基于GIS分析的智能城市消防系統(tǒng)布局研究

鄒徽強

（韶關市城鄉(xiāng)規(guī)劃市政設計研究院）

1 引言

在智能城市規(guī)劃中，消防系統(tǒng)布局是城市消防規(guī)劃的重要內(nèi)容。城市消防系統(tǒng)布局包括城市消防站的選址和消防站責任區(qū)的劃分。針對我國消防站在系統(tǒng)布局方面出現(xiàn)的，如消防站的位置、數(shù)量、規(guī)模和服務區(qū)的規(guī)劃不完善等問題，使用GIS位置分配原理，能夠有效改進消防站的規(guī)劃問題，優(yōu)化消防系統(tǒng)的布局，不斷提高消防站功能的發(fā)揮，實現(xiàn)其在城市管理與安全保障中的作用。

2 GIS位置分配原理

在GIS技術(shù)的發(fā)展過程中，其位置分配原理是指，地理信息系統(tǒng)根據(jù)特定的優(yōu)化模型、給定需求和已有的設施分布，從有關用戶指定的系列候選設施選址中，選出指定數(shù)目的設施選址，從而實現(xiàn)設施的優(yōu)化布局。地理信息系統(tǒng)優(yōu)化模型具有較多的優(yōu)點[1]。例如，能夠?qū)崿F(xiàn)最小化抗阻、最大化覆蓋、最小化設施點數(shù)及最大化人流量等。

3 基于GIS優(yōu)化消防系統(tǒng)布局

3.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)獲取

在基于地理信息系統(tǒng)的智能城市消防系統(tǒng)布局研究中，通過對研究區(qū)域的數(shù)據(jù)獲取，對當?shù)氐娜藛T狀況和地理位置等進行了解，并且從當?shù)氐穆肪W(wǎng)、建筑物以及城市的地形圖入手，建立數(shù)字化的模型。同時，需要對當?shù)氐囊呀?jīng)建立的消防站和預備的消防站的選址進行了解。

3.2 路網(wǎng)模型的構(gòu)建

在智能城市的構(gòu)建中，消防系統(tǒng)的布局需要和整個城市的建設相結(jié)合。其中，包括城市的路網(wǎng)模型的建設和布局。在智能城市的路網(wǎng)模型的構(gòu)建中，首先要提取城市道路的基礎數(shù)據(jù)，從城市的地形圖中獲取城市的鐵路、公路、干路、支路等數(shù)據(jù)信息，并將這些信息導入到城市地理信息數(shù)據(jù)庫“道路”類的要素之中，建立相關的行車時間和行車路線。然后，進行拓撲處理，著重對線要素的重合、交叉、自重疊以及自交叉進行拓撲處理。最后，建立智能城市的路網(wǎng)模型。在城市路網(wǎng)模型的建立中，要考慮到消防車輛在道路上行駛時具有一定的優(yōu)先權(quán)。

3.3 火災風險的評估

在智能城市的構(gòu)建中，利用GIS技術(shù)能夠提高城市火災風險評估的效能。根據(jù)城市自然要素和社會要素等建立網(wǎng)格單元的城市火災風險評級單元，能夠有效提高火災風險評估的科學性。另外，城市區(qū)域火災風險評估具有綜合性、先導性和前瞻性等特性，使得其在工作過程中的難度比較大。利用GIS數(shù)據(jù)管理和空間分析技術(shù)，能夠推動城市區(qū)域火災風險評估中的信息收集、空間分析和決策等內(nèi)容，實現(xiàn)城市區(qū)域火災風險評估的科學化和系統(tǒng)化。

3.4 應用GIS優(yōu)化消防站站點布局

在使用GIS技術(shù)對智能城市的消防站點的布局進行優(yōu)化的過程中，可以從最小化設施點數(shù)模型計算消防站點數(shù)，從最大化覆蓋范圍模型確定比選范圍，同時基于服務區(qū)消防站的布局優(yōu)化等方面來考慮，提高城市消防站點布局的合理性和科學性，推動消防站防災、減災功能的有效發(fā)揮。

最小化設施點數(shù)模型計算消防站點數(shù)。在實施GIS分析技術(shù)對消防站點優(yōu)化布局中，能夠通過網(wǎng)絡模擬最小化設施點數(shù)模型來計算消防站點數(shù)。通過對城鎮(zhèn)范圍內(nèi)部的消防站點、火災發(fā)生的位置以及阻斷中抗等進行設置，從而得到消防區(qū)域范圍內(nèi)最大設施的最大服務時間。

在應用GIS技術(shù)實現(xiàn)對消防站點布局優(yōu)化的過程中，通過最大化覆蓋范圍模型可以確定比選方案。在應用最大化覆蓋范圍模型中，對阻抗中斷進行設置。通過網(wǎng)絡模擬，能夠得到一個消防站在5min之內(nèi)所能到達的消防站的數(shù)目、平均耗時和覆蓋率等狀況[2]。

基于服務區(qū)的消防站布局優(yōu)化，是通過對消防站服務區(qū)的優(yōu)化管理，從而實現(xiàn)對消防站布局的優(yōu)化。傳統(tǒng)的消防站點在布局的過程中，其服務區(qū)的邊界相互穿插，使得其管理過程中的難度較大。因此，應該對消防站的服務邊界進行科學的管理，劃清服務區(qū)的邊界，避免出現(xiàn)消防站服務區(qū)管理交叉或者疏漏的現(xiàn)象。再者，根據(jù)推薦的方案進行最大化覆蓋分配。在消防站優(yōu)化布局中，適當考慮經(jīng)濟因素，提高其服務的效率，縮短消防車輛的出勤時間，對最大距離限制的最小化抗阻問題進行解決。

3.5 消防站選址的可達性分析

在消防系統(tǒng)布局的過程中，對消防站選址的可達性進行分析，應該盡量考慮到消防站的覆蓋水平和相關的出勤時間，在能夠保證出勤的狀況下，不斷提高消防站點的覆蓋水平。通過網(wǎng)絡模擬，對消防站點的的可達性進行經(jīng)濟、資源等方面的分析。同時，結(jié)合道路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，不斷提高消防站選址的科學性和合理性。其中，包括基于最小抗阻的可達性分析、基于平均出行時間的可達性分析以及基于出行范圍的消防站機動能力分析。

在基于最小抗阻的可達性分析中，通過對最小抗阻的可達性分析方法，測出各個消防站點到潛在的火災發(fā)生點的可達性指標，即從消防站點到潛在的火災發(fā)生點的行車時間。通過對各個消防站點最小抗阻可達性分析，可以得出相關的最小的消防站點的可達性、最大的消防站點的可達性以及平均的消防站點的可達性。當各個消防站點到各個潛在火災發(fā)生點的平均可達性指標較高時，可發(fā)現(xiàn)其城市道路的通行能力不足。并且，城市道路網(wǎng)的密度不足，消防車輛到達潛在火災發(fā)生點的時間難以控制在5min之內(nèi)，從而對消防車輛在潛在火災位置點的覆蓋率產(chǎn)生一定的影響，使得消防站點的覆蓋范圍較低。

在基于平均出行時間的可達性分析中，通過利用相關的平均出行時間的可達性分析方法，選擇城市中潛在的火災發(fā)生點作為起點，而將消防站作為最終的目的點，對起始點和目的點之間的成本矩陣進行分析，從而得出潛在火災發(fā)生點到消防站點之間的最短出行路程和最短出行時間。最終得到消防站點和潛在的火災發(fā)生點的平均出行時間的可達性指標。當城市的主干道路體系較為完善時，其消防站點的可達性指標較高。而當城市的道路網(wǎng)的通達性較差，且城市道路體系不完善時，其消防站點到潛在火災發(fā)生點的可達性指標較低。

在基于出行范圍的消防站機動能力分析中，其也可以通過基于出行范圍的可達性分析方法，利用GIS對服務區(qū)網(wǎng)絡分析功能而得到。通過網(wǎng)絡模擬中的抗阻中斷設置，對消防站街道報警后到達相關報警區(qū)域的時間進行衡量，以此來得到消防車輛出行機動能力水平。從模擬實踐中可以發(fā)現(xiàn)，城市道路交通不發(fā)達的地區(qū)，消防車的出行的機動能力水平較高；而在城市中經(jīng)濟較為繁榮的核心區(qū)域內(nèi)，受到車速和道路交叉口的限制，消防車輛的出行機動能力水平反而不高。

4 基于GIS分析對消防系統(tǒng)布局研究結(jié)論

在基于GIS位置分配原理的消防車輛布局研究中，可以發(fā)現(xiàn)合理確定消防站點的數(shù)量、位置以及服務區(qū)域的范圍，對優(yōu)化消防系統(tǒng)布局，提高消防車輛站點功能的發(fā)揮具有重要意義。另外，在GIS技術(shù)應用于城市消防管理中，還能提高對火災風險評估的科學性。通過將GIS技術(shù)與城市區(qū)域火災風險評估方法相結(jié)合，可以把評估的結(jié)果以圖形的方式在地理信息網(wǎng)格中表現(xiàn)出來，提高評估結(jié)果的直觀性以及評估模型利用的效能，使得評估的結(jié)果更加合理。

5 結(jié)語

隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，其在智能城市消防系統(tǒng)規(guī)劃中的應用也越見深入。在智能城市消防系統(tǒng)布局的研究中，利用GIS技術(shù)能夠?qū)Τ鞘邢勒军c在數(shù)量、位置以及服務區(qū)域的劃分等方面進行合理的設定，從而不斷提高消防系統(tǒng)布局的科學性，促進智能城市的不斷發(fā)展和進步。