適用于消防巡檢和移動(dòng)執(zhí)法的地圖應(yīng)用開(kāi)發(fā)

林木棵

摘 要：結(jié)合消防管理的實(shí)際內(nèi)容和遇到的問(wèn)題，提出了一種適用于消防巡檢和移動(dòng)執(zhí)法的地圖應(yīng)用。文中給出了地圖應(yīng)用的總體設(shè)計(jì)，并就地圖應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、跨平臺(tái)、聚合算法、重點(diǎn)單位自動(dòng)預(yù)警等技術(shù)給出了解決方案，最后，以楊浦區(qū)為例，搭建了應(yīng)用示例。

關(guān)鍵詞：消防巡檢 跨平臺(tái)聚合算法 物聯(lián)網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類(lèi)號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（a）-0252-03

做好社會(huì)消防管理工作、創(chuàng)造良好的消防安全環(huán)境是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民安居樂(lè)業(yè)的基礎(chǔ)和保障。如何運(yùn)用最新的技術(shù)來(lái)服務(wù)消防管理工作，李曉剛[1]引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了“消防物聯(lián)網(wǎng)”，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用平臺(tái)；羅明[2]基于百度地圖API，實(shí)現(xiàn)了固定消防設(shè)施地理信息管理；陳能成[3]利用網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)技術(shù)，結(jié)合智能無(wú)線傳感器、RFID以及無(wú)線通訊等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)施智能巡檢。

目前，消防管理涉及到的信息包括重點(diǎn)建筑、重點(diǎn)單位、消火栓、不可通車(chē)道路、街道辦、派出所等。這些信息主要通過(guò)紙質(zhì)手冊(cè)、表格、地圖等來(lái)記錄，這種管理方式存在明顯不足：（1）信息檢索不方便；（2）信息更新不及時(shí)；（3）外出巡檢不便攜帶?；谏鲜鰡?wèn)題，該文結(jié)合地理信息和消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探索出一種適用于消防巡檢和移動(dòng)執(zhí)法的地圖應(yīng)用。

1 總體設(shè)計(jì)

針對(duì)消防巡檢和移動(dòng)執(zhí)法的工作需要，該文設(shè)計(jì)的地圖應(yīng)用（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“該應(yīng)用”）基于網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)，可以運(yùn)行在Windows、Android、IPhone等系統(tǒng)上。

該應(yīng)用的設(shè)計(jì)包括3部分：數(shù)據(jù)層、事務(wù)層和表現(xiàn)層，見(jiàn)圖1。

數(shù)據(jù)層：該系統(tǒng)涉及到的數(shù)據(jù)分為兩大類(lèi)：地圖底圖數(shù)據(jù)和消防專(zhuān)題數(shù)據(jù)。底圖數(shù)據(jù)包括公開(kāi)版天地圖、2.5維地圖等，用于消防人員了解周邊情況；專(zhuān)題數(shù)據(jù)包括重點(diǎn)建筑、重點(diǎn)單位、消火栓、不可通車(chē)道路、街道辦、派出所等，它們分布在底圖之上，是消防人員關(guān)注的重心。

事務(wù)層：處理涉及到的消防事務(wù)，包括專(zhuān)題數(shù)據(jù)分布、專(zhuān)題數(shù)據(jù)更新、重點(diǎn)單位自動(dòng)預(yù)警、移動(dòng)執(zhí)法路線規(guī)劃、周邊消火栓查詢(xún)等。該層是整個(gè)應(yīng)用的核心，是應(yīng)用運(yùn)行準(zhǔn)確率和效率的保障。

表現(xiàn)層：將事務(wù)層的處理結(jié)果展現(xiàn)在底圖上，包括專(zhuān)題數(shù)據(jù)分布、路線規(guī)劃結(jié)果、存在嚴(yán)重隱患的重點(diǎn)單位分布等，同時(shí)需要處理不同瀏覽器表現(xiàn)的差異性，便于應(yīng)用移植到消防部門(mén)常用的平臺(tái)中。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

較傳統(tǒng)的二維地圖而言，三維地圖擁有高程，且更加逼真美觀。然而，三維地圖數(shù)據(jù)量大，生產(chǎn)成本高，對(duì)客戶(hù)端設(shè)備性能要求嚴(yán)格，不便于大規(guī)模推廣。因此，我們選用了2.5維地圖作為替代，一張2.5維地圖即是一個(gè)方向的三維地圖，多個(gè)方向的2.5維地圖并可以近似于三維地圖。

部分情況下，由于數(shù)據(jù)保密的原因，2.5維地圖采用的坐標(biāo)系是地方獨(dú)立坐標(biāo)系，而二維地圖采用的都是WGS84坐標(biāo)系，所以，在地圖切換的過(guò)程中，涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。地方獨(dú)立坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換可以用七參數(shù)算法[4]，七參數(shù)算法精度高，但是參數(shù)的計(jì)算較為麻煩。對(duì)于區(qū)域較小的情況，比如楊浦區(qū)，可以近似看成一個(gè)平面，在這個(gè)基礎(chǔ)上，地方獨(dú)立坐標(biāo)系和WGS84坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)換可以用四參數(shù)算法或者仿射變換。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)地圖來(lái)說(shuō)，仿射變換更為簡(jiǎn)單實(shí)用，又能滿(mǎn)足精度的要求。仿射變換參數(shù)的求解可以使用最小二乘法，對(duì)，其參數(shù)a，b，c計(jì)算公式：

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換涉及到四組仿射變換，包括兩組WGS84坐標(biāo)到城市坐標(biāo)的正向轉(zhuǎn)換，和兩組城市坐標(biāo)到WGS84坐標(biāo)的逆向轉(zhuǎn)換。

2.2 跨平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

該應(yīng)用為了方便在Windows、安卓、蘋(píng)果等系統(tǒng)中無(wú)差異使用，采用HTML方式實(shí)現(xiàn)。目前，常用的基于HTML的API有ArcGIS API For JS、百度地圖API、高德地圖API、谷歌地圖API等，因?yàn)橄缊?zhí)法的地圖大多是借助ArcGIS制作和發(fā)布的，所以使用ArcGIS API For JS會(huì)方便很多。但是，ArcGIS API比較笨重，解壓后的大小近100 M，在通過(guò)移動(dòng)設(shè)備訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)時(shí)，網(wǎng)頁(yè)響應(yīng)很慢，嚴(yán)重影響用戶(hù)使用。

在兼顧功能和效率的情況下，Leaflet給我們提供了一個(gè)完美的解決方案[5-7]。Leaflet是一個(gè)為建設(shè)移動(dòng)設(shè)備友好的互動(dòng)地圖，由Vladimir Agafonkin帶領(lǐng)一個(gè)專(zhuān)業(yè)貢獻(xiàn)者團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的現(xiàn)代的、開(kāi)源的JavaScript庫(kù)，代碼僅有33 kB，但卻具有開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)在線地圖的大部分功能。針對(duì)特殊的復(fù)雜應(yīng)用，例如地圖標(biāo)注、數(shù)據(jù)聚合、投影變換等，Leaflet提供了相應(yīng)的庫(kù)，Leaflet擴(kuò)展性極強(qiáng)，開(kāi)發(fā)人員可根據(jù)自身需求進(jìn)行擴(kuò)展開(kāi)發(fā)，適合消防執(zhí)法應(yīng)用的專(zhuān)題開(kāi)發(fā)。

2.3 聚合算法

消防管理涉及到的消火栓（單指“室外消火栓”）量大且分布緊湊，例如楊浦區(qū)的消火栓有2 500多個(gè)，試想在地圖全屏的情況下，將2 500多個(gè)消火栓密密麻麻地都顯示在地圖上是不切實(shí)際的，這時(shí)候就需要聚合算法。呂攀[8]提出了基于行政區(qū)劃的聚合方式，戴鳳嬌[9]提出了基于視圖矩形和標(biāo)記點(diǎn)間距離的算法。按照行政區(qū)劃逐級(jí)聚合顯示是一種策略，但是無(wú)法處理最小行政級(jí)別下仍舊存在消火栓數(shù)目多且集中的情況。

該文對(duì)視圖矩形算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了動(dòng)態(tài)聚合算法。動(dòng)態(tài)聚合的算法如下：

（1）查詢(xún)當(dāng)前地圖顯示區(qū)域的所有消火栓集。

（2）以鼠標(biāo)點(diǎn)擊處或地圖中心處為聚合中心，聚合區(qū)域采用矩形，以設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)值為聚合區(qū)長(zhǎng)寬，該經(jīng)驗(yàn)值應(yīng)為像素值，可根據(jù)顯示終端設(shè)備改變而改變，并設(shè)置閾值。

（3）根據(jù)聚合中心、聚合邊長(zhǎng)和設(shè)備顯示窗口（單位取像素）計(jì)算當(dāng)前需要計(jì)算的所有聚合中心集，并按照與（2）中的聚合中心距離順序排列。

（4）將（3）中的聚合中心集依次取出，根據(jù)聚合邊長(zhǎng)，計(jì)算消火栓集中在聚合區(qū)域內(nèi)的數(shù)目，若該數(shù)目超過(guò)閾值，則在地圖上顯示聚合值，反之，則顯示每個(gè)消火栓。對(duì)于在聚合區(qū)域內(nèi)的消火栓，在運(yùn)算后移出消火栓集。

（5）直到聚合中心集合為空或者消火栓集合為空時(shí)，聚合運(yùn)算結(jié)束。

該聚類(lèi)算法考慮了用戶(hù)的視覺(jué)重心，又考慮了使用設(shè)備的分辨率的不同。算法的復(fù)雜度為o（n），在應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)量的情況下較有優(yōu)勢(shì)。

2.4 重點(diǎn)單位自動(dòng)預(yù)警

重點(diǎn)單位是社會(huì)單位消防安全中的重要單元，由于我國(guó)的消防警力有限，因此對(duì)重點(diǎn)單位消防安全進(jìn)行評(píng)估和預(yù)警，顯得尤為必要。

自動(dòng)預(yù)警包含兩部分內(nèi)容：評(píng)估模型選擇和消防數(shù)據(jù)獲取。評(píng)估模型可以使用Delphi專(zhuān)家打分法，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行打分，應(yīng)用層次分析法和相關(guān)數(shù)學(xué)手段計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，并根據(jù)實(shí)際情況，制定各指標(biāo)的打分標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]。消防數(shù)據(jù)與評(píng)估模型相關(guān)，該文采用的Delphi專(zhuān)家打分法需要獲取建筑物特征因子、危險(xiǎn)源因子、消防設(shè)施因子、疏散因子、管理因子數(shù)據(jù)。消防數(shù)據(jù)的獲取可以使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用傳感器監(jiān)測(cè)可燃物、消防設(shè)施溫濕度等重要數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)消防數(shù)據(jù)和評(píng)估模型，計(jì)算各重點(diǎn)單位的安全級(jí)別，對(duì)有中等、較高、極高風(fēng)險(xiǎn)的單位在地圖上高亮顯示，對(duì)較高和極高風(fēng)險(xiǎn)的單位及時(shí)短信通知管理員，以便管理員去實(shí)地進(jìn)行檢查和整改。借助物聯(lián)網(wǎng)基數(shù)，該應(yīng)用可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各重點(diǎn)單位的安全情況。

3 系統(tǒng)示例

以楊浦區(qū)為例，作者搭建了一個(gè)應(yīng)用示例。示例中的底圖數(shù)據(jù)包括2.5維地圖和天地圖，均以ArcGIS瓦片地圖服務(wù)的方式發(fā)布，使用Leaflet進(jìn)行調(diào)用顯示。示例使用HTML5技術(shù)，可運(yùn)行在Android、IPhone或Windows設(shè)備上，并可嵌入到第三方辦公組件中，方便用戶(hù)使用。示例中的仿射變換參數(shù)，從WGS84到城市坐標(biāo)：（110875.69，51.53，-3469512.8；-59.24，95200.30，-11561855.4）；從城市坐標(biāo)到WGS84：（9.01911E-6，-4.88223E-9，31.2355；5.611887E-9，1.050416E-5，121.46711），這套變換參數(shù)精度可達(dá)1 m，可以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)地圖應(yīng)用。見(jiàn)圖2、圖3。

4 結(jié)語(yǔ)

該文結(jié)合消防管理的內(nèi)容和遇到的困難，利用地理信息技術(shù)和消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出一種基于Leaflet的消防巡檢和移動(dòng)執(zhí)法的地圖應(yīng)用，給出了應(yīng)用的總體設(shè)計(jì)，并就搭建應(yīng)用中涉及到的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、聚合顯示技術(shù)、重點(diǎn)單位自動(dòng)預(yù)警進(jìn)行了闡述，并以楊浦區(qū)為例搭建了系統(tǒng)示例。

參考文獻(xiàn)

[1] 李曉剛. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在創(chuàng)新社會(huì)消防管理方面的應(yīng)用[J]. 科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2013，23（10）：133-136.

[2] 羅明. 基于百度地圖API實(shí)現(xiàn)固定消防設(shè)施地理信息管理[J]. 電子世界，2014（4）：176.

[3] 陳能成，李丹丹，肖長(zhǎng)江，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)GIS的消防智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地理信息世界，2016，23（4）：71-75.

[4] 蔣小軍，宋占峰，吳清華.地方獨(dú)立坐標(biāo)系與WGS-84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法及應(yīng)用[J].鐵道勘察，2010，36（4）：12-14，17.

[5] 胡慶武，陳亞男，周洋，等.開(kāi)源GIS進(jìn)展及其典型應(yīng)用研究[J]. 地理信息世界，2009，7（1）：46-55.

[6] 胡達(dá)天，胡慶武.基于開(kāi)源系統(tǒng)的跨平臺(tái)地圖客戶(hù)端開(kāi)發(fā)[J]. 測(cè)繪科學(xué)，2015，40（7）：142-145.

[7] 李正學(xué)，許捍衛(wèi).基于開(kāi)源的輕量級(jí)WebGIS開(kāi)發(fā)框架的研究與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪與空間地理信息，2015（5）：53-55.

[8] 呂攀，余芳.一種通用聚合算法在統(tǒng)計(jì)工作中的應(yīng)用研究[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2007，17（1）：219-221.

[9] 戴鳳嬌，肖林華，楊琭，等.基于百度地圖的標(biāo)記點(diǎn)聚合算法研究[J].中國(guó)科技信息，2013（23）：82-85.

[10] 胡建軍.消防安全重點(diǎn)單位火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)用研究[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2014（8）：22-25.