城市消防地理信息系统的设计与实现

　　摘要：城市的发展对于消防工作的要求越来越高。地理信息系统（GIS）对于空间数据的管理和分析能力为消防工作的灭火调度、指挥提供了极大的帮助。本文对城市消防地理信息系统的结构、功能和关键问题进行了分析。指出地理信息系统应用于消防指挥势在必行。
　　关键词：城市消防，地理信息系统，数据组织
　　1前言
　　随着我国城市规模的不断扩大，社会经济的快速发展，文化生活丰富，城市防灾减灾保障体系建立的需求变得日益紧迫，消防保卫的任务也日益复杂繁重。城市消防工作是一个错综复杂的系统工程[1,2]。
　　目前，我国正处于城市化的加速阶段，城市人口和面积都处在快速发展和扩张阶段，各类紧急突发事件增多，火灾及其它灾害事故发生的概率大幅上升。在新形式下如何有效地维护社会治安，保证国家与人民的财产安全，成为消防部门的一个迫切任务和难题。城市火灾决策要求掌握大量准确的综合性基础信息，并要求可随时对这些海量数据进行快速查询，并能做进一步综合分析，这些数据的另一个重要特点就是具有空间分布的特征。为此，引入专业的地理数据管理平台GIS实现对复杂空间数据的管理，基于GIS的消防指挥信息支持系统的研发势在必行，从而利用有限的人力、物力最大限度地减少损失[1-4]。
　　文章通过对已有的城市消防地理信息系统现状的分析，结合国家及相关行业规范要求，探讨城市消防指挥地理信息系统的设计与实现。
　　2城市消防地理信息系统的设计
　　2.1系统总体构架
　　消防地理信息系统主要包括：业务数据层、GIS平台层、业务组件层和应用层四层。
　　•数据层：系统基于Oracle数据库平台，将电子地图数据存放在“空间和属性数据库”中，“业务定义数据库”用于存放系统定义的数据，如哪些业务要融入到GIS中，地图需要标注哪些对象，对象如何描述等数据，都存放在此。“业务关联数据库”用于存放与其它业务系统数据关联的信息，实现了空间数据与业系统数据的映射。
　　•平台层：GIS平台软件，它主要用于将关系型的记录数据，转换成可视化的图形，同时封装了对地图通用的操作功能，对外提供二次开发接口，为具体地理信息应用服务。
　　•组件层：该层将一个个的业务逻辑封装成易部署的中间层业务组件，为应用层提供服务。应用层：面向最终用户并为其它应用系统提供服务。
　　•应用层：在该层上规划C/S专业应用、WEBGIS综合应用、WebService对外服务和业务定义采集平台软件。其中，C/S专业应用是针对消防指挥调度的业务需要定制开发的GIS桌面端应用软件。消防指挥调度属于复杂的业务处理，需要进行大数据量的运算和复杂的分析运算，因此需要采用C/S体系结构。
　　
　　图1消防地理信息系统总体构架
　　2.3系统功能设计
　　从实用角度出发，系统应具有如下功能。
　　（1）系统登录功能接处警员在启动本软件后，将跳出登录框，要求输入接警员工号及密码，进行身份和权限的认证
　　（2）基本操作功能主要指屏幕操作功能，可以对当前屏幕实时进行漫游、缩放、旋转、屏幕剪取打印。
　　（3）查询功能针对一些重要信息，如重点单位、街道小区、消防中队等，根据用户输入的查询条件，对用户所选定的可查询图层，查询出相似信息并列表显示，可以对列排序，用户可以从中选出所要定位的条目，然后在地图中定位。
　　（4）定位分析功能包括定位和路径分析功能。定位指报警电话进入后，自动根据报警电话的信息，通过查询数据库，在地图上快速显示报警电话的位置。路径分析确定各消防中队到着火地点的最佳路线，根据系统提供的路况、路宽及动态信息，确定各路段的阻抗值，显示行车路线，计算里程和时间。
　　（5）集成功能包括GPS集成、视频集成和GIS调度集成。1）GPS集成：在GPS和GIS之间建立合适的数据接口后，可以实现许多车辆监控、调度、报警、跟踪、查询等众多功能。可以在接警的同时直观看到有关车辆或者周边车辆的信息，实时实现调度。2）视频集成：实现视频监控点图层，通过视频监控系统所开放的接口，进行图像切换和控制。3）GIS调度集成：通过与与消防有线通信子系统的集成，可以实现直接通过电子地图进行语音调度。
　　（6）数据维护功能可以对图形和属性数据进行维护，保证数据的有效性和实时性。
　　2.4数据体系的设计
　　采用线分类法对消防地理信息进行分类，划分为基础地理信息、警用公共地理信息、业务专用地理信息三大门类。
　　（1）基础地理信息
　　基础地理信息是指从测绘部门获取的一些最基础的、为社会各行业和各公安业务部门所公用的常规地理信息（包含建筑物、道路、水系、植被等）。这些信息在应用系统中，主要发挥着背景地图的作用和定位参考的作用。它来源于测绘部门，按测绘部门的国土代码进行编码，并有测绘部门进行维护。
　　（2）警用公共地理信息
　　警用公共地理信息是指与公安和消防业务密切相关、且可为公安、消防各业务部门开展地理信息应用所共同需要的一些公用性数据。每一类警用公共地理信息，按信息的业务归口关系，由一个主要部门负责数据采集和图层制作，并有多个单位协助其完成相关属性信息的采集和完善。警用公共地理信息按照五要素方法进行划分，描述其地理实体信息。
　　（3）业务专用地理信息
　　业务专用地理信息是指业务性特别强，仅与某一种公安业务密切相关的（或包含某种特定公安业务保密信息的）一些具有特殊业务用途的信息。
　　3关键问题分析
　　3.1最佳路径选取
　　最佳路径的选择，需要根据消防部门的特殊要求，针对不同的火灾等级选择不同的路径算法。一方面在接警过程中，通过接警员与报警者的交流，掌握关于火警类型和火警单位情况。另一方面，要求系统能够实时更新道路信息，提供参考价值高的最优路径，为消防部队的应急反应提供可靠的支持。从而提高路径选择的效率。
　　最佳路径选取算法是指在特定的网络中搜索最优的达到目标的路径。当网络中的权值是一个常量时称为静态网络，相应的两点间的最优路径算法称为静态最短路径算法。在消防应急系统的应用中，实际上每天每个时间段道路的情况是实时变化的，但由于每个消防中队管辖的区域并不是很大，消防力量到达受灾地点的时间相对比较短，在这段时间里，路径权重发生变化的可能性不大，所以在做出警路径规划时选择的算法还是静态最优路径算法。只是在系统维护和管理时，要求数据管理员根据交通信息指挥中心提供的数据，实时的对路径通行现状进行调整，以确保系统路径规划的实时性和准确性。对于最短路径选取算法，目前主要还是基于经典的Dijkstra算法，也是目前公认求解最短路径问题的最经典算法[5,6]。
　　3.2火警地点定位
　　火警点快速、正确的定位对于实施及时有效的消防措施具有重要的意义。由于火警电话传递给消防部门的信息通常是不完全的。例如，报警者可能只知道该单位的电话或名称，有时这些信息都不明确，只知道在某某路段或某某路与某某路的交叉口。这就要求消防地理信息系统应提供这样的功能，即在信息源不够充分的情况下也可以确定该单位的位置，具有模糊匹配功能。另一方面，需要设置完备的空间与属性数据，根据属性信息的要求可以查询空间位置。根据属性信息，如将光标移到某一位置上，可查出和这个位置有关的文字属性信息。通过合理完备的数据组织，利用GIS提供的地理关系运算语言，就可以根据接收的地理坐标，与派生表中的数据进行比较，检索出符合坐标值的单位名称，提高火警点定位的效率。
　　3.3车辆跟踪
　　利用全球卫星定位系统（GPS）可以提高消防调度指挥能力。GPS技术、无线通信技术和GIS相结合，为调度指挥提供准确、直观的移动目标位置和状态信息，提高对消防力量的动态指挥和管理能力，处理突发事件时能快速、准确地调度和指挥。
　　4结束语
　　文章针对城市消防工作进行了思考，提出建设城市消防地理信息系统应具备的主要功能，并对关键问题进行分析。需要说明的是在实际建设中，还应考虑不同城市关于消防指挥通信、接处警系统技术规范等，做好整个系统的设计。
　　根据《消防部队通信指挥系统“十一五”建设规划》，建立高效实用的消防指挥信息支持系统是发展我国消防事业和提高消防部队灭火、救援工作效率的迫切要求，利用地理信息系统强大的空间数据管理和分析能力，可以有效满足消防部队消防工作的要求，是消防部队信息化建设的需求。
　　
　　参考文献
　　[1]朱晓青.城市119消防GIS的研究与实现[D].解放军信息工程大学.2001.
　　[2]闫顺玺.石家庄市消防地理信息系统的设计与建立研究[D].河北师范大学.2006.
　　[3]冯春莹,徐志胜,徐亮.城市火灾模拟分析与消防应急指挥系统的设计与实现[J].防灾减灾工程学报.2005,(6):189-194.
　　[4]谢红.消防地理信息系统的应用和发展趋势[J].电脑开发与应用.2003,(1):13-17.
　　[5]朱力平,沈荣芳.最佳动态立体灭火救援圈确定方法的研究[J].消防科学与技术.2005,(1):85-87.
　　[6]宁建红.最短路径算法效率研究[J].上海电机学院学报.2006,9(3):40-42.