VRGIS在智能應急指揮系統(tǒng)中的應用研究

吳合義 ，黃寶香

（1.北京中海新圖科技有限公司，北京 100085；2.青島大學 信息工程學院，山東 青島 266100）

公共突發(fā)事件應急管理是一個龐大的體系，包括警察、消防隊員、醫(yī)療急救人員、指揮中心等，需在各個層面上橫向拉動各職能部門并做到上傳下達，在各專業(yè)部門上下級組織之間建立垂直的專業(yè)應急溝通網(wǎng)絡。在應急管理系統(tǒng)中，VRGIS技術可以實現(xiàn)災害資料獲取、資源定位、資源最優(yōu)調(diào)配路線分析，提高預案規(guī)劃能力，及時提供決策支持、導航等功能。

1 應急管理系統(tǒng)構成

應急管理系統(tǒng)具體包括實時監(jiān)控系統(tǒng)、應急指揮場所系統(tǒng)、基礎支撐系統(tǒng)與綜合應用系統(tǒng)等，每個系統(tǒng)還有很多分系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 應急管理系統(tǒng)構成

2 VRGIS平臺插件式架構

VRGIS是基于OpenGL開發(fā)的三維圖形引擎，支持由多數(shù)據(jù)源、多分辨率的海量數(shù)據(jù)所構建的三維場景的穩(wěn)定快速導航，旨在滿足面向城域景觀虛擬仿真的高端需求，基于該平臺可搭建應急指揮系統(tǒng)的城市級三維場景。VRGIS采用插件式架構，具有良好的擴展性。把擴展功能從框架中剝離出來，可降低框架的復雜度，讓框架更容易實現(xiàn)。擴展功能與框架以一種很松散的方式耦合，兩者在保持接口不變的情況下，可以獨立變化和發(fā)布，如圖2。

圖2 VRGIS平臺插件式架構

由此插件式架構，可通過接口控制VRGIS CORE中的任意節(jié)點，并為每個節(jié)點引入回調(diào)接口，通過繼承修改該接口，控制節(jié)點的各種渲染狀態(tài)。增加模塊時，只需繼承平臺中的接口，開發(fā)自己的插件。平臺可以自動加載該插件，并動態(tài)調(diào)用插件接口。

3 基于VRGIS平臺的應急指揮系統(tǒng)設計

應急管理系統(tǒng)需要具備如下能力：①早期各類信息的匯集、分析能力；②快速反應能力；③水平信息整合和共享能力；④足夠的信息匯集和指揮通訊能力；⑤具有冗余性和可靠性設計。根據(jù)這些要求，將應急管理系統(tǒng)進一步拆解，如圖3所示。

圖3 智能應急管理系統(tǒng)

應急管理系統(tǒng)由硬件、軟件構成，核心目標是使應急相關信息（包含從下面采集來的信息和從上面下發(fā)的指令信息）在整個系統(tǒng)中安全、快速、無障礙地流通；而管理中間件的設置，則向上屏蔽了下面復雜的硬件細節(jié)，對應用層開放一個標準的、可編程的業(yè)務接口，使得千變?nèi)f化的應急應用能夠有效地調(diào)用下層的硬件資源，從而在系統(tǒng)層面將應急應用與應急支撐系統(tǒng)融為一體，為應急操作與處置提供最好的支撐。

系統(tǒng)建設過程中應充分考慮應急指揮系統(tǒng)的地理空間特征，可借助VRGIS技術對空間信息的形象表達能力和對空間數(shù)據(jù)的管理能力，集成為應急采集與通訊、應急傳輸網(wǎng)絡、應急數(shù)據(jù)中心、應急管理平面，如圖4所示。四個部分之間有非常緊密的銜接和對應，每個部分自成體系，組合在一起又構成系統(tǒng)。

4 基于VRGIS平臺的應急指揮系統(tǒng)功能研究

圖4 基于VRGIS平臺的智能化應急系統(tǒng)架構

基于VRGIS平臺海量三維數(shù)據(jù)構建的城市級場景，應急指揮系統(tǒng)可實現(xiàn)火災、地震、交通事故等災害的應急指揮。VRGIS平臺的三維場景快速構建、緩沖區(qū)分析、最短路徑等功能都將為智能應急提供強有力的技術支持，如圖5。結合VRGIS中的三維動畫、碰撞效果和錄制功能，可對災難進行三維實時效果模擬。同時，結合救災路線模擬和災害預測功能對結果進行預測和分析。

圖5 VRGIS平臺應急保障

4.1 火災三維動態(tài)實時模擬

VRGIS平臺可實現(xiàn)對火焰、煙霧的實時模擬，如圖6。并根據(jù)火焰、火勢等數(shù)據(jù)，結合風向、建筑物結構、建筑物組成成分、空氣流通等因素，模擬火勢的發(fā)展，對建筑物著火部分做進一步的預測和推斷。利用VRGIS平臺的動畫和觸發(fā)功能，對火災發(fā)生情況下人員如何自救等演示，也可以達到很好的教育目的。

圖6 VRGIS平臺火焰效果

4.2 水災三維動態(tài)實時模擬

水災發(fā)生時，可通過水淹分析模塊對淹沒區(qū)域、水流趨勢進行探測和虛擬場景演示，如圖7。

圖7 VRGIS平臺水淹分析

4.3 交通事故三維動態(tài)實時模擬

對于在各類市政道路、橋梁坍塌、管道爆裂、管溝工程施工和檢修維修過程中發(fā)生的生產(chǎn)安全事故（險情）導致的交通事故進行三維虛擬模擬，如圖8。結合救災模塊，對人員應急疏通作出實時分析。利用建筑物的透明展示功能，可以實現(xiàn)對地下交通工具的效果展示。當?shù)罔F輕軌發(fā)生特別重大事故時，會使人民群眾生命財產(chǎn)和地鐵正常運營受到嚴重威脅，通過三維實時預測和演示，可提高人們對交通安全的認識。

圖8 VRGIS平臺交通事故模擬

4.4 地震災難模擬

利用準確的地理信息數(shù)據(jù)，包括矢量數(shù)據(jù)和人口位置信息，實現(xiàn)不同地震級別下的災害三維模擬。當?shù)卣疠^嚴重時，模擬建筑物的倒塌和人員傷亡情況，對傷亡指數(shù)進行預測分析，得到合理的結果。另外，對地震時人在不同位置和環(huán)境條件下如何采取正確的自救措施進行演示。

4.5 救災路線

模擬在地震、火災等災難情況下已有的救災路線和救災方式。通過攝像機或傳感器，獲得人體的地理坐標，將該地理坐標轉化到虛擬場景中，實時跟蹤虛擬人體，實現(xiàn)人體的動態(tài)準確定位和實時模擬，如圖9。可以根據(jù)人員的位置、建筑應急出口、火勢情況等因素，生成當前的最佳逃生路徑并通知逃生者，盡可能地避免人員傷亡。另外，還可以結合交通模塊對當前的疏散路線進行設定，并通過透明功能對緊急避難場所的地點和路線進行顯示。

圖9 VRGIS平臺人員疏通與緊急救援模擬

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