普洱市消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬駿

摘要：普洱市消防救援支隊(duì)擔(dān)負(fù)著全市的火災(zāi)預(yù)防、撲救和應(yīng)急救援的任務(wù)?，F(xiàn)有的城市重大事故及地質(zhì)性災(zāi)害事故救援應(yīng)急通信系統(tǒng)（以下簡稱兩大應(yīng)急通信系統(tǒng)）已不能滿足隊(duì)伍滅火救援實(shí)戰(zhàn)指揮工作需要。本文運(yùn)用期望效用理論模型構(gòu)建消防救援行車路徑選擇模型，運(yùn)用Dijkstra算法構(gòu)建目標(biāo)建筑內(nèi)救援路線選擇模型，統(tǒng)稱為消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)。消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)的創(chuàng)建能夠可視化呈現(xiàn)最佳消防救援路徑并輔助制定數(shù)字化預(yù)案，提高隊(duì)伍消防信息化管理水平和滅火救援實(shí)戰(zhàn)能力。

關(guān)鍵詞：消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng);期望效用理論模型;Dijkstra算法

普洱市面積44221.34平方千米，僅有13個(gè)消防站、581家企業(yè)專職隊(duì)和微型消防站。以思茅區(qū)為例，思茅城區(qū)面積為39平方千米，建設(shè)2個(gè)消防站。按照7平方千米的標(biāo)準(zhǔn)轄區(qū)面積為計(jì)算基礎(chǔ)，應(yīng)建設(shè)6個(gè)及以上消防站，現(xiàn)在僅占33%。普洱市平均轄區(qū)面積較大，但消防站數(shù)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(zhàn)員接警后能夠迅速抵達(dá)現(xiàn)場，在最短的時(shí)間內(nèi)掌握現(xiàn)場和目標(biāo)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(cái)產(chǎn)損失[1]。消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)利用三維建模軟件和災(zāi)害仿真等技術(shù)，進(jìn)行目標(biāo)建筑三維實(shí)景的構(gòu)建。三維立體呈現(xiàn)消防救援力量到目標(biāo)建筑行程的道路設(shè)施、目標(biāo)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和周圍各類消防設(shè)施，并運(yùn)用期望效用理論模型構(gòu)建消防救援路徑選擇模型。在目標(biāo)建筑物內(nèi)部可視化呈現(xiàn)的基礎(chǔ)下，解決救援力量從出發(fā)點(diǎn)到目的地的最優(yōu)路徑選擇問題，通過Dijkstra算法實(shí)現(xiàn)內(nèi)攻安全、快捷路徑選擇。消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)廣泛投入使用可解決救援途中行駛時(shí)間過長、目標(biāo)建筑內(nèi)安全救援路線選擇不當(dāng)?shù)葐栴}，全面提高隊(duì)伍滅火救援攻堅(jiān)能力。

一、消防救援路徑選擇影響因素分析

參照《機(jī)動(dòng)車道路行駛交通規(guī)則》第五十三條規(guī)定，本文通過數(shù)據(jù)記錄、分析、比對(duì)，歸納出普洱市現(xiàn)階段影響消防救援行動(dòng)行程時(shí)間有內(nèi)部因素，如消防駕駛員的駕駛路線習(xí)慣，外部因素如車輛堵塞情況、道路交叉口數(shù)量、夜間出警等因素。消防救援路徑規(guī)劃是在短期不變因素如路況、道路交叉口、交通信號(hào)燈等的前提下，研究可變因素對(duì)路徑選擇的影響，規(guī)劃消防救援最佳路徑?？勺円蛩匕ǎ厚{駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣與經(jīng)驗(yàn)、道路暢通情況、實(shí)時(shí)天氣狀況等。

二、消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)

消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)包括主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用4個(gè)方面。運(yùn)用無人機(jī)拍攝鳥瞰圖，收集道路交通、目標(biāo)建筑、建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)等重要信息。查閱地理GIS數(shù)據(jù)，收集轄區(qū)地形數(shù)據(jù)、道路交通數(shù)據(jù)、建筑地標(biāo)數(shù)據(jù)、水源分布數(shù)據(jù)等。使用Eagle軟件自動(dòng)對(duì)圖片信息進(jìn)行分類整合。將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源按照類型和存儲(chǔ)格式要求，利用投影轉(zhuǎn)換、拓?fù)涮幚淼裙δ苻D(zhuǎn)換成不同類型的數(shù)據(jù)集。利用消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：第一，通過三維實(shí)景模型查看目標(biāo)建筑周圍的消防設(shè)施、消防救援力量責(zé)任區(qū)域劃分、消防救援力量與目標(biāo)建筑之間的路況、目標(biāo)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部消防設(shè)施。第二，規(guī)劃最佳救援行程路徑。第三，規(guī)劃內(nèi)攻救援安全路線。

三、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）期望效用理論

期望效用理論在不確定條件下對(duì)理性人選擇進(jìn)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(zhàn)員在救援路徑選擇時(shí)面臨交通因素、物理因素、環(huán)境因素等方面的限制，從而選擇的路徑大不相同。運(yùn)用期望效用模型可以幫助消防指戰(zhàn)員在第一時(shí)間找到快速、安全的路徑，高效抵達(dá)救援現(xiàn)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(tài)最短路徑較為簡明，目標(biāo)建筑物內(nèi)的路線即建筑物建成后可視為靜態(tài)不變，數(shù)據(jù)可獲得，本文用于求目標(biāo)建筑內(nèi)攻安全路線精確度較高[3]。

（三）目標(biāo)建筑三維實(shí)景模型構(gòu)建

目標(biāo)建筑三維實(shí)景圖構(gòu)建是消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)重要的組成部分，利用三維建模軟件和災(zāi)害仿真等技術(shù)，通過對(duì)建筑物、消防設(shè)施的模擬仿真，為消防指戰(zhàn)員在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上提供重點(diǎn)地區(qū)、消防安全重點(diǎn)單位的三維建筑結(jié)構(gòu)、場景和各類消防設(shè)施信息[4]。消防指戰(zhàn)員可以通過三維場景圖，迅速直觀找到消防設(shè)施、就近水源位置、重點(diǎn)部位信息并進(jìn)行定位，結(jié)合算法分析規(guī)劃出內(nèi)攻救援需要的安全、就近救援路線，提高消防指戰(zhàn)員滅火救援能力和重點(diǎn)場所消防保衛(wèi)水平。

四、系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

本文假設(shè)普洱市思茅區(qū)龍生茶葉大酒店發(fā)生火災(zāi)急需救援，以此為例，展現(xiàn)消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)應(yīng)用全過程。

（一）消防救援行程路徑規(guī)劃

如圖所示，從出發(fā)點(diǎn)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(gè)路段數(shù)據(jù)如圖2所示。

根據(jù)期望效用模型得到表1，測算結(jié)果顯示路徑1的期望效用值最小，是最優(yōu)消防救援路徑。

（二）內(nèi)攻安全路線規(guī)劃

假設(shè)龍生茶葉大酒店502房發(fā)生火災(zāi)，發(fā)生火災(zāi)房間位于左側(cè)樓梯旁邊。v1為消防救援車輛?？康攸c(diǎn)，v2為消防登高車擬定展開位置，因受實(shí)際場地面積限制無法實(shí)際操作，故v1—v2的值為：∞。內(nèi)攻安全路線規(guī)劃從剩余路線中選擇如圖3所示。根據(jù)Dijkstra算法，由圖4可得從v1開始經(jīng)過v3、v4最終到達(dá)v7的路線是最優(yōu)的內(nèi)攻安全路線。

五、結(jié)語

本文主要根據(jù)普洱市消防救援支隊(duì)當(dāng)前滅火救援任務(wù)，對(duì)消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究分析。在文章撰寫過程中，闡述了消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)意義，確定了構(gòu)建消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)工作的重要性。針對(duì)消防救援路徑的特殊性，從消防救援行車路徑規(guī)劃、目標(biāo)建筑內(nèi)攻安全路線規(guī)劃兩個(gè)方面構(gòu)建消防救援路徑模型，并通過算例求解分析對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)例驗(yàn)算證明消防救援路徑模型及方法的科學(xué)性和合理性，證明消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)建立的必要性和實(shí)用性。消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)已取得初步成功，也存在許多問題需要解決。下一步支隊(duì)將對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行深入挖掘利用、升級(jí)功能，提高消防信息化管理水平和滅火救援實(shí)戰(zhàn)能力。

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