引言

火災(zāi)是嚴(yán)重威脅人類生存和發(fā)展的常發(fā)性災(zāi)害之一，具有發(fā)生頻率高、時(shí)空跨度大，造成的損失與危害嚴(yán)重等特點(diǎn)叫隨著社會(huì)科技的發(fā)展，火災(zāi)報(bào)警或指揮調(diào)度的信息系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用到消防應(yīng)急救援中，逐步向“科技消防”和“智能消防”的目標(biāo)邁進(jìn)。目前，縱觀國內(nèi)外，基于地理信息系統(tǒng)(GIS)、3G通信、虛擬現(xiàn)實(shí)、全球定位技術(shù)、視頻監(jiān)控等多種技術(shù)，構(gòu)建了大量的消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)，如基于GIS的消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)，基于3G通信技術(shù)的消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)，基于WebGIS的消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)等。

消防救援指揮決策必須依賴于各種定位信息，如消防員位置、消防車輛位置、消防設(shè)施及被困群眾位置信息等。目前,GPS技術(shù)、北斗導(dǎo)航技術(shù)等室外定位技術(shù)已被應(yīng)用到消防應(yīng)急指揮工作中，為消防應(yīng)急指揮提供了實(shí)時(shí)的消防人員及消防車輛室外定位、救援路線規(guī)劃等服務(wù)。然而，消防員在室內(nèi)的實(shí)時(shí)位置信息，對(duì)消防救援具有極其重要的意義，但由于缺乏有效的室內(nèi)地圖和室內(nèi)定位技術(shù)的支持，目前消防應(yīng)急救援指揮還僅停留在利用監(jiān)控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)信息的及時(shí)掌控,而無法滿足消防應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)的需求。

近年來，室內(nèi)定位技術(shù)日趨成熟，如：文獻(xiàn)提出了一種運(yùn)用無線射頻(RFID)技術(shù)提高室內(nèi)空間定位精度的方法,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證；文獻(xiàn)提出INS和GSM混合定位;文獻(xiàn)提出利用兩種濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的DGPS和WUB結(jié)合定位算法；文獻(xiàn)將DGPS和UWB結(jié)合定位，利用Kalman濾波器對(duì)UWB非視距誤差(NLOS)進(jìn)行消除，采用粒子濾波器對(duì)不同傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并使用GPRS通信模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸-隨著定位技術(shù)的發(fā)展，為消防應(yīng)急救援指揮提供了室內(nèi)定位信息的支撐-

室內(nèi)地圖是限制室內(nèi)定位技術(shù)在消防指揮決策中應(yīng)用的一個(gè)主要障礙-與成熟的室外電子地圖相比，室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得室內(nèi)電子地圖的生產(chǎn)、更新、維護(hù)和數(shù)據(jù)共享成為難點(diǎn)-室內(nèi)地圖的研究和應(yīng)用基本上還處于起步階段-目前，室內(nèi)地圖服務(wù)已引起廣泛關(guān)注-一些公司正在繪制購物中心、會(huì)議中心和機(jī)場等大規(guī)模建筑空間的室內(nèi)地圖,以填補(bǔ)建筑內(nèi)部地理信息空白-微軟、百度、谷歌等廠商相繼發(fā)布了室內(nèi)地圖服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了一些大城市的大型商店和機(jī)場的室內(nèi)地圖功能。

總之，現(xiàn)有消防應(yīng)用平臺(tái)缺少室內(nèi)定位及室內(nèi)地圖的支持，使得火災(zāi)現(xiàn)場指揮員主要依靠經(jīng)驗(yàn)和直覺來指揮部隊(duì)、實(shí)施搶險(xiǎn)救援活動(dòng)，這勢(shì)必導(dǎo)致指揮具有很大的盲目性，缺少科技依據(jù)，從而大大降低了滅火救援的成功率和效率-為了把人員傷亡和火災(zāi)損失控制在最小程度，需要消防部隊(duì)具有高效的指揮系統(tǒng)和科學(xué)的決策系統(tǒng)-基于室內(nèi)定位技術(shù)的消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)旨在建立一種集定位、指揮于一體的消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)，可為消防應(yīng)急救援指揮提供更加詳細(xì)、準(zhǔn)確的空間位置信息，使消防應(yīng)急救援決策更加高效、科學(xué)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于室內(nèi)外定位技術(shù)的消防應(yīng)急指揮平臺(tái)(IndoorPositioningServiceBasedFireEmergentCommandPlatform,IPS_FECP)構(gòu)建的目的是基于室內(nèi)定位技術(shù)和室內(nèi)地圖技術(shù)，為消防應(yīng)急指揮提供建筑內(nèi)部地理信息和消防終端的室內(nèi)定位信息，支持消防救援指揮，其系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。一個(gè)完整的IPS_FECP系統(tǒng)由指揮平臺(tái)服務(wù)器、服務(wù)器控制程序和客戶端3部分構(gòu)成，其中客戶端包括普通用戶手持終端、消防員手持終端、指揮中心指揮系統(tǒng)和移動(dòng)指揮系統(tǒng)4種。其中普通用戶手持終端為受災(zāi)群眾持有的裝有室內(nèi)定位軟硬件的手持設(shè)備，可以將被困群眾的位置信息傳遞到服務(wù)器；消防員手持終端為消防員持有的具有室內(nèi)定功能的手持專業(yè)設(shè)備，將消防員位置信息及火場信息實(shí)時(shí)傳送到服務(wù)器；指揮平臺(tái)服務(wù)器接收并維護(hù)普通用戶手持終端及消防員手持終端發(fā)來的信息，實(shí)現(xiàn)消防信息共享與同步，為消防指揮系統(tǒng)(指揮中心指揮系統(tǒng)及移動(dòng)指揮系統(tǒng))提供室內(nèi)外位置服務(wù)及地圖服務(wù)，指揮中心指揮系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)消防員及被困群眾的位置動(dòng)態(tài)跟蹤顯示及室內(nèi)外地圖顯示，為消防救援指揮提供決策支持信息；移動(dòng)指揮系統(tǒng)則是指揮中心指揮系統(tǒng)在移動(dòng)設(shè)備上的實(shí)現(xiàn)。

IP_FECP的核心問題是室內(nèi)外定位服務(wù)及室內(nèi)外地圖服務(wù)，不同消防設(shè)備及系統(tǒng)間的信息通訊，主要包括以下幾部分:

室內(nèi)外地圖一體化顯示。通過室內(nèi)外地圖關(guān)聯(lián)表，實(shí)現(xiàn)室外地圖與室內(nèi)地圖關(guān)聯(lián)。通過點(diǎn)擊室外建筑物，進(jìn)入建筑物的室內(nèi)地圖，并實(shí)現(xiàn)以建筑物為單元的建筑物室內(nèi)地圖組織方式和地圖瀏覽；

室內(nèi)救援路徑分析。通過將同一建筑物內(nèi)各樓層的室內(nèi)疏散通道根據(jù)樓梯信息進(jìn)行自動(dòng)連接，生成樓宇的疏散網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，基于GIS路徑分析算法，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)救援路徑分析功能；

室內(nèi)外定位信息的共享與顯示。能夠接收并解析消防員手持終端、普通用戶手持終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將接收到的信息實(shí)時(shí)發(fā)送到指揮中心服務(wù)器；能在室內(nèi)地圖中動(dòng)態(tài)跟蹤與顯示接收到的消防員手持終端信息和普通用戶手持終端信息。

由于IPS_FECP中各個(gè)子系統(tǒng)需要部署到多種類型設(shè)備(移動(dòng)設(shè)備、服務(wù)器及普通PC等)，因而對(duì)各系統(tǒng)間的程序可重用性、系統(tǒng)間的信息通信與信息共享提出了嚴(yán)格要求。本IPS_FECP原型系統(tǒng)基于Flex技術(shù)實(shí)現(xiàn)，主要是考慮到Flex技術(shù)的跨平臺(tái)性、跨設(shè)備性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)各系統(tǒng)間的程序可重用性，解決不同系統(tǒng)平臺(tái)間的信息通信與共享。

IPS_FECP系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

其中普通用戶手持終端及消防員手持終端通過HTTP信道，向服務(wù)器端實(shí)時(shí)發(fā)送位置信息及火場信息；指揮平臺(tái)服務(wù)器包括室內(nèi)外地圖服務(wù)器和消防信息共享服務(wù)器兩部分。室內(nèi)外地圖服務(wù)器基于ArcGISServer技術(shù)向指揮中心指揮系統(tǒng)及移動(dòng)指揮系統(tǒng)提供室內(nèi)外地圖服務(wù)。消防信息服務(wù)器通過HTTP信道，接收普通手持終端及消防員手持終端傳來的信息，基于WCF(WindowsCommunicationFoundation)技術(shù)實(shí)現(xiàn)消防信息的共享，為移動(dòng)指揮系統(tǒng)和指揮中心指揮系統(tǒng)提供室內(nèi)外定位信息和火場信息。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于以上設(shè)計(jì)，使用Flex技術(shù)、WCF技術(shù)及ArcGISServer技術(shù)開發(fā)了IPS_FECP原型系統(tǒng)。其中，普通群眾手持終端及消防員手持終端由第三方提供。本文重點(diǎn)介紹指揮平臺(tái)服務(wù)器及其控制系統(tǒng)，指揮中心指揮系統(tǒng)及移動(dòng)指揮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

2.1指揮平臺(tái)服務(wù)器及其控制系統(tǒng)

指揮平臺(tái)服務(wù)器由消防信息共享服務(wù)器和室內(nèi)外地圖服務(wù)器組成，如圖2所示。其中，室內(nèi)外地圖服務(wù)器是基于ArcGISServer技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，它為指揮中心指揮系統(tǒng)及移動(dòng)指揮系統(tǒng)提供室內(nèi)外地圖服務(wù)；消防信息共享服務(wù)器提供消防指揮信息的共享及同步服務(wù)，主要包括3個(gè)模塊：一是消防信息共享服務(wù)器?；赪CF技術(shù)在服務(wù)器端維持終端對(duì)象列表，提供消防信息共享；二是WCF服務(wù)控制模塊。該模塊主要實(shí)現(xiàn)WCF服務(wù)的控制功能，包括服務(wù)器地址及端口設(shè)置，及服務(wù)器啟動(dòng)與停止;三是ASP.Net通信服務(wù)模塊。該模塊定義了一個(gè)線程，基于HTTP協(xié)議間隔訪問第三方提供的消防信息服務(wù)(ASP.NetWeb服務(wù))，獲取消防員手持終端或普通用戶手持終端的狀態(tài)信息。

服務(wù)器控制系統(tǒng)主要提供服務(wù)器控制功能，其整體界面如圖3所示。其中監(jiān)聽面板提供監(jiān)聽接口設(shè)置，監(jiān)聽線程控制(開始、停止)功能；ASP服務(wù)器面板提供ASP服務(wù)器設(shè)置與控制功能，能夠添加所要監(jiān)聽的終端，提供服務(wù)器地址設(shè)置和監(jiān)聽線程控制(開始、停止)功能；而服務(wù)器終端列表面板則提供服務(wù)器終端實(shí)時(shí)信息顯示和終端服務(wù)器端對(duì)象管理功能,包括添加、刪除、更新等。

2.2指揮中心指揮系統(tǒng)

指揮中心指揮系統(tǒng)部署于消防指揮大廳的PC上。消防指揮人員通過該系統(tǒng)來實(shí)時(shí)跟蹤消防員位置信息，進(jìn)行預(yù)案查詢管理、指揮調(diào)度以及災(zāi)民疏散控制。其核心功能包括室內(nèi)外地圖展示和實(shí)時(shí)跟蹤消防員位置信息。

圖4所示是指揮中心指揮系統(tǒng)圖。其中圖4(a)左上部分為指揮平臺(tái)功能面板，左下角為指揮平臺(tái)消防員終端信息列表，右半部分為室外地圖面板。圖4(b)右半部分顯示了所選建筑物的室內(nèi)地圖。鑒于消防業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)默認(rèn)打開四個(gè)樓層的室內(nèi)地圖，分別可展示著火層、著火層上一層、著火層下一層及監(jiān)控中心所在樓層四個(gè)與消防指揮緊密相關(guān)樓層的室內(nèi)地圖。每個(gè)室內(nèi)地圖窗口，都可以獨(dú)立控制其所顯示的樓層和地圖范圍。

2.3移動(dòng)指揮系統(tǒng)

移動(dòng)指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能與指揮中心指揮系統(tǒng)類似，不同之處是將其部署于移動(dòng)端上，使得消防指揮車上的人員也能及時(shí)利用該平臺(tái)進(jìn)行指揮調(diào)度。移動(dòng)指揮系統(tǒng)基本界面如圖5所示，其中圖5(a)上半部分為消防員終端列表，下半部分為室外地圖。與指揮中心指揮系統(tǒng)一樣，用戶點(diǎn)擊室外地圖建筑物，可進(jìn)入該建筑物的室內(nèi)地圖，如圖5(b)所示。考慮到移動(dòng)設(shè)備的屏幕限制，移動(dòng)指揮系統(tǒng)只打開了一個(gè)室內(nèi)地圖窗口。

3應(yīng)用案例

本案例以C#語言實(shí)現(xiàn)了一個(gè)消防員終端模擬器，以模擬消防員位置的動(dòng)態(tài)移動(dòng)，并與指揮平臺(tái)服務(wù)器交互。指揮中心指揮系統(tǒng)及移動(dòng)指揮系統(tǒng)實(shí)時(shí)更新和顯示普通用戶手持終端和消防員手持終端的位置坐標(biāo)和電話號(hào)碼等信息，分別如圖4(a)及5(a)所示。點(diǎn)擊室外地圖的建筑物，進(jìn)入建筑物室內(nèi)地圖，實(shí)現(xiàn)消防員位置動(dòng)態(tài)跟蹤，分別如圖4(b)及5(b)所示。

4結(jié)語

重大危險(xiǎn)源和人員密集場所的滅火救援指揮是消防救援的兩大困難。由于缺少定位信息和室內(nèi)地圖信息，通常會(huì)導(dǎo)致樓內(nèi)人員找不到消防通道、消防員找不到被困者、消防指揮員無法確定消防員在火場中的具體位置等問題。因此，消防應(yīng)急指揮，特別是在重大危險(xiǎn)源和人員密集場所，需要一個(gè)消防應(yīng)急指揮平臺(tái)為消防應(yīng)急指揮提供室內(nèi)定位及室內(nèi)地圖的支持，從而輔助消防指揮員能夠?qū)崟r(shí)做出準(zhǔn)確的救援決策。盡管目前已研發(fā)了各種消防應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)，但受限于室內(nèi)定位技術(shù)及室內(nèi)地圖的發(fā)展，目前的消防應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)仍然不能為消防應(yīng)急指揮提供內(nèi)定位及室內(nèi)地圖信息。針對(duì)此問題,本文使用室內(nèi)外一體化地理信息系統(tǒng)技術(shù)，結(jié)合目前的室內(nèi)定位技術(shù)，研制了一個(gè)具有通用性、實(shí)用性的消防應(yīng)急指揮平臺(tái)原型系統(tǒng)，為消防指揮員提供高層建筑及人員密集場所內(nèi)消防設(shè)施、戰(zhàn)斗員、被困群眾的準(zhǔn)確定位信息，解決了室內(nèi)外地圖服務(wù)、消防室內(nèi)外定位信息的跟蹤與顯示、消防應(yīng)急指揮平臺(tái)各子系統(tǒng)間的信息通信、共享與同步等關(guān)鍵問題。但目前該系統(tǒng)還處于初始階段，未來需要緊密結(jié)合消防業(yè)務(wù)需求，加入更多的消防指揮業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)消防救援“情報(bào)信息多元化,通信手段多樣化，輔助決策科學(xué)化，指揮控制實(shí)時(shí)化，指揮終端智能化”的要求。

20211119_6197b6287a3ea__基于室內(nèi)外定位技術(shù)的消防應(yīng)急指揮平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)