北京消防协会

地理信息系统在消防系统中的应用

2016-11-26 12:25 来源：|0 流量：1895

1.地理信息系统的基本概念

    1．1信息与地理信息

     信息(Information)用数字、文字、符号、影像、语言等介质来说明事件、事物、现象的内容、数量或特征，提供新的事实和知识。作为生产、建设、管理、经营、分析和决策的依据，其具有客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。

     地理信息是指与所研究的地理实体的空间地理分布有关的信息，包括数量、质量、空间位置、空间分布的特征、联系和规律等，是对地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。其中空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。此外，地理信息还具有以下独特特征：

(1)空间分布性； (2)数据量大； (3)信息载体的多样性。

1．2地理信息系统

地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)是20世纪60年代发展起来的地理学研究技术，是在计算机软件和硬件的支持下，以地理空间数据库为基础，采集、储存、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据，为地理研究和地理决策服务的空间信息系统。

地理信息系统具有以下三个方面的特征：

(1)具有采集、管理、分析和输出多种空间信息的能力，具有空间性和动态性；

(2)以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，提供高层次的地理信息；

    (3)由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息。

    从外部看来，地理信息系统表现为计算机软硬件系统，而其内涵是由计算机程序和地理数据组成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。

2.消防地理信息系统的系统分析

2．1现状调查

    2．1．1用户需求

    目前，由于灭火作战和消防监督检查的需要，在消防部门要对诸多的单位、场所、高层建筑以及城市公共消防设施进行统计、管理。这些庞大而且离散的数据在城市中大量分布给消防监督管理和灭火作战的信息统计、分析带来一定的难度。

     2．1．2 系统目的和任务调查

     运用GIS强大的图形处理功能，将现有单位、场所、高层建筑以及城市公共消防设施等作为独立的离散数据进行统计分析、处理，能够显著提高消防监督工作效率和灭火作战能力，对实现消防业务电子化、网络化起着重要的推动作用。

2．1．3数据源调查

(1)数据源消防地理信息系统中包含有多种类型的数据，主要有：

①各类地图。在GIS系统中，可以扫描纸质地图，导入航空相片、遥感图像或AutoCAD文件格式(DWG文件)的数字地图等；②文字报告及统计数据。消防部门对各类单位、场所的统计资料，如消防安全重点单位档案、城市消火栓统计等。

(2)数据的分类从表现形式上，数据可以分为字符型数据、数值型数据、日期型数据和图形型数据4类。

      ①字符型数据   字符型数据是定性数据的表现形式，也是定量数据的概括和归纳，可用汉字、拼音字母和外文字母的形式或数字与字母混排的方式书写、储存和处理，例如对消防安全重点单位的基本概况描述、高层建筑的实用性质等；
      ②数值型数据   数值型数据首先是定量数据的表现形式，也可以是定性数据的转换形式。如：高层建筑的层数、建筑高度，市政消火栓的水压等；
      ③日期型数据    对建筑寿命、使用年限等参数的描述，应当使用日期型数据；
      ④图形型数据    图形型数据是指那些观察时直接以图形形式记录下来的数据，如消防监督检查过程中拍摄的照片等。

     2．2社会效益

      消防地理信息系统建成后，可以大大改善消防监督管理的状况，有效地提高计算机技术在消防监督管理、灭火作战等方面的应用水平(如：发生火灾后，通过GIS查询，可以立即显示出发生火灾地点周围1000m范围内的消火栓情况，以及从消防站到达火场的最佳路线)。

3.系统总体设计

3．1系统目标的确定

一般的设备管理系统只对建筑、设备的属性数据和运行参数作静态的查询、统计和分析管理。地理信息系统则提供一种直观的、可视化的管理方法，利用城市的地理地图作为背景，将建筑、设施在背景地图上作矢量化描述，增加、删除和修改建筑、设备图符，真实地反映城市建筑、设施所处的地理位置，建立设备之间的图形拓扑结构关系。

    3．2系统组网方案

     系统网络采用100M以太网络、星型拓扑结构，以支持系统的可扩充性。网络通信协议采用国际通用的TCP／IP协议，以此为基础完成与其他系统的互联，以保证系统的开放性。为了保证系统安全、可靠地运行，在系统网络设计时还应考虑以下几个方面：

     3．2．1 采用ChentVServer框架结构

     这种结构包括服务器端(Server)和客户端(Client)两部分并安装相应的软件。Server端主要进行用户、角色和权限的定义，并负责身份验证；Client端负责测区数据的管理工作，包括测区数据的引入及删除、测区状态的关闭及打开、新产品的创建、任务的分配和评定及之后的查询、统计、数据检索、生成质量报告等。

上述功能的具体实现是通过数据库系统(Oracle)+开发语言环境(VB)+GIS图形控件(如MapX／MapObiect)。

     3．2．2采用Browse／Server框架结构

     B／S结构具有如下特征：服务器端安装相应的软件，客户端不安装任何软件(不需要维护)。客户端运行程序是靠浏览器软件登陆服务器进行的并在浏览器里完成一定的计算任务；服务器端保存数据库并完成较多的计算。这种结构对客户机的软硬件要求不高，用Intranet技术开发可以跨越几乎所有平台，可移植性好，且易于维护，因为所有的开发和维护都集中在服务器端。

但在统计分析及图形表达等复杂一点的功能方面比较困难，可以通过IIS+WebGIS系统+MS SQLSERVER／ORACLE+Asp．net。

      3．2．3 C／S与B／S结构相结合

    这种结构可以结合两种方式的优点，需要对数据库进行频繁操作例如添加、修改资料的人员使用C／S客户端，其功能较强、安全系数也高；领导层则使用B／S客户端进行数据的查询，上网即可操作；生产人员的计算机仍安装相应的客户端软件，完成数据的上下载、转载等工作，管理人员通过浏览器对生产情况进行查询统计。整个系统采用客户机／服务器结构体系，数据库服务器使用Microsoft Windows server 2000操作系统，数据库使用Oracle 8i，应用程序的开发选用Intergraph公司的Gframme软件平台。

3．3数字化要求

3．3．1地图坐标系为保证消防地理信息系统适应国家标准，并实现统一和共享，地图采用北京坐标系。

3．3．2地图比例尺考虑到系统的实际应用和获得电子地图的可能性，采用1：500~1：2000的比例尺。

      3．4硬件配置

     数据服务器的硬件配置相对较高，应当采用工作站机型、大容量内存、并配备磁盘阵列系统，以确保系统数据的可靠性。同时应配备大功率UPS电源，确保数据使用可靠；数据操作客户端(C／S)和数据浏览客户端(B／S)硬件配置要求相对较低，一般主流机型均可以满足使用要求。

4.系统功能设计

     4．1地形图库管理功能

     该系统可以对点、线、区3种图元的空间数据和图形属性进行编辑，同时还可以集成矢量化和图形输出的功能，对地图库进行灵活的管理和方便的数据转换。

    4．1．1图形输入
     (1)利用数字化仪输入成图；
     (2)通过鼠标在地图窗口定位成图；
     (3)读入已存储于文件中的图形、点、线坐标信息并自动成图；
     (4)对于多种图形格式文件及各种GIS软件系统的输出图形文件，均可以转换成系统可以接收的格式，并进而转换成其他软件能够接收的格式。

     4．1．2 图形编辑

    图形编辑是地形图编辑管理模块中一个不可或缺的部分，其能改善绘图精度、更新图形内容、实现图形综合，同时对各种图形文件(点、线、区、网等)或整个工程项目进行更新、存储、备份。主要功能有：

(1)对点、线、区3种图元进行操作、编辑； (2)拓扑处理和系统库处理； (3)提供各种图形的矢量化功能； (4)利用窗口实现交互式图形编辑； (5)提供图形分层的编辑功能。

     4．1．3 图形输出

    图形输出系统主要是读取GIS系统的各种输出数据，经过版面编辑处理、排版，最终形成各种格式的图形文件，并可输出地形图以及各种图形文件。

     4．1．4图库管理

     图库管理功能在整个消防GIS系统中负责基础信息的管理，是所有系统建立的根基，直接关系到系统运作的稳定性和信息来源的准确性。其主要是针对空间数据的管理，用于存储和管理地图信息，属于专用的地图数据库管理系统，主要功能有：(1)为用户提供灵活直观的数据入库手段；(2)提供便捷的数据查询途径；(3)提供图幅校正功能；(4)方便帧与帧之间的接边功能，消除相邻帧之间的结合误差。

4．1．5数据转换

数据转换功能可实现消防地理信息系统与其他GIS系统之间的数据转换，从而达到数据资源的共享。

     4．2输入编辑功能

    输入编辑功能可以提供方便的管理地理信息系统网络的手段，迅速直观地构造整个网络，建立与网络元素相关的属性数据库，提供丰富的网络输入手段。除了直接的手动输入外，还可以对大批量的数据采取外挂数据库的方式，以方便信息录入。(1)按照各个组成成分进行属性输入；(2)提供可视化的编辑功能； (3)建筑、设备属性的存储和更新管理； (4)导入、导出属性数据库：选择要操作的文件，并选择导入的数据源，即可成批地导入属性数据；同样，也可以将属性数据导出到外部数据源制定的数据库系统，以方便用户直接操作数据。

     4．3查询功能

     消防系统查询是通过一些有效的方法对当前的消防系统信息迅速了解和详细分析，从而指导管理人员进行高效的查找和分析，取得所需数据和信息。

4．4数据设置功能

     数据设置功能是消防GIS系统处理网络数据的一个初始化设置系统，包括以下功能：
                (1)系统中建筑、设备等的配置、修改、添加、删除功能；
                (2)属性数据结构的更改功能；
                (3)设备库编码的查看功能；
                (4)建筑、设备等属性数据表之间的挂接管理功能；
                (5)系统环境设置功能；
                (6)数据属性表名与设备名对应关系查看功能。

4．5业务功能

      4．5．1 单位及城市公共消防设施管理
                (1)建筑、设备查询
                用户可在查询条件中输入设备的某一种或某几种属性进行简单查询或复合查询；
                (2)功能树；
                (3)功能设计示例：

            ①对建筑工程、城市公共消防设施实行数字化管理如，可以查询位于人民路上的所有高层建筑，并以专题地图的形式显示出来。复合查询如：查询位于百货大楼周围500m范围内的所有的市政消火栓；查询一座高层建筑周围50m范围内是否有加油站、加气站以及人民路上的所有储量大于50吨的加油站点；
                ②判定区域火灾危险性。通过对每一单独建筑的火灾危险
            性进行量化，并就整个区域内的建筑火灾危险性进行分析、评估，从而确定火灾高危区域，并有针对性地开展灭火演练、增设消防设施、消除火灾隐患，最大限度地确保消防安全。

4．5．2灭火救援

     (1)快速查询最佳出警路线

      目前该市的火警119接警、出警系统仍然是人工接警、人工判断出车路线，不免存在人工记忆准确性差，不能确保最优路线等缺点。通过采用消防地理信息系统，可以立即显示出距离火灾现场最近的消防站位置，并快速量算出两点(从消防站至火灾现场)之间的折线(道路)距离，并结合路况选出最优消防车路线，确保及时到达火灾现场；

(2)评估化学危险品扩散、影响范围

对于氯气、氨气等挥发性、扩散性的有毒气体、易燃易爆气体泄漏事故，通过消防地理信息系统并结合当时的气象资料(空气湿度、温度、风向等)，可以迅速得出有毒气体最低允许浓度分布区域，有助于快速确定警戒和疏散区域，开展抢险救援。

5.该系统下一步的应用及开发方向

通过对设备连接与从属关系的分析，对设备数据库进行描述，并建立设备数据库结构，进而在GIS系统中实现多种功能：

5．1接口管理功能．

该系统在下一步应当具有与其他消防系统的接口能力，包括消防MIS系统、办公自动化系统、INTERNET系统等。

     5．2扩展功能

     (1)通过WLAN或GPRS系统与单位的消防监控系统连接，实现对单位消防系统的远程监控，从而大大缩短接警、处警时间，最大限度地减少火灾损失；
     (2)通过与城市110、120、122、电力抢修等应急、抢修系统挂接，实现抢险救援协同化，真正做到多功能、智能化并有助于建成快速反应、信息共享、高效实用、功能强大的调度指挥中心、决策中心、综合信息处理中心。

     6.结论

     运用GIS强大的图形处理功能，将基于地理空间技术的开发方法扩展到整个消防系统中，有助于消防部门的相关人员真实、快捷地获得相关数据进行资料管理和决策。

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