室內(nèi)三維電子地圖在消防應急救援領域中的應用研究*

郭其云 付 強

1.中國人民警察大學 應急救援管理研究中心 2.北京蜂鳥視圖科技有限公司

火災是嚴重威脅人類生存和發(fā)展的常發(fā)性災害之一，在消防應急救援過程中，救援部門在指揮中心需要及時了解重大災害事件現(xiàn)場實況，科學地部署警力、正確地指揮調(diào)度，對消防部門提高指揮決策的快速準確性，增強快速反應能力，及時挽救人民財產(chǎn)安全有著舉足輕重的意義。

2013年10月11日凌晨2時許，位于石景山區(qū)蘋果園南路的喜隆多商場開始著火，商場內(nèi)很多店鋪經(jīng)營服裝紡織等易燃商品，大火整整燒了8個多小時。據(jù)統(tǒng)計，指揮中心共計調(diào)派了15個消防中隊的63輛消防車、300余名官兵進行滅火，商場過火面積約1500m2，火災直接財產(chǎn)損失估算值為人民幣1308.42萬元。

進入21世紀后，互聯(lián)網(wǎng)成為電子地圖傳播和使用的新載體，三維電子地圖被賦予先進的可視化信息技術及互聯(lián)網(wǎng)技術，是基于互聯(lián)網(wǎng)平臺上的一種最新應用技術，也是區(qū)域數(shù)字化建設的重要載體。室內(nèi)三維電子地圖可以有效地實現(xiàn)室內(nèi)空間信息的可視化展示與分析，在大型室內(nèi)復雜場景中起到了至關重要的作用，并為消防部門在執(zhí)勤備戰(zhàn)上提供輔助依據(jù)。

1 室內(nèi)火災環(huán)境復雜、多樣，數(shù)據(jù)信息采集仍需有所突破

我國每年因自然災害、事故災害和社會安全事件造成上百萬人傷亡，經(jīng)濟損失6500億元左右。政府高度重視防災減災、安全生產(chǎn)、公共衛(wèi)生等領域工作，成立專門工作機構，編制相應規(guī)章制度、工作方案與規(guī)劃，為各領域的應急救援工作發(fā)揮了重要作用。

互聯(lián)網(wǎng)、通信、云服務等技術的快速發(fā)展，室內(nèi)外定位、三維電子地圖、空間信息可視化等先進技術為消防應急救援領域的信息化建設提供了有利支撐，實現(xiàn)對消防事件的綜合管理與應急救援，以提升我國災害事件的應急處置效率及水平。

在室內(nèi)定位方面，由于環(huán)境復雜性和定位精度的高要求，很多問題還未被完全解決。國家衛(wèi)星定位系統(tǒng)工程技術研究中心在國家863專項的支持下，建立了基于北斗/GPS的“廣域?qū)崟r精密定位原型示范系統(tǒng)”，促成了我國羲和定位系統(tǒng)的建立，具備室外亞米級、城市室內(nèi)優(yōu)于3m的無縫定位導航能力。

在多尺度地理空間信息融合與可視化方面：室外地圖數(shù)據(jù)在突發(fā)事件應急管理救援中的應用已成熟，但隨著我國城市的迅速發(fā)展，建筑物室內(nèi)空間數(shù)據(jù)的缺乏日益凸顯，各類災害事件難以得到全面有效的數(shù)據(jù)支撐。

2 各國積極構建消防救援應急系統(tǒng)

近年來各國突發(fā)災害事件頻發(fā)，應急減災越來越受到重視，目前國內(nèi)外許多機構和學者從管理機制、預警評估、應急決策、指揮調(diào)度和應急演練等方面進行了多角度研究，形成了一系列應急管理機制、預案及系統(tǒng)等，并在應急救援工作中發(fā)揮了重要作用。

美國遭受“9.11”事件后，為了解決行動、資源、信息等不一致所造成的應急效率不高問題，制定并通過了“2002國土安全法案”，成立了國土安全部。在整個國家層面上對應急體系中的組織管理體系、機構設置、指揮協(xié)調(diào)體系、法律和規(guī)范標準體系、應急預案體系、應急平臺體系、應急救援隊伍體系等進行了統(tǒng)一規(guī)劃和規(guī)范，發(fā)布了“國家突發(fā)事件管理系統(tǒng)（NIMS）”和“國家應急預案（NRP）”，并提出了聯(lián)邦各部門和州等地方政府針對突發(fā)事件應急的培訓和執(zhí)行計劃[1]。

日本政府從應急信息化基礎設施抓起，充分應用各種先進的信息通信技術，構筑應急信息化體系，并于1996年5月正式設立內(nèi)閣信息中心，以24小時全天候編制，負責迅速搜集與傳達災害相關的信息，并把防災通訊網(wǎng)絡的建設作為一項重要任務[2]。日本防災通訊網(wǎng)，如圖1。

習近平總書記在革命圣地井岡山視察時提出，“井岡山要在脫貧攻堅中作示范、帶好頭”。如今，井岡山在全國600多個國家重點貧困縣中第一個“摘帽”。

圖1 日本防災通訊網(wǎng)

當前，世界大多數(shù)發(fā)達國家已經(jīng)將可持續(xù)發(fā)展作為國家戰(zhàn)略，重視加強部門間環(huán)境應急聯(lián)動機制建設。英國的做法較為典型，通過在相關部門間建立環(huán)境應急聯(lián)動機制，較好解決了應急處置救援過程中次生環(huán)境突發(fā)事件的問題，從法制保障、應急指揮、處置救援等方面強化突發(fā)事件應對，強力推進部門間應急聯(lián)動機制建設，增強了全社會預防和應對重大突發(fā)事件的能力[3]。

3 基于大數(shù)據(jù)云計算，構建公共安全領域應用的新技術

2015年國務院提出《國務院關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》、《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，標志制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃開始，并把大數(shù)據(jù)云計算提升至國家戰(zhàn)略層面。室內(nèi)三維電子地圖作為互聯(lián)網(wǎng)+的典型代表，經(jīng)過長期的發(fā)展，已經(jīng)具備成熟的數(shù)據(jù)采集、云計算的技術特點：室內(nèi)空間數(shù)據(jù)采集分析，室內(nèi)物資信息實時監(jiān)控，室內(nèi)空間人員定位，室內(nèi)空間路徑規(guī)劃，室內(nèi)空間可視化等。

通過室內(nèi)定位、室內(nèi)信息可視化等技術特點，做到整合信息數(shù)據(jù)，積谷防饑；實時掌握事件現(xiàn)場的空間信息，臨危不懼。結合大數(shù)據(jù)、云計算的互聯(lián)網(wǎng)+的特色，使突發(fā)事件來臨之前，及時消滅安全隱患；突發(fā)事件來臨，實時掌握現(xiàn)場第一時間信息。

出于社會公共安全的需求，搭配室內(nèi)三維電子地圖充分采集與分析數(shù)據(jù)的技術，制定出行之有效的預案。室內(nèi)三維電子地圖的應用，保證了公共安全領域應急方案的數(shù)字化、信息化、智能化—分析日常采集上報的海量數(shù)據(jù)；及時更新室內(nèi)空間信息；實時監(jiān)控室內(nèi)物資狀態(tài)；設定突發(fā)事件的應急預案，大大改善消防監(jiān)督管理的狀況，有效地提升信息化在消防監(jiān)督管理、滅火作戰(zhàn)等方面的應用水平。室內(nèi)三維電子地圖，如圖2。

圖2 室內(nèi)三維電子地圖系統(tǒng)結構

4 建立可視化消防系統(tǒng)，推動消防應急救援發(fā)展

由于消防部門滅火作戰(zhàn)、消防監(jiān)督、社會宣傳等工作的需要，消防部門需要對諸多的單位、高層場所以及城市公共消防設施數(shù)據(jù)進行管理和統(tǒng)計。目前這些數(shù)據(jù)信息量巨大且離散，具有無法精準統(tǒng)計、傳達等問題，為消防應急救援工作的分析研判帶來一定難度，指揮中心也無法有效掌握各參戰(zhàn)消防部門的具體位置，參戰(zhàn)力量容易出現(xiàn)各自為戰(zhàn)現(xiàn)象，不能形成整體合力和高壓態(tài)勢。

集成室內(nèi)外定位、三維可視化、臨機決策以及應急演練等科技成果，建設以三維室內(nèi)電子地圖消防應急預案系統(tǒng)與指揮系統(tǒng)在消防救援中，充分利用大數(shù)據(jù)資源，為作戰(zhàn)指揮提供強力支撐。

基于室內(nèi)三維電子地圖的廣泛應用，針對“防”、“消”兩大方面建立消防應急救援管理系統(tǒng)：

（1）“防”——數(shù)字化預案管理系統(tǒng)。

通過“防控一張圖”的概念，對重點單位的信息采集、對作戰(zhàn)力量的信息收集、輔助現(xiàn)場疏散的線路展示、消防水資源位置信息匯總及作戰(zhàn)方案的演示及文檔說明。實現(xiàn)對重點單位信息資源的高效整合與應用，從而提供預選處置方案、滅火救援預案、實戰(zhàn)戰(zhàn)例重現(xiàn)、模擬演練等信息服務。為指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，為演練、實戰(zhàn)提供輔助決策作用，如圖3、4。

圖3 火災救援預案

圖4 救援演習

（2）“消”——指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)。

戰(zhàn)前，通過大數(shù)據(jù)平臺匯總室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，查看現(xiàn)場對各類信息進行整理、分析，精準評估災情。同時，將消防隊伍和相關應急部門納入指揮調(diào)度平臺，根據(jù)災情、等級進行科學調(diào)度，實現(xiàn)整體調(diào)度、精準調(diào)度。

戰(zhàn)中，通過大數(shù)據(jù)平臺實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，提供災情處置決策輔助信息，升級優(yōu)化現(xiàn)場作戰(zhàn)力量編成，部署作戰(zhàn)行動，通過移動指揮終端實現(xiàn)現(xiàn)場指揮中心對災害現(xiàn)場的信息支持和交互，以及災害現(xiàn)場的救援力量掌握和協(xié)同，全面提升指揮決策效率。

戰(zhàn)后，可視化記錄參戰(zhàn)力量、車輛裝備、相關物資保障等數(shù)據(jù)，自動更新上傳作戰(zhàn)信息及災情處置情況，分析評估作戰(zhàn)行動效能，為戰(zhàn)評總結提供強力依據(jù)。圍繞消防大數(shù)據(jù)建設總體規(guī)劃，打通互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通道，建立多維度分析評估模型，提供可視化展示結果。消防滅火救援數(shù)字化管理平臺，如圖5。

圖5 消防滅火救援數(shù)字化管理平臺

以預案管理系統(tǒng)、指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)為核心，“防”與“消”兩個方面實時掌握室內(nèi)三維電子地圖內(nèi)的所有空間信息，為消防救援應急領域提供新的互聯(lián)網(wǎng)方式。

構建“防”——預案管理系統(tǒng)，可通過基礎建設、警務決策、合成監(jiān)管、全民消防4個基礎框架，運用大數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，在室內(nèi)三維電子地圖中直接查看上傳數(shù)據(jù)，解決消防警力信息接受有限，場景空間數(shù)據(jù)變化不明、消防設備設施實時狀態(tài)不清，實時監(jiān)控預警不及時等信息與數(shù)據(jù)接收不明的問題。

構建“消”——指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)，可直接調(diào)看突發(fā)事件現(xiàn)場的室內(nèi)三維地圖，了解該場景內(nèi)的所有人、物實時情況，及時處理現(xiàn)場物資狀態(tài)信息不明，消防警力單兵身體狀態(tài)不明確，CAD圖表達效果不直觀，事發(fā)現(xiàn)場的實施空間信息接收有限等室內(nèi)空間信息接收問題。將消防應急救援可視化系統(tǒng)嵌入室內(nèi)三維電子地圖，實現(xiàn)室內(nèi)空間信息與單獨人、物信息實時聯(lián)網(wǎng)，完成及時查看，減少人員與財產(chǎn)損失。

室內(nèi)三維電子地圖在“防”與“消”兩大系統(tǒng)中，起到實時查看作戰(zhàn)力量與事發(fā)現(xiàn)場各方每個細節(jié)信息的作用，對消防應急救援的所需要做到每個精準信息了如指掌。經(jīng)過大數(shù)據(jù)云計算的互聯(lián)網(wǎng)技術，成功匹配作戰(zhàn)力量與事發(fā)現(xiàn)場雙方信息，解決消防部門對現(xiàn)場實時情況掌握不清的問題。

5 室內(nèi)三維電子地圖在國內(nèi)應用已進一步優(yōu)化

室內(nèi)三維電子地圖在國內(nèi)的使用已初具規(guī)模，不僅適用于消防應急救援領域，在公共安全服務領域也得到大量的應用。但對于室內(nèi)三維電子的應用也存在著一些行業(yè)痛點，比如制圖周期長，設備普及率低，修圖改圖成本消耗較高。國內(nèi)室內(nèi)地圖行業(yè)也存在著較大的挑戰(zhàn)，面對需求量逐漸增大的國內(nèi)情況，提高室內(nèi)三維電子地圖的質(zhì)量、提升室內(nèi)三維電子地圖的效果、開發(fā)更多室內(nèi)三維電子地圖的應用功能成為了當務之急。

北京蜂鳥視圖科技有限公司對室內(nèi)三維電子地圖進行革新，并開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權的室內(nèi)三維電子地圖引擎以及地圖編輯器。在商業(yè)領域，優(yōu)化室內(nèi)三維電子地圖效果，并進一步推動其發(fā)展趨勢，具體表現(xiàn)在：一是制圖流程簡約化，在消防驗收圖、建筑物CAD等基礎數(shù)據(jù)基礎上可以快速生成室內(nèi)三維電子地圖并輔以簡單易用的地圖編輯工具，社會機構及消防戰(zhàn)士經(jīng)過簡單培訓即可制圖；二是制作成本低，可以支持海量的室內(nèi)三維地圖的制作和調(diào)用；三是各種調(diào)用接口豐富，可以方便對接各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器或嵌入現(xiàn)有的各種信息系統(tǒng)。目前已在湖北、新疆等地的消防部門試用，效果突出。

消防應急救援，在危難來臨之際，總是沖在第一線以保證社會的安全，解救更多的受難人群。具備物聯(lián)網(wǎng)化特點的室內(nèi)三維電子地圖，可為消防應急救援領域提高作戰(zhàn)效率，并同時保證受困人群與消防官兵的人身安全，降低發(fā)生二次突發(fā)事件的風險，為社會帶來更多的安全保障。