VRGIS在智能应急指挥系统中的应用研究

吴合义 ，黄宝香

（1.北京中海新图科技有限公司，北京 100085；2.青岛大学 信息工程学院，山东 青岛 266100）

公共突发事件应急管理是一个庞大的体系，包括警察、消防队员、医疗急救人员、指挥中心等，需在各个层面上横向拉动各职能部门并做到上传下达，在各专业部门上下级组织之间建立垂直的专业应急沟通网络。在应急管理系统中，VRGIS技术可以实现灾害资料获取、资源定位、资源最优调配路线分析，提高预案规划能力，及时提供决策支持、导航等功能。

1 应急管理系统构成

应急管理系统具体包括实时监控系统、应急指挥场所系统、基础支撑系统与综合应用系统等，每个系统还有很多分系统，如图1所示。

图1 应急管理系统构成

2 VRGIS平台插件式架构

VRGIS是基于OpenGL开发的三维图形引擎，支持由多数据源、多分辨率的海量数据所构建的三维场景的稳定快速导航，旨在满足面向城域景观虚拟仿真的高端需求，基于该平台可搭建应急指挥系统的城市级三维场景。VRGIS采用插件式架构，具有良好的扩展性。把扩展功能从框架中剥离出来，可降低框架的复杂度，让框架更容易实现。扩展功能与框架以一种很松散的方式耦合，两者在保持接口不变的情况下，可以独立变化和发布，如图2。

图2 VRGIS平台插件式架构

由此插件式架构，可通过接口控制VRGIS CORE中的任意节点，并为每个节点引入回调接口，通过继承修改该接口，控制节点的各种渲染状态。增加模块时，只需继承平台中的接口，开发自己的插件。平台可以自动加载该插件，并动态调用插件接口。

3 基于VRGIS平台的应急指挥系统设计

应急管理系统需要具备如下能力：①早期各类信息的汇集、分析能力；②快速反应能力；③水平信息整合和共享能力；④足够的信息汇集和指挥通讯能力；⑤具有冗余性和可靠性设计。根据这些要求，将应急管理系统进一步拆解，如图3所示。

图3 智能应急管理系统

应急管理系统由硬件、软件构成，核心目标是使应急相关信息（包含从下面采集来的信息和从上面下发的指令信息）在整个系统中安全、快速、无障碍地流通；而管理中间件的设置，则向上屏蔽了下面复杂的硬件细节，对应用层开放一个标准的、可编程的业务接口，使得千变万化的应急应用能够有效地调用下层的硬件资源，从而在系统层面将应急应用与应急支撑系统融为一体，为应急操作与处置提供最好的支撑。

系统建设过程中应充分考虑应急指挥系统的地理空间特征，可借助VRGIS技术对空间信息的形象表达能力和对空间数据的管理能力，集成为应急采集与通讯、应急传输网络、应急数据中心、应急管理平面，如图4所示。四个部分之间有非常紧密的衔接和对应，每个部分自成体系，组合在一起又构成系统。

4 基于VRGIS平台的应急指挥系统功能研究

图4 基于VRGIS平台的智能化应急系统架构

基于VRGIS平台海量三维数据构建的城市级场景，应急指挥系统可实现火灾、地震、交通事故等灾害的应急指挥。VRGIS平台的三维场景快速构建、缓冲区分析、最短路径等功能都将为智能应急提供强有力的技术支持，如图5。结合VRGIS中的三维动画、碰撞效果和录制功能，可对灾难进行三维实时效果模拟。同时，结合救灾路线模拟和灾害预测功能对结果进行预测和分析。

图5 VRGIS平台应急保障

4.1 火灾三维动态实时模拟

VRGIS平台可实现对火焰、烟雾的实时模拟，如图6。并根据火焰、火势等数据，结合风向、建筑物结构、建筑物组成成分、空气流通等因素，模拟火势的发展，对建筑物着火部分做进一步的预测和推断。利用VRGIS平台的动画和触发功能，对火灾发生情况下人员如何自救等演示，也可以达到很好的教育目的。

图6 VRGIS平台火焰效果

4.2 水灾三维动态实时模拟

水灾发生时，可通过水淹分析模块对淹没区域、水流趋势进行探测和虚拟场景演示，如图7。

图7 VRGIS平台水淹分析

4.3 交通事故三维动态实时模拟

对于在各类市政道路、桥梁坍塌、管道爆裂、管沟工程施工和检修维修过程中发生的生产安全事故（险情）导致的交通事故进行三维虚拟模拟，如图8。结合救灾模块，对人员应急疏通作出实时分析。利用建筑物的透明展示功能，可以实现对地下交通工具的效果展示。当地铁轻轨发生特别重大事故时，会使人民群众生命财产和地铁正常运营受到严重威胁，通过三维实时预测和演示，可提高人们对交通安全的认识。

图8 VRGIS平台交通事故模拟

4.4 地震灾难模拟

利用准确的地理信息数据，包括矢量数据和人口位置信息，实现不同地震级别下的灾害三维模拟。当地震较严重时，模拟建筑物的倒塌和人员伤亡情况，对伤亡指数进行预测分析，得到合理的结果。另外，对地震时人在不同位置和环境条件下如何采取正确的自救措施进行演示。

4.5 救灾路线

模拟在地震、火灾等灾难情况下已有的救灾路线和救灾方式。通过摄像机或传感器，获得人体的地理坐标，将该地理坐标转化到虚拟场景中，实时跟踪虚拟人体，实现人体的动态准确定位和实时模拟，如图9。可以根据人员的位置、建筑应急出口、火势情况等因素，生成当前的最佳逃生路径并通知逃生者，尽可能地避免人员伤亡。另外，还可以结合交通模块对当前的疏散路线进行设定，并通过透明功能对紧急避难场所的地点和路线进行显示。

图9 VRGIS平台人员疏通与紧急救援模拟

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