三维智慧消防可视化平台设计与实现

随着我国智慧城市建设和消防监测监控智能化技术的推广，智慧消防被提出并成为破解城市消防安全困局的一种新思路和新路径。

运用消防大数据、消防物联网、地理信息系统等技术构建的“城市智慧消防”系统，可以有效整合社会各方力量，实时监控城市火灾危险源，科学掌握城市火灾隐患，准确做出科学预警和判断，系统构建城市火灾防控体系，确保城市安全。2017年10月10日，公安部发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见 （公消[2017]297号） 》 （以下简称《意见》） 指出，为深入贯彻落实中央政法委和公安部党委关于提升政法及公安工作现代化水平的部署要求，加速推进现代科技与消防工作的深度融合，全面提高消防工作科技化、信息化、智能化水平，实现信息化条件下火灾防控和灭火应急救援工作转型升级，提出要综合运用物联网、云计算、大数据、移动互联网等新兴信息技术，加快推进“智慧消防”建设，全面促进信息化与消防业务工作的深度融合，为构建立体化、全覆盖的社会火灾防控体系，打造符合实战要求的现代消防警务勤务机制提供有力支撑，全面提升社会火灾防控能力、部队灭火应急救援能力和队伍管理水平，实现“传统消防”向“现代消防”的转变。

三维GIS智慧消防平台研建的必要性

《意见》中重点指出，充分运用大数据、云计算、移动互联网、地理信息等技术，依托公安网 （消防信息网及指挥调度网） 、边界接入平台和公安PGIS地图， 实现灭火救援的一张图指挥、一张图调度、一张图分析、一张图决策。

在现场可实现力量查询、地理信息测量、作战部署标绘、辅助单兵定位等功能，辅助指挥员开展计划指挥和临机指挥；

研发“六熟悉”管理系统，自动采集重点单位基础信息和动态信息数据，同步导入一体化信息系统基础信息，实现“一张图”可视化管理；

各地根据预案等级和作战指挥需求，采取基于地理信息系统的二维图片、全景照片、三维立体建模、无人机倾斜摄影等技术编制数字化预案。

目前，在运行或在研的消防平台系统多基于二维地理信息系统进行研发，二维地理信息系统仅能展示建构筑物的平面信息以及消防平面信息，不能对三维地理信息进行展示。随着三维建模技术的快速发展，对于消防重点单位、消防重点监控区域等的消防管理、信息录入、灭火预案、现场指挥等均有重要的实用价值。智慧消防平台的三维化趋势已经势不可挡。因此，高承载力、高融合性的三维GIS消防智慧消防平台设计研发迫在眉睫。

三维GIS智慧消防平台设计关键技术

GIS三维快速、低成本建模技术

传统的建构筑物三维模型建立技术，如CAD三维建模技术和航空摄影测量技术，均利用正摄二维影像信息建立三维建构筑物立体模型。通过人工摄影方法获取建构筑物的侧面纹理和地形起伏部分纹理。在此基础上，通过商用三维辅助软件进行人工纹理粘贴，最终生成较为真实的三维立体模型。因此，传统的三维建模技术工作量较大，且成本较高，不具有推广性和广泛使用价值。

随着无人机倾斜摄影测量技术的快速发展，无人机倾斜摄影测量技术使得建构筑物三维建模更加快捷方便，成本更低，且三维模型也更加精细真实，适用于大面积城市建构筑物的快速三维建模。无人机倾斜测量技术是指利用无人机搭载多角度的倾斜摄影相机和定位定向系统 （POS） ，获取地面影像信息，进一步进行三维建模的技术手段。例如， 常见的五目倾斜相机在指定点拍摄，可以一次性获取1个正射影像和4个倾斜影像。定位定向系统 （POS） 则记录无人机的经纬度信息和空间高度信息。由于倾斜摄影可以从多个角度对地面建构筑物进行信息采集。因而，无人机倾斜测量技术可以更便捷地获取建构筑物信息，大大降低了建构筑物信息采集的工作量。

GIS三维消防地理信息系统

随着广义地理信息系统应用的深入，GIS三维地理信息系统被学者提出，以处理各行业真三维空间应用问题。GIS三维地理信息系统是布满整个三维空间的GIS地理信息平台，与传统的二维GIS地理信息平台差异明显，主要体现在空间位置和拓扑关系的描述及空间分析的扩展上。在二维地理信息平台上，空间通过X、Y两个坐标轴进行定义。而在三维地理信息平台中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，平台增加了Z轴，即高度这一维度。GIS三维消防地理信息系统即通过在开源三维GIS基础平台上开发消防元素库、消防信息数据库、消防业务数据库等消防应用元素，基于大数据、云计算、移动互联网等智慧消防领域应用技术，在三维GIS一张图基础平台上开展空间维度的消防数据接入、数据展示和数据分析，实现消防历史数据的大数据分析、现在数据的实时监控和未来数据的预测推演， 真正地实现对四维时空的消防可视化分析和数据高效应用。形成可以为消防物联网、应急救援指挥及大数据统计分析等智慧消防工作提供多功能服务的综合性消防工作辅助平台。例如， 在三维建筑 （构） 物地图的基础上，设计消防三维封装模型，可以在地图上设置起火源，布置指挥部、消防车、消防员等消防作战力量，实现可视化的消防预案设计与力量部署，为进一步实现GIS平台的相关功能提供基础模块。

三维GIS智慧消防可视化平台应用案例

由于三维GIS智慧消防可视化平台涉及面较多，先以作战指挥平台为例介绍GIS三维消防可视化作战指挥平台的设计与实现。

消防指挥平台的核心是作战力量的部署与火场信息的反馈。未来消防指挥平台应该是三维可视化的消防作战平台，决策者可以实时获取救援车辆与救援人员的三维状态信息与实时位置，准确获取灾害现场的灾变信息。决策者可以根据灾害现场的信息反馈。在平台非常方便地进行三维电子沙盘推演，平台能够根据火灾的发生、发展规律， 并结合数学模型的算法，提前推演出灾害演化过程，以此指导消防作战。

三维GIS消防可视化作战指挥平台应具有以下功能：

（1） 平台承载二维及三维地理信息，实现二维、三维地理信息的无缝对接。基于三维地理信息系统，搭建三维GIS消防可视化分析一张图基础平台，基础平台将实现建筑三维单体的快速加载和相关数据的立体展示。此外，基础平台还将实现与传统二维地图平台 （如PGIS地图、天地图、百度地图、Google影像等） 的高度融合。

（2） 过火单位信息的三维高度集成与视频影像的快速传输。消防队伍出警前、出警中以及灭火作战过程能够准确地把握过火单位的详细信息有利于科学地调度救援力量、准确地实施救援策略。随着物联网技术的发展与成熟，三维GIS消防可视化作战指挥平台应能够实时展示过火单位的详细基本信息。实现消防控制室实时监测信息的对接，包括视频监控信息、火灾联动报警信息、水灭火系统装备信息。实现采集灾情信息的实时传输，包括火场的温度分布信息、有毒有害气体浓度分布信息等。

（3） 三维可视化的精准作战指挥与排兵布阵。消防指挥平台的核心是作战力量部署与信息反馈。三维可视化的作战平台可以实时获取救援车辆与救援人员的状态信息与实时位置，准确获取灾害现场的灾变信息。决策者可根据灾害现场的信息反馈， 及时做出相应的作战部署。

（4） 快速远程辅助决策指挥系统。三维消防作战指挥平台应具有快速远程辅助决策指挥功能，上级消防机构或者灭火指挥专家能够快速地了解并推测灾害演化进程，远程与现场人员实现有效互动，准确做出决策指导，以此提高救援的科学性。

（5） 内嵌虚拟火灾模型与救灾模型。开发沙盘演练与预案演练功能模块，建立消防员、消防车三维封装模块，既能用于战时指挥， 也能用于常时演练。基于火灾动力学模型与3D技术开发三维虚拟火灾模型。依据消防救援理论与三维虚拟火灾模型，智能划定危险区域范围，实现救援力量科学合理部署，做到消防救援有据可依。

基于三维GIS技术的一张图智慧消防可视化平台设计和实现方法。基于三维地理信息系统，搭建三维GIS消防可视化分析一张图基础平台。基础平台将实现建筑三维单体的快速加载和相关数据的立体展示。平台应能够承载原有二维地理信息系统数据，实现二维地图 （如PGIS地图、天地图、百度地图、Google影像等） 与三维地图的高度融合和快速切换。在此基础上，基于大数据、云计算、移动互联网等智慧消防领域应用技术，在三维GIS一张图基础平台上开展空间维度的消防数据接入、数据展示和数据分析，实现消防历史数据的大数据分析、现在数据的实时监控和未来数据的预测推演，真正地实现对四维时空的消防可视化分析和数据高效应用。