普洱市消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

■ 馬駿 普洱市消防救援支隊滅火救援指揮部

普洱市面積44221.34 平方千米，僅有13 個消防站、581 家企業(yè)專職隊和微型消防站。以思茅區(qū)為例，思茅城區(qū)面積為39 平方千米，建設2 個消防站。按照7 平方千米的標準轄區(qū)面積為計算基礎，應建設6 個及以上消防站，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現(xiàn)場，在最短的時間內(nèi)掌握現(xiàn)場和目標建筑的情況，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害仿真等技術(shù)，進行目標建筑三維實景的構(gòu)建。三維立體呈現(xiàn)消防救援力量到目標建筑行程的道路設施、目標建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和周圍各類消防設施，并運用期望效用理論模型構(gòu)建消防救援路徑選擇模型。在目標建筑物內(nèi)部可視化呈現(xiàn)的基礎下，解決救援力量從出發(fā)點到目的地的最優(yōu)路徑選擇問題，通過Dijkstra 算法實現(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間過長、目標建筑內(nèi)安全救援路線選擇不當?shù)葐栴}，全面提高隊伍滅火救援攻堅能力。

一、消防救援路徑選擇影響因素分析

參照《機動車道路行駛交通規(guī)則》第五十三條規(guī)定，本文通過數(shù)據(jù)記錄、分析、比對，歸納出普洱市現(xiàn)階段影響消防救援行動行程時間有內(nèi)部因素，如消防駕駛員的駕駛路線習慣，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、交通信號燈等的前提下，研究可變因素對路徑選擇的影響，規(guī)劃消防救援最佳路徑?？勺円蛩匕ǎ厚{駛?cè)藛T的駕駛習慣與經(jīng)驗、道路暢通情況、實時天氣狀況等。

二、消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)設計

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)應用4 個方面。運用無人機拍攝鳥瞰圖，收集道路交通、目標建筑、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)、建筑地標數(shù)據(jù)、水源分布數(shù)據(jù)等。使用Eagle 軟件自動對圖片信息進行分類整合。將基礎數(shù)據(jù)源按照類型和存儲格式要求，利用投影轉(zhuǎn)換、拓撲處理等功能轉(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)可實現(xiàn)以下功能：第一，通過三維實景模型查看目標建筑周圍的消防設施、消防救援力量責任區(qū)域劃分、消防救援力量與目標建筑之間的路況、目標建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部消防設施。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理性人選擇進行分析的框架?？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。運用期望效用模型可以幫助消防指戰(zhàn)員在第一時間找到快速、安全的路徑，高效抵達救援現(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，本文用于求目標建筑內(nèi)攻安全路線精確度較高[3]。

（三）目標建筑三維實景模型構(gòu)建

目標建筑三維實景圖構(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害仿真等技術(shù)，通過對建筑物、消防設施的模擬仿真，為消防指戰(zhàn)員在計算機系統(tǒng)上提供重點地區(qū)、消防安全重點單位的三維建筑結(jié)構(gòu)、場景和各類消防設施信息[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施、就近水源位置、重點部位信息并進行定位，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場所消防保衛(wèi)水平。

四、系統(tǒng)應用實例

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

（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，每個路段數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖1 各路段示意圖

圖2 消防救援支隊特勤中隊到龍生茶葉大酒店各路段數(shù)據(jù)圖

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。

表1 消防救援支隊特勤中隊到龍生茶葉大酒店路徑期望效用比較表

（二）內(nèi)攻安全路線規(guī)劃

假設龍生茶葉大酒店502 房發(fā)生火災，發(fā)生火災房間位于左側(cè)樓梯旁邊。v1 為消防救援車輛?？康攸c，v2 為消防登高車擬定展開位置，因受實際場地面積限制無法實際操作，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v7 的路線是最優(yōu)的內(nèi)攻安全路線。

圖3 龍生茶葉大酒店內(nèi)攻安全路線圖

圖4 龍生茶葉大酒店內(nèi)攻安全路線最短路徑比較表

五、結(jié)語

本文主要根據(jù)普洱市消防救援支隊當前滅火救援任務，對消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)設計與實現(xiàn)進行研究分析。在文章撰寫過程中，闡述了消防救援路徑規(guī)劃系統(tǒng)設計與實現(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。針對消防救援路徑的特殊性，從消防救援行車路徑規(guī)劃、目標建筑內(nèi)攻安全路線規(guī)劃兩個方面構(gòu)建消防救援路徑模型，并通過算例求解分析對模型進行驗證。實例驗算證明消防救援路徑模型及方法的科學性和合理性，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。下一步支隊將對系統(tǒng)進行深入挖掘利用、升級功能，提高消防信息化管理水平和滅火救援實戰(zhàn)能力。