(fā)展規律， 并結合數學(xué)模型的算法，提前推演出災害演化過(guò)程，以此指導消防作戰。

三維GIS消防可視化作戰指揮平臺應具有以下功能：

（1） 平臺承載二維及三維地理信息，實(shí)現二維、三維地理信息的無(wú)縫對接?；谌S地理信息系統，搭建三維GIS消防可視化分析一張圖基礎平臺，基礎平臺將實(shí)現建筑三維單體的快速加載和相關(guān)數據的立體展示。此外，基礎平臺還將實(shí)現與傳統二維地圖平臺 （如PGIS地圖、天地圖、百度地圖、Google影像等） 的高度融合。

（2） 過(guò)火單位信息的三維高度集成與視頻影像的快速傳輸。消防隊伍出警前、出警中以及滅火作戰過(guò)程能夠準確地把握過(guò)火單位的詳細信息有利于科學(xué)地調度救援力量、準確地實(shí)施救援策略。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟，三維GIS消防可視化作戰指揮平臺應能夠實(shí)時(shí)展示過(guò)火單位的詳細基本信息。實(shí)現消防控制室實(shí)時(shí)監測信息的對接，包括視頻監控信息、火災聯(lián)動(dòng)報警信息、水滅火系統裝備信息。實(shí)現采集災情信息的實(shí)時(shí)傳輸，包括火場(chǎng)的溫度分布信息、有毒有害氣體濃度分布信息等。

（3） 三維可視化的精準作戰指揮與排兵布陣。消防指揮平臺的核心是作戰力量部署與信息反饋。三維可視化的作戰平臺可以實(shí)時(shí)獲取救援車(chē)輛與救援人員的狀態(tài)信息與實(shí)時(shí)位置，準確獲取災害現場(chǎng)的災變信息。決策者可根據災害現場(chǎng)的信息反饋， 及時(shí)做出相應的作戰部署。

（4） 快速遠程輔助決策指揮系統。三維消防作戰指揮平臺應具有快速遠程輔助決策指揮功能，上級消防機構或者滅火指揮專(zhuān)家能夠快速地了解并推測災害演化進(jìn)程，遠程與現場(chǎng)人員實(shí)現有效互動(dòng)，準確做出決策指導，以此提高救援的科學(xué)性。

（5） 內嵌虛擬火災模型與救災模型。開(kāi)發(fā)沙盤(pán)演練與預案演練功能模塊，建立消防員、消防車(chē)三維封裝模塊，既能用于戰時(shí)指揮， 也能用于常時(shí)演練?；诨馂膭?dòng)力學(xué)模型與3D技術(shù)開(kāi)發(fā)三維虛擬火災模型。依據消防救援理論與三維虛擬火災模型，智能劃定危險區域范圍，實(shí)現救援力量科學(xué)合理部署，做到消防救援有據可依。

基于三維GIS技術(shù)的一張圖智慧消防可視化平臺設計和實(shí)現方法?；谌S地理信息系統，搭建三維GIS消防可視化分析一張圖基礎平臺?；A平臺將實(shí)現建筑三維單體的快速加載和相關(guān)數據的立體展示。平臺應能夠承載原有二維地理信息系統數據，實(shí)現二維地圖 （如PGIS地圖、天地圖、百度地圖、Google影像等） 與三維地圖的高度融合和快速切換。在此基礎上，基于大數據、云計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等智慧消防領(lǐng)域應用技術(shù)，在三維GIS一張圖基礎平臺上開(kāi)展空間維度的消防數據接入、數據展示和數據分析，實(shí)現消防歷史數據的大數據分析、現在數據的實(shí)時(shí)監控和未來(lái)數據的預測推演，真正地實(shí)現對四維時(shí)空的消防可視化分析和數據高效應用。