2015年8月12日天津濱海新區瑞海國際物流公司危險品倉庫發生爆炸。此次爆炸事故共造成165人遇難、8人失蹤、798人受傷，直接經濟損失68.66億元，這其中救援人員的傷亡多達110人。在滅火救援的過程中，指揮人員未能快速、準確的獲取著火物質及其周邊危險品的種類和數量，導致其難以對火場做出正確的危險預估。在毫無征兆的情況下，短時間內接連發生兩次大爆炸，致使救援力量損失慘重。2016年4月22日江蘇德橋倉儲有限公司儲罐區2號交換站發生火災，1名消防戰士死亡，直接經濟損失2 532.14萬元。在滅火過程中，消防指揮人員未能對火場危險區域進行精準預測，導致一名公安消防戰士在滅火救援過程中不幸遇難。上述事故均暴露出我國消防應急救援領域的短板：現有的應急救援技術與裝備已不能滿足大型火災事故救援的需要。目前，我國消防應急救援技術與裝備方面存在如下問題：
災害現場信息局限于二維平面化，火場單位消防基本信息包括人員信息、圖紙資料等嚴重缺失。災情發生時，消防部門很難在短時間內全面摸清受災區域三維基本信息，從而大大降低了滅火救援的效率。現有的單一二維平面化的消防信息，更加劇了救援黃金時間的流失。
救援人員火場災變感知能力弱，火場信息偵測手段匱乏。包括火場周圍溫度場分布、有毒有害氣體濃度在內的災害信息幾乎一無所知，救援過程存在極大隱患。信息傳輸困難，救災過程中的進攻路線、滅火工藝、人員部署方案的制定存在滯后性，無法做到隨著災變信息及時更新，救援效率大打折扣。
消防指揮人員作戰指揮依賴經驗，缺乏科學依據。目前消防部隊在力量部署、進攻方向、滅火工藝選擇等方面極大地依賴滅火指揮人員的個人作戰經驗，而個人作戰經驗是在有限的救援作戰中積累而成，存在著偶然性和不科學性，并且因時間、成本等條件限制，不能大范圍的對火災重點單位進行火災預案演練，更限制了消防指揮人員的作戰水平。
習總書記在國家安全工作小組會議中談到：要加強消防、危險化學品等重點領域安全生產治理。要加大對維護國家安全所需的物質、技術、裝備、人才、法律、機制等保障方面的能力建設，更好適應國家安全工作需要。中共中央、國務院、中央軍委也多次下達文件要求加強應急救援力量建設，資助發展應急救援技術。
為了讓消防救援人員準確、有效地獲得建筑基本情況，及時制定可靠的應急救援方案，提高消防指揮人員作戰指揮水平和消防隊的滅火救援能力，最大程度的降低火災造成的人員傷亡和財產損失，迫切需要構建一套三維可視化的應急救援系統，于是有了這個作品，基于GIS與無人機的三維智能消防應急救援系統。
本系統基于無人機技術、GIS三維建模技術、火災動力學模型、消防作戰理論，研發了一款三維智能消防應急救援系統。它能夠實現城市建（構）筑物的快速三維建模，火場災變信息的全方位實時偵測。與此同時，該系統還添加了預案演練和沙盤推演等模塊，可以輔助救援指揮決策人員制定出一套針對性強、效率高、安全系數大的滅火救援策略，提升消防隊伍的滅火作戰效率，在火場中為人民和消防員的安全保駕護航。
團隊以消防安全重點單位為研究對象，為解決火場信息缺失、災害信息探測手段不足、指揮決策缺少科學依據等問題，設計了一種新型消防應急救援系統。該系統以建（構）筑物的GIS三維模型為基礎，以火災模型與消防作戰理論為主體，并且對接了無人機監測信息與消控室物聯網，實現了接警、出警、火場信息獲取、指揮決策、力量部署的輔助功能，推動了智能化應急救援的發展。
本系統是基于三維GIS建模技術、無人機技術、火災動力學模型、應急救援理論等先進技術，開發出的一套三維智能消防應急救援系統。系統總體思路如下：
（1）實現城市消防安全重點單位的三維可視化。引入地理信息系統（GIS）三維建模技術，通過無人機掛載傾斜相機對地表物、特征點快速有效的覆蓋并且基于圖形運算單元GPU的后處理三維建模技術，實現快速、簡單、全自動的三維建模，建立了城市消防區域和消防重點單位的三維模型，并且實現了三維模型的快速直接測量。
（2）構建災害現場實時監測系統。實現消防控制室實時監測信息的對接，包括視頻監控信息、火災聯動報警信息、水滅火系統裝備信息；實現無人機采集災情信息的實時傳輸，包括火場的溫度分布信息、有毒有害氣體濃度分布信息。
（3）搭建可控虛擬火災模型與救災模型。開發沙盤演練與預案演練功能模塊，建立人車三維封裝模塊，既能用于戰時指揮也能用于常時演練。基于火災動力學模型與3D技術開發三維虛擬火災模型。依據消防救援理論與三維虛擬火災模型智能劃定的危險區域范圍，實現救援力量的科學合理部署，做到消防救援有據可依。
依據上述思路，提出了本系統構成及基本原理，如下圖所示：
（1）無人機搭載傾斜相機對大型建（構）筑物進行高清拍攝，將拍攝高清圖片導入Smart 3D生成軟件可調用的三維模型基本圖層文件。將圖層文件導入至軟件中，通過3D引擎驅動實現三維模型在軟件中的三維漫游。
（2）無人機搭載有毒有害氣體分析儀與三光吊艙，對地面災害現場進行監測。實時采集災害現場的高清畫面、紅外熱成像以及有毒有害氣體濃度等數據，通過4G網絡實時傳輸到地面服務器，供用戶進行實時調取。
（3）設計人車三維封裝模塊，實時接收位置信息與狀態信息。明確災害現場救援力量布局，并做到對于人車裝備的實時調度部署。
（4）應急救援軟件對接事故現場消防控制室信息，實現對災害現場視頻監控信息、聯動報警信息、主動滅火設備信息等消防物聯網信息的實時接收。
（5）將火災理論模型開發為軟件代碼。利用經典池火模型Thomas經驗公式、點火源計算法、Mudan計算法編寫出用于確定人員安全距離與罐區危險范圍的程序，并且實現火災理論模型在軟件中的三維展示。系統內嵌油灌廠區火災救援理論。依據所劃定危險范圍，科學化部署救援力量，輔助制定救援決策。
（6）應急救援軟件嵌套整套科學救援流程。軟件將從消控室警報、消防隊接警、出警、火場信息獲取、消防救援力量部署這一系列的科學救援決策流程轉變為功能模塊，輔助消防人員開展每一步的救援工作，提供指揮便利，提高作戰能力。
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