2015年8月12日天津?yàn)I海新區(qū)瑞海國際物流公司危險(xiǎn)品倉庫發(fā)生爆炸。此次爆炸事故共造成165人遇難、8人失蹤、798人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失68.66億元，這其中救援人員的傷亡多達(dá)110人。在滅火救援的過程中，指揮人員未能快速、準(zhǔn)確的獲取著火物質(zhì)及其周邊危險(xiǎn)品的種類和數(shù)量，導(dǎo)致其難以對火場做出正確的危險(xiǎn)預(yù)估。在毫無征兆的情況下，短時(shí)間內(nèi)接連發(fā)生兩次大爆炸，致使救援力量損失慘重。2016年4月22日江蘇德橋倉儲(chǔ)有限公司儲(chǔ)罐區(qū)2號(hào)交換站發(fā)生火災(zāi)，1名消防戰(zhàn)士死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失2 532.14萬元。在滅火過程中，消防指揮人員未能對火場危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，導(dǎo)致一名公安消防戰(zhàn)士在滅火救援過程中不幸遇難。上述事故均暴露出我國消防應(yīng)急救援領(lǐng)域的短板：現(xiàn)有的應(yīng)急救援技術(shù)與裝備已不能滿足大型火災(zāi)事故救援的需要。目前，我國消防應(yīng)急救援技術(shù)與裝備方面存在如下問題：
災(zāi)害現(xiàn)場信息局限于二維平面化，火場單位消防基本信息包括人員信息、圖紙資料等嚴(yán)重缺失。災(zāi)情發(fā)生時(shí)，消防部門很難在短時(shí)間內(nèi)全面摸清受災(zāi)區(qū)域三維基本信息，從而大大降低了滅火救援的效率。現(xiàn)有的單一二維平面化的消防信息，更加劇了救援黃金時(shí)間的流失。
救援人員火場災(zāi)變感知能力弱，火場信息偵測手段匱乏。包括火場周圍溫度場分布、有毒有害氣體濃度在內(nèi)的災(zāi)害信息幾乎一無所知，救援過程存在極大隱患。信息傳輸困難，救災(zāi)過程中的進(jìn)攻路線、滅火工藝、人員部署方案的制定存在滯后性，無法做到隨著災(zāi)變信息及時(shí)更新，救援效率大打折扣。
消防指揮人員作戰(zhàn)指揮依賴經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)依據(jù)。目前消防部隊(duì)在力量部署、進(jìn)攻方向、滅火工藝選擇等方面極大地依賴滅火指揮人員的個(gè)人作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，而個(gè)人作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)是在有限的救援作戰(zhàn)中積累而成，存在著偶然性和不科學(xué)性，并且因時(shí)間、成本等條件限制，不能大范圍的對火災(zāi)重點(diǎn)單位進(jìn)行火災(zāi)預(yù)案演練，更限制了消防指揮人員的作戰(zhàn)水平。
習(xí)總書記在國家安全工作小組會(huì)議中談到：要加強(qiáng)消防、危險(xiǎn)化學(xué)品等重點(diǎn)領(lǐng)域安全生產(chǎn)治理。要加大對維護(hù)國家安全所需的物質(zhì)、技術(shù)、裝備、人才、法律、機(jī)制等保障方面的能力建設(shè)，更好適應(yīng)國家安全工作需要。中共中央、國務(wù)院、中央軍委也多次下達(dá)文件要求加強(qiáng)應(yīng)急救援力量建設(shè)，資助發(fā)展應(yīng)急救援技術(shù)。
為了讓消防救援人員準(zhǔn)確、有效地獲得建筑基本情況，及時(shí)制定可靠的應(yīng)急救援方案，提高消防指揮人員作戰(zhàn)指揮水平和消防隊(duì)的滅火救援能力，最大程度的降低火災(zāi)造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，迫切需要構(gòu)建一套三維可視化的應(yīng)急救援系統(tǒng)，于是有了這個(gè)作品，基于GIS與無人機(jī)的三維智能消防應(yīng)急救援系統(tǒng)。
本系統(tǒng)基于無人機(jī)技術(shù)、GIS三維建模技術(shù)、火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模型、消防作戰(zhàn)理論，研發(fā)了一款三維智能消防應(yīng)急救援系統(tǒng)。它能夠?qū)崿F(xiàn)城市建（構(gòu)）筑物的快速三維建模，火場災(zāi)變信息的全方位實(shí)時(shí)偵測。與此同時(shí)，該系統(tǒng)還添加了預(yù)案演練和沙盤推演等模塊，可以輔助救援指揮決策人員制定出一套針對性強(qiáng)、效率高、安全系數(shù)大的滅火救援策略，提升消防隊(duì)伍的滅火作戰(zhàn)效率，在火場中為人民和消防員的安全保駕護(hù)航。
團(tuán)隊(duì)以消防安全重點(diǎn)單位為研究對象，為解決火場信息缺失、災(zāi)害信息探測手段不足、指揮決策缺少科學(xué)依據(jù)等問題，設(shè)計(jì)了一種新型消防應(yīng)急救援系統(tǒng)。該系統(tǒng)以建（構(gòu)）筑物的GIS三維模型為基礎(chǔ)，以火災(zāi)模型與消防作戰(zhàn)理論為主體，并且對接了無人機(jī)監(jiān)測信息與消控室物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了接警、出警、火場信息獲取、指揮決策、力量部署的輔助功能，推動(dòng)了智能化應(yīng)急救援的發(fā)展。
本系統(tǒng)是基于三維GIS建模技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)、火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模型、應(yīng)急救援理論等先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)出的一套三維智能消防應(yīng)急救援系統(tǒng)。系統(tǒng)總體思路如下：
（1）實(shí)現(xiàn)城市消防安全重點(diǎn)單位的三維可視化。引入地理信息系統(tǒng)（GIS）三維建模技術(shù)，通過無人機(jī)掛載傾斜相機(jī)對地表物、特征點(diǎn)快速有效的覆蓋并且基于圖形運(yùn)算單元GPU的后處理三維建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速、簡單、全自動(dòng)的三維建模，建立了城市消防區(qū)域和消防重點(diǎn)單位的三維模型，并且實(shí)現(xiàn)了三維模型的快速直接測量。
（2）構(gòu)建災(zāi)害現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)消防控制室實(shí)時(shí)監(jiān)測信息的對接，包括視頻監(jiān)控信息、火災(zāi)聯(lián)動(dòng)報(bào)警信息、水滅火系統(tǒng)裝備信息；實(shí)現(xiàn)無人機(jī)采集災(zāi)情信息的實(shí)時(shí)傳輸，包括火場的溫度分布信息、有毒有害氣體濃度分布信息。
（3）搭建可控虛擬火災(zāi)模型與救災(zāi)模型。開發(fā)沙盤演練與預(yù)案演練功能模塊，建立人車三維封裝模塊，既能用于戰(zhàn)時(shí)指揮也能用于常時(shí)演練?；诨馂?zāi)動(dòng)力學(xué)模型與3D技術(shù)開發(fā)三維虛擬火災(zāi)模型。依據(jù)消防救援理論與三維虛擬火災(zāi)模型智能劃定的危險(xiǎn)區(qū)域范圍，實(shí)現(xiàn)救援力量的科學(xué)合理部署，做到消防救援有據(jù)可依。
依據(jù)上述思路，提出了本系統(tǒng)構(gòu)成及基本原理，如下圖所示：
（1）無人機(jī)搭載傾斜相機(jī)對大型建（構(gòu)）筑物進(jìn)行高清拍攝，將拍攝高清圖片導(dǎo)入Smart 3D生成軟件可調(diào)用的三維模型基本圖層文件。將圖層文件導(dǎo)入至軟件中，通過3D引擎驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)三維模型在軟件中的三維漫游。
（2）無人機(jī)搭載有毒有害氣體分析儀與三光吊艙，對地面災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測。實(shí)時(shí)采集災(zāi)害現(xiàn)場的高清畫面、紅外熱成像以及有毒有害氣體濃度等數(shù)據(jù)，通過4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛娣?wù)器，供用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)取。
（3）設(shè)計(jì)人車三維封裝模塊，實(shí)時(shí)接收位置信息與狀態(tài)信息。明確災(zāi)害現(xiàn)場救援力量布局，并做到對于人車裝備的實(shí)時(shí)調(diào)度部署。
（4）應(yīng)急救援軟件對接事故現(xiàn)場消防控制室信息，實(shí)現(xiàn)對災(zāi)害現(xiàn)場視頻監(jiān)控信息、聯(lián)動(dòng)報(bào)警信息、主動(dòng)滅火設(shè)備信息等消防物聯(lián)網(wǎng)信息的實(shí)時(shí)接收。
（5）將火災(zāi)理論模型開發(fā)為軟件代碼。利用經(jīng)典池火模型Thomas經(jīng)驗(yàn)公式、點(diǎn)火源計(jì)算法、Mudan計(jì)算法編寫出用于確定人員安全距離與罐區(qū)危險(xiǎn)范圍的程序，并且實(shí)現(xiàn)火災(zāi)理論模型在軟件中的三維展示。系統(tǒng)內(nèi)嵌油灌廠區(qū)火災(zāi)救援理論。依據(jù)所劃定危險(xiǎn)范圍，科學(xué)化部署救援力量，輔助制定救援決策。
（6）應(yīng)急救援軟件嵌套整套科學(xué)救援流程。軟件將從消控室警報(bào)、消防隊(duì)接警、出警、火場信息獲取、消防救援力量部署這一系列的科學(xué)救援決策流程轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苣K，輔助消防人員開展每一步的救援工作，提供指揮便利，提高作戰(zhàn)能力。
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