三维态势标绘技术在黑龙江省森林扑火指挥系统中的应用

郭昭滨，王洪昌

(黑龙江省森林防火预警监测信息中心，黑龙江 哈尔滨 150090)

态势标绘技术是地理信息系统中具备的基本功能，是指在地图背景上标绘各种具有空间特征的事、物的分布状态或行动部署[1]。最早态势标绘技术主要应用于战场作战指挥中，通过态势标绘系统，将敌我双方的军事实力，通过不同的标绘符号予以展现，同时借助标绘符号不同的几何图形、色彩、纹理、透明度、对比度以及动画技术等手段,以图形图像信息的形式,直观、形象地表达出来,并针对作战信息，利用标绘系统进行模拟推演，为作战指挥提供决策支持[2]。近些年，随着大众对态势标绘技术的不断认知，各行各业在诸多领域中都用到了态势标绘技术，特别是在应急救灾指挥领域，如徐敬海等利用标绘在地震应急指挥中的应用；李立夏等在舰载指控协同中的应用；王强提到的在公共安全应急联动态势图的研究中等等[3-5]。

随着应用需求的不断变化与提升，传统的二维态势标绘技术已经越来越不能满足应用需求, 随着三维技术的不断进步与发展，基于三维的态势标绘系统日渐成熟，其应用也日趋广泛，本文探讨了三维标绘技术实现的一些关键技术，基于超图SuperMap Ojbect .Net组件平台，实现了一套完整的、应用于森林防火指挥方面三维态势标绘符号系统，并成功应用于黑龙江省森林火灾扑救指挥工作中。

1　SuperMap Object.NET介绍

SuperMap Object.NET是超图公司开发的GIS系列软件中的基础桌面开发平台,该平台提供了快速构建大型GIS应用系统的能力。

SuperMap Object.NET提供了三维数据展现及分析能力，利用其提供的二次开发接口，可以将地形数据、遥感影像数据、矢量数据、三维模型数据、激光点云数据、BIM数据、三维标绘数据等数据资源展示在三维场景中，做到了二维与三维一体化、地上与地下一体化、室内与室外一体化、宏观与微观一体化。此外，系统针对三维应用，提供了强大的三维空间分析能力，利用组件平台可以在三维场景中完成三维剖面分析、等高线分析、光照分析、天际线分析、可视域分析、淹没分析、通视分析等诸多三维分析功能，为具体应用扩展提供了有力的能力保障，其三维数据展现能力如图1所示。另外，系统SuperMap Object.NET组件平台提供了较为完善的三维态势标绘功能，做到了标绘符号的二三维一体化集成展示，并且提供了功能强大的态势推演能力，实现了推演场景制作的可视化，其三维标绘效果如图1所示。

2　三维态势标绘符号的实现

2.1三维态势箭头

态势箭头用来表示目标对象的行进轨迹或移动路线。态势箭头从源地指向目的地，通常情况下不是直线，而是拥有不同弧度的曲线箭头。因此态势箭头的绘制要满足用户的实时形变要求[1]。按照形状分类，态势箭头可分为简单箭头、燕尾箭头、双箭头和多箭头等等(如图2所示)。二维态势箭头实现的具体算法目前比较成熟，主要用到了插值、逼近、拟合B样条曲线绘制等技术，针对三维箭头的具体实现，可在二维箭头实现的基础上，考虑Z值元素，完成三维标绘箭头的绘制。

图1　SuperMap Object.NET二三维标绘能力

图2　态势箭头种类

2.2引线标注

引线标注指形如图3所示的符号要素。它主要用来对目标对象进行文字的辅助说明,如对作战指挥的兵力部署、救援队伍的详细信息、标志性建筑物等信息进行说明等[1]。引线标注的具体实现主要是利用外框元素空间节点的排序和重组，利用排序可保证初始引线标注符号的绘制，通过拖拽重组，可保证图形变换后的文字与外框相对位置管线的正确。

图3　引线标注

4　三维应急标绘指挥符号库建设

黑龙江省是我国的林业大省, 有林地面积达1 895万hm2,居全国首位, 也是我国主要的商品林生产基地之一，森林防火工作一直是黑龙江省林业工作中的重中之重。

当发生较大森林火灾时, 进入火场内的扑火队伍、扑火人员众多，经常由于指挥不当, 通讯不畅等原因, 致使在林火的扑救过程中出现各扑火队伍位置难掌握、指挥调度难统一, 导致兵力部署的盲目和扑救工作的无序, 甚至出现人员伤亡事故的发生。这样既浪费了扑火的人力与物力, 也降低了林火扑救的效率, 又不利于安全扑火及兵力的合理部署。在林火扑救中能够全面、实时掌握兵力部署及行进情况, 使扑火指挥能够面向全局、整体运作,提高指挥作战的整体宏观性和扑救效率是当前急需解决的问题。

针对此问题，根据火灾情况，可以利用应急标绘符号库结合区域地图，快速制定可行的火灾救援指挥兵力部署方案，将救援方案图通过网络或其他技术手段传送到前方扑火队员手中，指导前方扑火人员进行打火。通过这种方式避免了指挥调度难以统一的问题，又有效提高了林火扑救的效率，为火灾救援的顺利实施提供了有力的保障。

黑龙江省森林防火电子沙盘指挥系统建设中，集成了适用于黑龙江省森林防火指挥扑救的、一套完整的三维应急标绘指挥符号库系统。符号库按照符号空间类型的不同，可分为点、线、面三类态势标绘符号，其中点符号包括：小火、中火、大火、控制、灭火、合围、合围线起点、合围线中点、合围线终点、储备库、防火机构、半专业队、专业队、森警、快速扑火队、对讲机、车载台、灭火器、管护站、航站、检查站、联络站、瞭望塔、中继台、驻勤点、瞭望中继塔、水源地、风向、指北针等等，具体符号类型如图4所示；线符号包括：着火线、过火线、灭火线、合围线、围堰、水流方向等等，线符号类型如图5所示；面符号包括：县级重点火险区、地市级重点火险区、省级重点火险区、国家级重点火险区、一级火险天气、二级火险天气、三级火险天气、四级火险天气、五级火险天气、简单箭头、燕尾箭头、燕尾双箭头、汇聚区域、旗帜、引线标注等等，面符号类型如图6所示。

图4　点态势标绘符号

图5　线态势标绘符号

图6　面态势标绘符号

5　三维态势符号在黑龙江省森林防火应急指挥中的具体应用

森林防火的总体业务流程应该分为非防火期、防火期二种情况,在防火期的业务流程如图7所示。

图7　防火期业务处理流程

防火期林火业务从森林火警接入开始, 即当省防调度值班室接到来自卫星图像的火情监测、瞭望台报火警(也必须通过其他手段传达到监测中心)、电话报火警、网络报火警、雷电火情监测和视频火情监测等各种信息渠道的警报后, 立刻确定火情、方位和范围；然后根据森林防火基础数据和档案数据库的基本信息的汇总, 根据林火基本数据的计算, 根据森林火险天气预测预报和火险等级预测预报得出的结论, 以及结合林火行为的预测预报和仿真结果, 确定林火态势并编制“林火态势图”。进一步, 进行林火扑救方案的决策分析, 得出林火扑救方案(包括扑火设施、扑火队伍配备、扑火队伍最佳路径等内容)。下一步, 进行林火扑救的应急指挥, 内容包括扑火力量的GPS实时监控、扑火队伍的实时调配、扑火应急措施的临场变更等。救灾结束后， 进行林火灾害的损失评估, 然后将该次林火防扑的整个过程整理为“森林火灾档案”，补充到系统数据库和档案库中, 以备今后提取历史信息和吸取经验与教训。之后, 进行新一轮的林火预防和扑救工作[6]。

整个流程中，态势标绘技术可在编制“林火态势图”、制定林火扑救方案、指导应急指挥等环节发挥重要作用。首先可根据火场周边的地形地貌以及周边的扑救资源，在三维场景下利用三维态势符号标明具体火点位置、可用的扑救力量及设施等资源，初步了解火灾情况及可用的救火资源，其次，通过对已有资源的判读，结合周边的机动道路信息、地形地貌、天气等自然信息，利用三维态势符号系统在三维场景下快速制定救援指挥方案，最后将救援指挥方案利用通信手段，快速下发到各前线扑救队伍中，保证指挥调度的统一，为火灾救援提供保障。

6　结语

三维态势标绘技术随着技术的不断进步与发展，逐渐应用到了各行各业当中，本文主要探讨了三维标绘技术在森林防火救灾指挥中的应用。本文首先研究了三维态势标绘符号中一些关键符号绘制的关键技术，通过提供的关键技术思路，解决了诸如三维箭头以及引线标注等符号在三维场景下绘制的问题；其次提出了黑龙江省森林防火三维应急标绘指挥符号库的建设，通过三维态势标绘符号库系统建设，形成一套完整的适用于黑龙江省森林防火救灾的三维态势符号系统；最后，阐述了三维态势符号系统在扑救森林火灾当中可发挥重大作用的相关环节，为森林防火救灾提供支撑保障。

参考文献：

[1] 王洪昌.基于SuperMap Object． NET 的二三维一体化态势标绘系统研究与应用[J].安徽农业科学,2014,42(26): 9222-9224

[2] 侯溯源.三维战场态势信息系统研究与实现[D].郑州：解放军信息工程大学,2008

[3] 徐敬海.基于GIS的地震应急态势标绘技术研究[J].武汉大学学报信息科学版,2011,36(1):66-67

[4] 李立夏，夏学知，涂葵.舰载指控中协同态势标绘系统的研究与设计[J].计算机工程,2010,36(16):240

[5] 王强.公共安全应急联动态势图的研究[D].郑州：解放军信息工程大学,2006

[6] 臧淑英,终冬有，冯仲科.黑龙江省森林防火地理信息辅助决策支持系统设计[J].北京林业大学学报,2005,27(2):71-72