新一代三维GIS技术助力灭火救援工作更高效、更标准、更科学
感谢超图金牌生态合作伙伴甘肃伯骊江3D打印科技有限公司提供案例材料
2009年，SuperMap发布了首款二三维一体化GIS软件，并首次提出了二三维一体化GIS技术。随后，二三维一体化的应用系统不断涌现，二三维一体化技术逐步成为三维GIS发展和研究的主流。2017年，SuperMap在二三维一体化 GIS 技术的基础上，进一步提出了新一代三维GIS技术体系，对三维GIS进行了全新定义、全新架构。这些全新的理念和架构，得到了市场和用户的广泛认可，并且，SuperMap在2018年凭借“新一代三维GIS平台软件研发及产业化”获得测绘科技进步特等奖，新一代三维GIS技术将在很大程度上影响未来GIS的应用发展方向，赋能更多行业创新应用。
我们推出SuperMap新一代三维GIS技术创新应用系列文章，为大家介绍在各行各业中的典型创新应用，旨在推动更多行业创新应用。
本期推出系列文章之《新一代三维GIS技术助力灭火救援工作更高效、更标准、更科学》。
2018年以来的机构改革引领消防行业进入新时代，同时也带来了新的需求和挑战。甘肃省应急管理厅积极推动救援协调和预案管理能力建设，探索形成省市县三级应急预案体系建设、重特大灾害事故现场指挥部标准化建设等制度机制，打造了甘肃省消防总队灭火救援三维数字化预案平台，推动全省救援协调和预案管理工作向高效化、标准化、科学化迈进。
2018年10月9日，公安消防部队移交应急管理部交接仪式正式举行。根据国务院机构改革方案，公安消防部队转制后，与安全生产等应急救援队伍一并作为综合性常备应急骨干力量。消防救援队伍作为同各类灾害事故作斗争的主力军、国家队，编制科学、高效、实用的灭火救援预案是“下好先手棋、打好主动仗”的重要基础。
甘肃省应急管理厅积极推动救援协调和预案管理能力建设试点，探索形成省市县三级应急预案体系建设、重特大灾害事故现场指挥部标准化建设等制度机制，并联合甘肃伯骊江3D打印科技有限公司，通过消防数据库建设、融合超图新一代三维GIS技术，打造了包含信息查看、预案推演、预案查看、预案管理、记忆测试、战术要点等功能在内的灭火救援三维数字化预案平台。
“网络实战化练兵”的支撑平台
甘肃省消防总队灭火救援三维数字化预案平台，以地理空间数据库为基础，以三维展示为手段，提出了全新灭火救援演练方法——网络实战化练兵，将普通数字化预案和三维数字化预案进行了有效集成，平时可以实现作战信息的有效存储和管理，战时能够实现处置方案的快速获取与发布，具有直观生动、实时查询、快速发布、动态分析、辅助决策等特点。
基于SuperMap新一代三维GIS技术，平台很好地实现了多源异构数据融合、符号化三维建模、三维火焰粒子效果模拟、空间信息查询和分析计算等二三维一体化消防业务应用，提升了指挥员临场指挥能力和各级部队间的协同作战能力。
灭火救援三维数字化预案平台
充分发挥二三维一体化GIS技术价值
• 二三维一体化可视化预案信息表达
传统救援预案只能通过文字、现场照片和建筑结构图等方式描述重点单位情况，无法直观表现灾情现场的具体信息，而三维可视化的救援预案可以更加直观、全面地反映灾害现场的实际情况。项目建设过程中，因三维建设数据来源多样，存在着格式不统一等问题。
为解决这些问题，项目结合SuperMap多源异构数据融合匹配的技术，以二三维一体化GIS技术体系为基础框架，对倾斜摄影模型、精模、矢量、地形等多源数据进行场景融合匹配，突破了大规模三维数据在B/S下传输和解析的技术瓶颈，大幅降低了三维GIS应用系统的建设、管理和运维成本，提高了空间数据的使用效率，较好地还原了灾情现场的真实情况。具有以下几个特点：
1、对重点单位的内外部件进行精细模型构建，在发生灾情时可以快速调阅相关信息，如消火栓、防火卷帘门、排烟口、进攻通道等内部结构信息；
2、对周边环境进行倾斜摄影三维建模，还原现场真实环境，对灾情态势分析、推演提供了辅助依据；
3、结合物联网技术，将消防设施的实时状态、视频监控信息等与三维模型和全景照片有机融合，快速精确展示监测信息，为灭火救援赢得宝贵时间。
• 实景三维直观高效展现救援现场，快速模拟教学战场
在教学模拟推演和实战中，仅仅依靠数字化预案无法掌握现场的详尽信息。本项目中，结合SuperMap轻量级的三维客户端开发平台SuperMap iClient3D for WebGL，应用先进的HTML5 WebGL技术，支持跨平台，适配多类别浏览器，支持硬件加速的三维渲染技术，无需安装插件，即可高效浏览三维服务，极大地提升了Web终端展示实景三维模型和激光扫描精细模型的访问体验，可以在二三维一体化的场景中非常直观、有效地表现救援现场和重点部位的情况，也可以快速了解地表地形、建筑、道路、水源等相关资源情况，为作战现场环境分析、指挥调度提供科学的辅助决策依据。
• 三维符号库实现三维预案组件式快速搭建
项目预案制作中涉及的信息要素非常多，有灾情描述、力量部署，也有天气、周边环境等，要快速搭建这样的场景并不容易。在系统中，使用组件式功能，预置多类消防预案中经常使用的元素模型，如消防车辆、官兵、火焰、烟雾、标绘符号等，并可实现通过拖拽的方式添加至三维场景中，简单快捷地将传统卡片式预案中的文字描述，进行直观可视化的灾情信息与力量部署的场景还原。
项目中SuperMap GIS提供二三维一体化的符号解决方案，在三维场景中，通过对二维矢量数据使用三维点、线型、填充符号，可以免去重复制作数据的麻烦，使得地物具有更直观的表现力。三维符号化建模技术，具体包括：三维线型符号化技术、三维管网符号化技术、水面填充符号化技术等，有效辅助了三维预案场景的快速搭建。
三维预案组件式快速搭建
为实现预案快速、便捷的制作，系统提供了全面多样的三维模型，用于灾情设置、力量调集和部署，可以针对火灾的部位、燃烧性质、周边环境等因素进行排兵布阵。通过对参战车辆、参战人员、车辆装备等进行可视化部署，明确标明车辆、人员作战目的、作战位置、进攻及撤退路线等详细信息，提前计算所需救援力量和物资，在灾害发生后可以快速准确进行力量调集和力量部署，防止零打碎敲、贻误战机。
借助消防设施模型快速进行预案制作
• 逼真的粒子效果有效辅助灭火救援教学
系统中除了提供多种类型的模型外，还预置了多种粒子效果，包括：水、火、烟、雨、雪等，每种粒子效果按照不同的使用场景又有多种表现形式，满足消防救援人员在不同的天气条件下模拟灾害现场的情况，比如加入风力、风向、温度、湿度等影响火情的信息。
逼真火焰粒子效果
• 精确标注每个消防栓位置，提前熟悉火场
在灭火救援战斗中，水就是救援人员的子弹，救援人员到达现场后如何快速的找到室内外消防栓等相关的消防设施？
系统基于地图，对重点区域的消防设施分布情况进行展示，通过记忆测试训练，加强救援人员对重点单位的消防设施、消防控制及周边设施等信息的掌握情况，以便到达现场后快速控制和处置灾情。
• 专业作战评估模型，优化消防资源用量
系统基于对消防业务的逐步了解，在消防专业人员的帮助和支持下，对一些重要业务逻辑关系和数据进行数学建模，如作战估算功能，可以快速计算泡沫或水等相关救援物资的用量；战勤保障、社会联动、专家列表等功能，可以对灭火救援力量进行合理评估、分析、调配和部署。
• 整合与检索周边资源，快速部署救援力量
GIS的空间分析能力是数据应用价值的体现，三维GIS从可视化工具走向实用，需要具备强大的分析能力。SuperMap新一代三维GIS主要支持三维空间运算、三维空间关系判断、三维空间分析、降维计算、三维网络分析和三维量算等。
系统基于GIS的空间分析能力，以“一张图”的形式全面还原灾害地点的地理位置、比邻建筑、救援力量和救援物资等信息。在平时模拟推演和实战中，消防员可以快速了解战场环境、制定救援方案。
如：在实战中可以通过系统的空间分析及查询能力，快速了解重点单位的周边建筑和消防设施信息，以及30分钟至180分钟路程内的消防队伍力量分布，以设定准确的消防力量支持、科学的进攻撤退路线、更妥当的计划排兵布阵，从而助力消灭灾情。
• 大数据综合分析，决策分析更加科学
大数据综合分析模块主要是对甘肃省全省消防工作开展的重点、难点进行宏观把控，为日后的工作安排提供科学的决策支撑。
SuperMap GIS提供了功能强大且全面的分析算子，包括空间大数据算子、面向矢量和面向栅格的经典GIS分析算子（进行了分布式重构）、面向流数据处理的分析算子，以及分布式空间机器学习分析算子等，辅助解决了事故多发区域监控预警；重点单位、消防力量、救援物资分布分析；各地区消防工作的考核评价以及灾害发生频次、趋势统计分析；历史数据回溯等问题。
大数据空间分析决策
三维还原火灾大场景和全过程，平台在实战中不断提升
• 火灾大场景的技术重现
以服务过的某一客户为例，其管辖区域范围内共有6000余家重点单位，数量非常庞大，而且有各样的类型，如：地下工程类（超市、人防）、高层建筑类（百货商场、写字楼）、石油化工类（石油储罐区、化工厂）等等，需精确、快速地定位至其管辖区域，并真实反应现场单位的灾情和救援力量，排兵布阵。
基于SuperMap GIS软件，如何在“一张图”中管理数量庞大、模型结构复杂的重点单位，统一展示并应用，我们提供以下几点技术方案：
1、对三维模型的优化，尽可能地减少三角面，优化贴图；
2、借助SuperMap三维数据轻量化技术，通过多细节层次技术（LOD），提升场景性能；
3、做好权限控制，对低权限用户只显示权限范围内的三维模型。
• 火灾现场的全过程重现
真实的火灾现场，火焰颜色、燃烧方式、流向都是复杂多样的，需要制作各式的火焰模型以应对各种火情。SuperMap提供了火焰、雨雪、烟花、爆炸等粒子效果，利用粒子编辑器定制粒子效果和粒子运动方式，可制作出多种如水柱、樱花雨等美观实用的粒子，并允许用户指定雨雪降落区域，广泛用于气象模拟、应急演练、安全防护，以及泛光、卷帘、尾际线、扫描线等效果。
以储油罐发生火灾为例，着火时一般是沿着储罐一周的密封圈着火形成环状的火焰，一般的点状火焰无法还原现场情况，为此我们特地制作了环状火焰的模型，并且油罐发生火灾时，往往伴随着石油的泄露，会依据油的泄露方向形成流淌式的火焰。在系统中制作流淌火时，选择石油泄漏行进路线的起点与终点，就可以自动在路线上覆盖上火焰，并且可以调整火焰的高度、宽度等参数，复原真实场景。
真实环状火焰（左）系统环状火焰（右）对比
甘肃省消防总队灭火救援三维数字化预案平台，以SuperMap GIS平台软件为有效支撑，利用三维建模、地理信息、全景照片等技术，打破传统的平面、文档、图表等形式预案模式，建立集预案制作、审核、统计、展示、记忆测试等功能于一体的三维预案管理平台，实现信息显示直观化、灾情设置可视化、力量部署立体化，达到了试点建设目标，对于国内其它地区消防信息化建设工作起到了示范作用，具有很高的推广价值。
甘肃伯骊江3D打印科技有限公司简介
甘肃伯骊江3D打印科技有限公司是超图金牌生态合作伙伴，是一家主要业务为3D打印设备及材料的研发制造、3D打印技术开发与产品服务、地理信息数字化技术应用、三维可视化平台研发与应用、智慧城市综合运行解决方案和文化创意产品研发的新型科技公司。公司目前下设甘肃伯骊江信息科技有限公司、甘肃顺域新材料科技有限公司、杭州伯骊江科技有限公司3家子公司。公司以“协同创新、共赢发展”为宗旨，坚持深化产品垂直应用，为客户提供先进、科学的综合解决方案，打造一个创新型三维商业产业链，树立行业标杆，成为数字经济领域的领军者。
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