室内三维电子地图在消防应急救援领域中的应用研究*

郭其云 付 强

1.中国人民警察大学 应急救援管理研究中心 2.北京蜂鸟视图科技有限公司

火灾是严重威胁人类生存和发展的常发性灾害之一，在消防应急救援过程中，救援部门在指挥中心需要及时了解重大灾害事件现场实况，科学地部署警力、正确地指挥调度，对消防部门提高指挥决策的快速准确性，增强快速反应能力，及时挽救人民财产安全有着举足轻重的意义。

2013年10月11日凌晨2时许，位于石景山区苹果园南路的喜隆多商场开始着火，商场内很多店铺经营服装纺织等易燃商品，大火整整烧了8个多小时。据统计，指挥中心共计调派了15个消防中队的63辆消防车、300余名官兵进行灭火，商场过火面积约1500m2，火灾直接财产损失估算值为人民币1308.42万元。

进入21世纪后，互联网成为电子地图传播和使用的新载体，三维电子地图被赋予先进的可视化信息技术及互联网技术，是基于互联网平台上的一种最新应用技术，也是区域数字化建设的重要载体。室内三维电子地图可以有效地实现室内空间信息的可视化展示与分析，在大型室内复杂场景中起到了至关重要的作用，并为消防部门在执勤备战上提供辅助依据。

1 室内火灾环境复杂、多样，数据信息采集仍需有所突破

我国每年因自然灾害、事故灾害和社会安全事件造成上百万人伤亡，经济损失6500亿元左右。政府高度重视防灾减灾、安全生产、公共卫生等领域工作，成立专门工作机构，编制相应规章制度、工作方案与规划，为各领域的应急救援工作发挥了重要作用。

互联网、通信、云服务等技术的快速发展，室内外定位、三维电子地图、空间信息可视化等先进技术为消防应急救援领域的信息化建设提供了有利支撑，实现对消防事件的综合管理与应急救援，以提升我国灾害事件的应急处置效率及水平。

在室内定位方面，由于环境复杂性和定位精度的高要求，很多问题还未被完全解决。国家卫星定位系统工程技术研究中心在国家863专项的支持下，建立了基于北斗/GPS的“广域实时精密定位原型示范系统”，促成了我国羲和定位系统的建立，具备室外亚米级、城市室内优于3m的无缝定位导航能力。

在多尺度地理空间信息融合与可视化方面：室外地图数据在突发事件应急管理救援中的应用已成熟，但随着我国城市的迅速发展，建筑物室内空间数据的缺乏日益凸显，各类灾害事件难以得到全面有效的数据支撑。

2 各国积极构建消防救援应急系统

近年来各国突发灾害事件频发，应急减灾越来越受到重视，目前国内外许多机构和学者从管理机制、预警评估、应急决策、指挥调度和应急演练等方面进行了多角度研究，形成了一系列应急管理机制、预案及系统等，并在应急救援工作中发挥了重要作用。

美国遭受“9.11”事件后，为了解决行动、资源、信息等不一致所造成的应急效率不高问题，制定并通过了“2002国土安全法案”，成立了国土安全部。在整个国家层面上对应急体系中的组织管理体系、机构设置、指挥协调体系、法律和规范标准体系、应急预案体系、应急平台体系、应急救援队伍体系等进行了统一规划和规范，发布了“国家突发事件管理系统（NIMS）”和“国家应急预案（NRP）”，并提出了联邦各部门和州等地方政府针对突发事件应急的培训和执行计划[1]。

日本政府从应急信息化基础设施抓起，充分应用各种先进的信息通信技术，构筑应急信息化体系，并于1996年5月正式设立内阁信息中心，以24小时全天候编制，负责迅速搜集与传达灾害相关的信息，并把防灾通讯网络的建设作为一项重要任务[2]。日本防灾通讯网，如图1。

习近平总书记在革命圣地井冈山视察时提出，“井冈山要在脱贫攻坚中作示范、带好头”。如今，井冈山在全国600多个国家重点贫困县中第一个“摘帽”。

图1 日本防灾通讯网

当前，世界大多数发达国家已经将可持续发展作为国家战略，重视加强部门间环境应急联动机制建设。英国的做法较为典型，通过在相关部门间建立环境应急联动机制，较好解决了应急处置救援过程中次生环境突发事件的问题，从法制保障、应急指挥、处置救援等方面强化突发事件应对，强力推进部门间应急联动机制建设，增强了全社会预防和应对重大突发事件的能力[3]。

3 基于大数据云计算，构建公共安全领域应用的新技术

2015年国务院提出《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》、《促进大数据发展行动纲要》，标志制定“互联网+”行动计划开始，并把大数据云计算提升至国家战略层面。室内三维电子地图作为互联网+的典型代表，经过长期的发展，已经具备成熟的数据采集、云计算的技术特点：室内空间数据采集分析，室内物资信息实时监控，室内空间人员定位，室内空间路径规划，室内空间可视化等。

通过室内定位、室内信息可视化等技术特点，做到整合信息数据，积谷防饥；实时掌握事件现场的空间信息，临危不惧。结合大数据、云计算的互联网+的特色，使突发事件来临之前，及时消灭安全隐患；突发事件来临，实时掌握现场第一时间信息。

出于社会公共安全的需求，搭配室内三维电子地图充分采集与分析数据的技术，制定出行之有效的预案。室内三维电子地图的应用，保证了公共安全领域应急方案的数字化、信息化、智能化—分析日常采集上报的海量数据；及时更新室内空间信息；实时监控室内物资状态；设定突发事件的应急预案，大大改善消防监督管理的状况，有效地提升信息化在消防监督管理、灭火作战等方面的应用水平。室内三维电子地图，如图2。

图2 室内三维电子地图系统结构

4 建立可视化消防系统，推动消防应急救援发展

由于消防部门灭火作战、消防监督、社会宣传等工作的需要，消防部门需要对诸多的单位、高层场所以及城市公共消防设施数据进行管理和统计。目前这些数据信息量巨大且离散，具有无法精准统计、传达等问题，为消防应急救援工作的分析研判带来一定难度，指挥中心也无法有效掌握各参战消防部门的具体位置，参战力量容易出现各自为战现象，不能形成整体合力和高压态势。

集成室内外定位、三维可视化、临机决策以及应急演练等科技成果，建设以三维室内电子地图消防应急预案系统与指挥系统在消防救援中，充分利用大数据资源，为作战指挥提供强力支撑。

基于室内三维电子地图的广泛应用，针对“防”、“消”两大方面建立消防应急救援管理系统：

（1）“防”——数字化预案管理系统。

通过“防控一张图”的概念，对重点单位的信息采集、对作战力量的信息收集、辅助现场疏散的线路展示、消防水资源位置信息汇总及作战方案的演示及文档说明。实现对重点单位信息资源的高效整合与应用，从而提供预选处置方案、灭火救援预案、实战战例重现、模拟演练等信息服务。为指挥作战系统提供数据支撑，为演练、实战提供辅助决策作用，如图3、4。

图3 火灾救援预案

图4 救援演习

（2）“消”——指挥作战系统。

战前，通过大数据平台汇总室内环境数据，查看现场对各类信息进行整理、分析，精准评估灾情。同时，将消防队伍和相关应急部门纳入指挥调度平台，根据灾情、等级进行科学调度，实现整体调度、精准调度。

战中，通过大数据平台实时采集现场数据，提供灾情处置决策辅助信息，升级优化现场作战力量编成，部署作战行动，通过移动指挥终端实现现场指挥中心对灾害现场的信息支持和交互，以及灾害现场的救援力量掌握和协同，全面提升指挥决策效率。

战后，可视化记录参战力量、车辆装备、相关物资保障等数据，自动更新上传作战信息及灾情处置情况，分析评估作战行动效能，为战评总结提供强力依据。围绕消防大数据建设总体规划，打通互联网数据通道，建立多维度分析评估模型，提供可视化展示结果。消防灭火救援数字化管理平台，如图5。

图5 消防灭火救援数字化管理平台

以预案管理系统、指挥作战系统为核心，“防”与“消”两个方面实时掌握室内三维电子地图内的所有空间信息，为消防救援应急领域提供新的互联网方式。

构建“防”——预案管理系统，可通过基础建设、警务决策、合成监管、全民消防4个基础框架，运用大数据集成系统，在室内三维电子地图中直接查看上传数据，解决消防警力信息接受有限，场景空间数据变化不明、消防设备设施实时状态不清，实时监控预警不及时等信息与数据接收不明的问题。

构建“消”——指挥作战系统，可直接调看突发事件现场的室内三维地图，了解该场景内的所有人、物实时情况，及时处理现场物资状态信息不明，消防警力单兵身体状态不明确，CAD图表达效果不直观，事发现场的实施空间信息接收有限等室内空间信息接收问题。将消防应急救援可视化系统嵌入室内三维电子地图，实现室内空间信息与单独人、物信息实时联网，完成及时查看，减少人员与财产损失。

室内三维电子地图在“防”与“消”两大系统中，起到实时查看作战力量与事发现场各方每个细节信息的作用，对消防应急救援的所需要做到每个精准信息了如指掌。经过大数据云计算的互联网技术，成功匹配作战力量与事发现场双方信息，解决消防部门对现场实时情况掌握不清的问题。

5 室内三维电子地图在国内应用已进一步优化

室内三维电子地图在国内的使用已初具规模，不仅适用于消防应急救援领域，在公共安全服务领域也得到大量的应用。但对于室内三维电子的应用也存在着一些行业痛点，比如制图周期长，设备普及率低，修图改图成本消耗较高。国内室内地图行业也存在着较大的挑战，面对需求量逐渐增大的国内情况，提高室内三维电子地图的质量、提升室内三维电子地图的效果、开发更多室内三维电子地图的应用功能成为了当务之急。

北京蜂鸟视图科技有限公司对室内三维电子地图进行革新，并开发了拥有自主知识产权的室内三维电子地图引擎以及地图编辑器。在商业领域，优化室内三维电子地图效果，并进一步推动其发展趋势，具体表现在：一是制图流程简约化，在消防验收图、建筑物CAD等基础数据基础上可以快速生成室内三维电子地图并辅以简单易用的地图编辑工具，社会机构及消防战士经过简单培训即可制图；二是制作成本低，可以支持海量的室内三维地图的制作和调用；三是各种调用接口丰富，可以方便对接各种物联网传感器或嵌入现有的各种信息系统。目前已在湖北、新疆等地的消防部门试用，效果突出。

消防应急救援，在危难来临之际，总是冲在第一线以保证社会的安全，解救更多的受难人群。具备物联网化特点的室内三维电子地图，可为消防应急救援领域提高作战效率，并同时保证受困人群与消防官兵的人身安全，降低发生二次突发事件的风险，为社会带来更多的安全保障。