普洱市消防救援路径规划系统设计与实现

■ 马骏 普洱市消防救援支队灭火救援指挥部

普洱市面积44221.34 平方千米，仅有13 个消防站、581 家企业专职队和微型消防站。以思茅区为例，思茅城区面积为39 平方千米，建设2 个消防站。按照7 平方千米的标准辖区面积为计算基础，应建设6 个及以上消防站，现在仅占33%。普洱市平均辖区面积较大，但消防站数量配比不足，为消防救援工作增大了难度。这就要求消防指战员接警后能够迅速抵达现场，在最短的时间内掌握现场和目标建筑的情况，制定救援方案，开展救援工作，最大限度减少人员伤亡和财产损失[1]。消防救援路径规划系统利用三维建模软件和灾害仿真等技术，进行目标建筑三维实景的构建。三维立体呈现消防救援力量到目标建筑行程的道路设施、目标建筑内部结构和周围各类消防设施，并运用期望效用理论模型构建消防救援路径选择模型。在目标建筑物内部可视化呈现的基础下，解决救援力量从出发点到目的地的最优路径选择问题，通过Dijkstra 算法实现内攻安全、快捷路径选择。消防救援路径规划系统广泛投入使用可解决救援途中行驶时间过长、目标建筑内安全救援路线选择不当等问题，全面提高队伍灭火救援攻坚能力。

一、消防救援路径选择影响因素分析

参照《机动车道路行驶交通规则》第五十三条规定，本文通过数据记录、分析、比对，归纳出普洱市现阶段影响消防救援行动行程时间有内部因素，如消防驾驶员的驾驶路线习惯，外部因素如车辆堵塞情况、道路交叉口数量、夜间出警等因素。消防救援路径规划是在短期不变因素如路况、道路交叉口、交通信号灯等的前提下，研究可变因素对路径选择的影响，规划消防救援最佳路径。可变因素包括：驾驶人员的驾驶习惯与经验、道路畅通情况、实时天气状况等。

二、消防救援路径规划系统设计

消防救援路径规划系统包括主要包括数据采集、数据选取、数据管理、数据应用4 个方面。运用无人机拍摄鸟瞰图，收集道路交通、目标建筑、建筑内部结构等重要信息。查阅地理GIS 数据，收集辖区地形数据、道路交通数据、建筑地标数据、水源分布数据等。使用Eagle 软件自动对图片信息进行分类整合。将基础数据源按照类型和存储格式要求，利用投影转换、拓扑处理等功能转换成不同类型的数据集。利用消防救援路径规划系统可实现以下功能：第一，通过三维实景模型查看目标建筑周围的消防设施、消防救援力量责任区域划分、消防救援力量与目标建筑之间的路况、目标建筑内部结构内部消防设施。第二，规划最佳救援行程路径。第三，规划内攻救援安全路线。

三、系统关键技术

（一）期望效用理论

期望效用理论在不确定条件下对理性人选择进行分析的框架。可以用于处理不确定性决策问题的分析范式[2]。消防指战员在救援路径选择时面临交通因素、物理因素、环境因素等方面的限制，从而选择的路径大不相同。运用期望效用模型可以帮助消防指战员在第一时间找到快速、安全的路径，高效抵达救援现场开展工作。

（二）Dijkstra 算法

Dijkstra 算法又称迪科斯彻算法，用该算法使求静态最短路径较为简明，目标建筑物内的路线即建筑物建成后可视为静态不变，数据可获得，本文用于求目标建筑内攻安全路线精确度较高[3]。

（三）目标建筑三维实景模型构建

目标建筑三维实景图构建是消防救援路径规划系统重要的组成部分，利用三维建模软件和灾害仿真等技术，通过对建筑物、消防设施的模拟仿真，为消防指战员在计算机系统上提供重点地区、消防安全重点单位的三维建筑结构、场景和各类消防设施信息[4]。消防指战员可以通过三维场景图，迅速直观找到消防设施、就近水源位置、重点部位信息并进行定位，结合算法分析规划出内攻救援需要的安全、就近救援路线，提高消防指战员灭火救援能力和重点场所消防保卫水平。

四、系统应用实例

本文假设普洱市思茅区龙生茶叶大酒店发生火灾急需救援，以此为例，展现消防救援路径规划系统应用全过程。

（一）消防救援行程路径规划

如图所示，从出发点1 到目的地11 之间存在12 条路段，有3 种路径可供选择如图1所示，每个路段数据如图2所示。

图1 各路段示意图

图2 消防救援支队特勤中队到龙生茶叶大酒店各路段数据图

根据期望效用模型得到表1，测算结果显示路径1 的期望效用值最小，是最优消防救援路径。

表1 消防救援支队特勤中队到龙生茶叶大酒店路径期望效用比较表

（二）内攻安全路线规划

假设龙生茶叶大酒店502 房发生火灾，发生火灾房间位于左侧楼梯旁边。v1 为消防救援车辆停靠地点，v2 为消防登高车拟定展开位置，因受实际场地面积限制无法实际操作，故v1—v2 的值为：∞。内攻安全路线规划从剩余路线中选择如图3所示。根据Dijkstra 算法，由图4 可得从v1 开始经过v3、v4 最终到达v7 的路线是最优的内攻安全路线。

图3 龙生茶叶大酒店内攻安全路线图

图4 龙生茶叶大酒店内攻安全路线最短路径比较表

五、结语

本文主要根据普洱市消防救援支队当前灭火救援任务，对消防救援路径规划系统设计与实现进行研究分析。在文章撰写过程中，阐述了消防救援路径规划系统设计与实现意义，确定了构建消防救援路径规划系统工作的重要性。针对消防救援路径的特殊性，从消防救援行车路径规划、目标建筑内攻安全路线规划两个方面构建消防救援路径模型，并通过算例求解分析对模型进行验证。实例验算证明消防救援路径模型及方法的科学性和合理性，证明消防救援路径规划系统建立的必要性和实用性。消防救援路径规划系统已取得初步成功，也存在许多问题需要解决。下一步支队将对系统进行深入挖掘利用、升级功能，提高消防信息化管理水平和灭火救援实战能力。