普洱市消防救援路徑規劃系統設計與實現

馬駿

摘要：普洱市消防救援支隊擔負著全市的火災預防、撲救和應急救援的任務。現有的城市重大事故及地質性災害事故救援應急通信系統（以下簡稱兩大應急通信系統）已不能滿足隊伍滅火救援實戰指揮工作需要。本文運用期望效用理論模型構建消防救援行車路徑選擇模型，運用Dijkstra算法構建目標建筑內救援路線選擇模型，統稱為消防救援路徑規劃系統。消防救援路徑規劃系統的創建能夠可視化呈現最佳消防救援路徑并輔助制定數字化預案，提高隊伍消防信息化管理水平和滅火救援實戰能力。

關鍵詞：消防救援路徑規劃系統;期望效用理論模型;Dijkstra算法

普洱市面積44221.34平方千米，僅有13個消防站、581家企業專職隊和微型消防站。以思茅區為例，思茅城區面積為39平方千米，建設2個消防站。按照7平方千米的標準轄區面積為計算基礎，應建設6個及以上消防站，現在僅占33%。普洱市平均轄區面積較大，但消防站數量配比不足，為消防救援工作增大了難度。這就要求消防指戰員接警后能夠迅速抵達現場，在最短的時間內掌握現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損失[1]。消防救援路徑規劃系統利用三維建模軟件和災害仿真等技術，進行目標建筑三維實景的構建。三維立體呈現消防救援力量到目標建筑行程的道路設施、目標建筑內部結構和周圍各類消防設施，并運用期望效用理論模型構建消防救援路徑選擇模型。在目標建筑物內部可視化呈現的基礎下，解決救援力量從出發點到目的地的最優路徑選擇問題，通過Dijkstra算法實現內攻安全、快捷路徑選擇。消防救援路徑規劃系統廣泛投入使用可解決救援途中行駛時間過長、目標建筑內安全救援路線選擇不當等問題，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則》第五十三條規定，本文通過數據記錄、分析、比對，歸納出普洱市現階段影響消防救援行動行程時間有內部因素，如消防駕駛員的駕駛路線習慣，外部因素如車輛堵塞情況、道路交叉口數量、夜間出警等因素。消防救援路徑規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，規劃消防救援最佳路徑。可變因素包括：駕駛人員的駕駛習慣與經驗、道路暢通情況、實時天氣狀況等。

二、消防救援路徑規劃系統設計

消防救援路徑規劃系統包括主要包括數據采集、數據選取、數據管理、數據應用4個方面。運用無人機拍攝鳥瞰圖，收集道路交通、目標建筑、建筑內部結構等重要信息。查閱地理GIS數據，收集轄區地形數據、道路交通數據、建筑地標數據、水源分布數據等。使用Eagle軟件自動對圖片信息進行分類整合。將基礎數據源按照類型和存儲格式要求，利用投影轉換、拓撲處理等功能轉換成不同類型的數據集。利用消防救援路徑規劃系統可實現以下功能：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域劃分、消防救援力量與目標建筑之間的路況、目標建筑內部結構內部消防設施。第二，規劃最佳救援行程路徑。第三，規劃內攻救援安全路線。

三、系統關鍵技術

（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。可以用于處理不確定性決策問題的分析范式[2]。消防指戰員在救援路徑選擇時面臨交通因素、物理因素、環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員在第一時間找到快速、安全的路徑，高效抵達救援現場開展工作。

（二）Dijkstra算法

Dijkstra算法又稱迪科斯徹算法，用該算法使求靜態最短路徑較為簡明，目標建筑物內的路線即建筑物建成后可視為靜態不變，數據可獲得，本文用于求目標建筑內攻安全路線精確度較高[3]。

（三）目標建筑三維實景模型構建

目標建筑三維實景圖構建是消防救援路徑規劃系統重要的組成部分，利用三維建模軟件和災害仿真等技術，通過對建筑物、消防設施的模擬仿真，為消防指戰員在計算機系統上提供重點地區、消防安全重點單位的三維建筑結構、場景和各類消防設施信息[4]。消防指戰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，結合算法分析規劃出內攻救援需要的安全、就近救援路線，提高消防指戰員滅火救援能力和重點場所消防保衛水平。

四、系統應用實例

本文假設普洱市思茅區龍生茶葉大酒店發生火災急需救援，以此為例，展現消防救援路徑規劃系統應用全過程。

（一）消防救援行程路徑規劃

如圖所示，從出發點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，每個路段數據如圖2所示。

根據期望效用模型得到表1，測算結果顯示路徑1的期望效用值最小，是最優消防救援路徑。

（二）內攻安全路線規劃

假設龍生茶葉大酒店502房發生火災，發生火災房間位于左側樓梯旁邊。v1為消防救援車輛停靠地點，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：∞。內攻安全路線規劃從剩余路線中選擇如圖3所示。根據Dijkstra算法，由圖4可得從v1開始經過v3、v4最終到達v7的路線是最優的內攻安全路線。

五、結語

本文主要根據普洱市消防救援支隊當前滅火救援任務，對消防救援路徑規劃系統設計與實現進行研究分析。在文章撰寫過程中，闡述了消防救援路徑規劃系統設計與實現意義，確定了構建消防救援路徑規劃系統工作的重要性。針對消防救援路徑的特殊性，從消防救援行車路徑規劃、目標建筑內攻安全路線規劃兩個方面構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劃系統建立的必要性和實用性。消防救援路徑規劃系統已取得初步成功，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能力。

參考文獻：

[1]鐘志宏.江西武山銅礦重大事故應急管理實踐研究[D].江西：南昌大學，2007.

[2]胡祥，張連增.基于期望效用函數最大化的最優再保險策略[J].統計與決策，2017（08）：50-52.

[3]林海波，鄭利平，王建偉，等.一種通用的層次化人群疏散仿真框架[J].系統仿真學報，2020，32（08）：1524-1530.

[4]邱華.數字化消防滅火救援預案系統設計與實現[D].山東：山東大學，2014.