基于GIS分析的智能城市消防系統(tǒng)布局研究

鄒徽強(qiáng)

（韶關(guān)市城鄉(xiāng)規(guī)劃市政設(shè)計(jì)研究院）

1 引言

在智能城市規(guī)劃中，消防系統(tǒng)布局是城市消防規(guī)劃的重要內(nèi)容。城市消防系統(tǒng)布局包括城市消防站的選址和消防站責(zé)任區(qū)的劃分。針對(duì)我國(guó)消防站在系統(tǒng)布局方面出現(xiàn)的，如消防站的位置、數(shù)量、規(guī)模和服務(wù)區(qū)的規(guī)劃不完善等問題，使用GIS位置分配原理，能夠有效改進(jìn)消防站的規(guī)劃問題，優(yōu)化消防系統(tǒng)的布局，不斷提高消防站功能的發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)其在城市管理與安全保障中的作用。

2 GIS位置分配原理

在GIS技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，其位置分配原理是指，地理信息系統(tǒng)根據(jù)特定的優(yōu)化模型、給定需求和已有的設(shè)施分布，從有關(guān)用戶指定的系列候選設(shè)施選址中，選出指定數(shù)目的設(shè)施選址，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)施的優(yōu)化布局。地理信息系統(tǒng)優(yōu)化模型具有較多的優(yōu)點(diǎn)[1]。例如，能夠?qū)崿F(xiàn)最小化抗阻、最大化覆蓋、最小化設(shè)施點(diǎn)數(shù)及最大化人流量等。

3 基于GIS優(yōu)化消防系統(tǒng)布局

3.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)獲取

在基于地理信息系統(tǒng)的智能城市消防系統(tǒng)布局研究中，通過(guò)對(duì)研究區(qū)域的數(shù)據(jù)獲取，對(duì)當(dāng)?shù)氐娜藛T狀況和地理位置等進(jìn)行了解，并且從當(dāng)?shù)氐穆肪W(wǎng)、建筑物以及城市的地形圖入手，建立數(shù)字化的模型。同時(shí)，需要對(duì)當(dāng)?shù)氐囊呀?jīng)建立的消防站和預(yù)備的消防站的選址進(jìn)行了解。

3.2 路網(wǎng)模型的構(gòu)建

在智能城市的構(gòu)建中，消防系統(tǒng)的布局需要和整個(gè)城市的建設(shè)相結(jié)合。其中，包括城市的路網(wǎng)模型的建設(shè)和布局。在智能城市的路網(wǎng)模型的構(gòu)建中，首先要提取城市道路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從城市的地形圖中獲取城市的鐵路、公路、干路、支路等數(shù)據(jù)信息，并將這些信息導(dǎo)入到城市地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)“道路”類的要素之中，建立相關(guān)的行車時(shí)間和行車路線。然后，進(jìn)行拓?fù)涮幚?，著重?duì)線要素的重合、交叉、自重疊以及自交叉進(jìn)行拓?fù)涮幚?。最后，建立智能城市的路網(wǎng)模型。在城市路網(wǎng)模型的建立中，要考慮到消防車輛在道路上行駛時(shí)具有一定的優(yōu)先權(quán)。

3.3 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估

在智能城市的構(gòu)建中，利用GIS技術(shù)能夠提高城市火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的效能。根據(jù)城市自然要素和社會(huì)要素等建立網(wǎng)格單元的城市火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)單元，能夠有效提高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的科學(xué)性。另外，城市區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有綜合性、先導(dǎo)性和前瞻性等特性，使得其在工作過(guò)程中的難度比較大。利用GIS數(shù)據(jù)管理和空間分析技術(shù)，能夠推動(dòng)城市區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的信息收集、空間分析和決策等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)城市區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的科學(xué)化和系統(tǒng)化。

3.4 應(yīng)用GIS優(yōu)化消防站站點(diǎn)布局

在使用GIS技術(shù)對(duì)智能城市的消防站點(diǎn)的布局進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，可以從最小化設(shè)施點(diǎn)數(shù)模型計(jì)算消防站點(diǎn)數(shù)，從最大化覆蓋范圍模型確定比選范圍，同時(shí)基于服務(wù)區(qū)消防站的布局優(yōu)化等方面來(lái)考慮，提高城市消防站點(diǎn)布局的合理性和科學(xué)性，推動(dòng)消防站防災(zāi)、減災(zāi)功能的有效發(fā)揮。

最小化設(shè)施點(diǎn)數(shù)模型計(jì)算消防站點(diǎn)數(shù)。在實(shí)施GIS分析技術(shù)對(duì)消防站點(diǎn)優(yōu)化布局中，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模擬最小化設(shè)施點(diǎn)數(shù)模型來(lái)計(jì)算消防站點(diǎn)數(shù)。通過(guò)對(duì)城鎮(zhèn)范圍內(nèi)部的消防站點(diǎn)、火災(zāi)發(fā)生的位置以及阻斷中抗等進(jìn)行設(shè)置，從而得到消防區(qū)域范圍內(nèi)最大設(shè)施的最大服務(wù)時(shí)間。

在應(yīng)用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)消防站點(diǎn)布局優(yōu)化的過(guò)程中，通過(guò)最大化覆蓋范圍模型可以確定比選方案。在應(yīng)用最大化覆蓋范圍模型中，對(duì)阻抗中斷進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模擬，能夠得到一個(gè)消防站在5min之內(nèi)所能到達(dá)的消防站的數(shù)目、平均耗時(shí)和覆蓋率等狀況[2]。

基于服務(wù)區(qū)的消防站布局優(yōu)化，是通過(guò)對(duì)消防站服務(wù)區(qū)的優(yōu)化管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)消防站布局的優(yōu)化。傳統(tǒng)的消防站點(diǎn)在布局的過(guò)程中，其服務(wù)區(qū)的邊界相互穿插，使得其管理過(guò)程中的難度較大。因此，應(yīng)該對(duì)消防站的服務(wù)邊界進(jìn)行科學(xué)的管理，劃清服務(wù)區(qū)的邊界，避免出現(xiàn)消防站服務(wù)區(qū)管理交叉或者疏漏的現(xiàn)象。再者，根據(jù)推薦的方案進(jìn)行最大化覆蓋分配。在消防站優(yōu)化布局中，適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素，提高其服務(wù)的效率，縮短消防車輛的出勤時(shí)間，對(duì)最大距離限制的最小化抗阻問題進(jìn)行解決。

3.5 消防站選址的可達(dá)性分析

在消防系統(tǒng)布局的過(guò)程中，對(duì)消防站選址的可達(dá)性進(jìn)行分析，應(yīng)該盡量考慮到消防站的覆蓋水平和相關(guān)的出勤時(shí)間，在能夠保證出勤的狀況下，不斷提高消防站點(diǎn)的覆蓋水平。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模擬，對(duì)消防站點(diǎn)的的可達(dá)性進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、資源等方面的分析。同時(shí)，結(jié)合道路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，不斷提高消防站選址的科學(xué)性和合理性。其中，包括基于最小抗阻的可達(dá)性分析、基于平均出行時(shí)間的可達(dá)性分析以及基于出行范圍的消防站機(jī)動(dòng)能力分析。

在基于最小抗阻的可達(dá)性分析中，通過(guò)對(duì)最小抗阻的可達(dá)性分析方法，測(cè)出各個(gè)消防站點(diǎn)到潛在的火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的可達(dá)性指標(biāo)，即從消防站點(diǎn)到潛在的火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的行車時(shí)間。通過(guò)對(duì)各個(gè)消防站點(diǎn)最小抗阻可達(dá)性分析，可以得出相關(guān)的最小的消防站點(diǎn)的可達(dá)性、最大的消防站點(diǎn)的可達(dá)性以及平均的消防站點(diǎn)的可達(dá)性。當(dāng)各個(gè)消防站點(diǎn)到各個(gè)潛在火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的平均可達(dá)性指標(biāo)較高時(shí)，可發(fā)現(xiàn)其城市道路的通行能力不足。并且，城市道路網(wǎng)的密度不足，消防車輛到達(dá)潛在火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的時(shí)間難以控制在5min之內(nèi)，從而對(duì)消防車輛在潛在火災(zāi)位置點(diǎn)的覆蓋率產(chǎn)生一定的影響，使得消防站點(diǎn)的覆蓋范圍較低。

在基于平均出行時(shí)間的可達(dá)性分析中，通過(guò)利用相關(guān)的平均出行時(shí)間的可達(dá)性分析方法，選擇城市中潛在的火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)作為起點(diǎn)，而將消防站作為最終的目的點(diǎn)，對(duì)起始點(diǎn)和目的點(diǎn)之間的成本矩陣進(jìn)行分析，從而得出潛在火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)到消防站點(diǎn)之間的最短出行路程和最短出行時(shí)間。最終得到消防站點(diǎn)和潛在的火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的平均出行時(shí)間的可達(dá)性指標(biāo)。當(dāng)城市的主干道路體系較為完善時(shí)，其消防站點(diǎn)的可達(dá)性指標(biāo)較高。而當(dāng)城市的道路網(wǎng)的通達(dá)性較差，且城市道路體系不完善時(shí)，其消防站點(diǎn)到潛在火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的可達(dá)性指標(biāo)較低。

在基于出行范圍的消防站機(jī)動(dòng)能力分析中，其也可以通過(guò)基于出行范圍的可達(dá)性分析方法，利用GIS對(duì)服務(wù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)分析功能而得到。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模擬中的抗阻中斷設(shè)置，對(duì)消防站街道報(bào)警后到達(dá)相關(guān)報(bào)警區(qū)域的時(shí)間進(jìn)行衡量，以此來(lái)得到消防車輛出行機(jī)動(dòng)能力水平。從模擬實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，城市道路交通不發(fā)達(dá)的地區(qū)，消防車的出行的機(jī)動(dòng)能力水平較高；而在城市中經(jīng)濟(jì)較為繁榮的核心區(qū)域內(nèi)，受到車速和道路交叉口的限制，消防車輛的出行機(jī)動(dòng)能力水平反而不高。

4 基于GIS分析對(duì)消防系統(tǒng)布局研究結(jié)論

在基于GIS位置分配原理的消防車輛布局研究中，可以發(fā)現(xiàn)合理確定消防站點(diǎn)的數(shù)量、位置以及服務(wù)區(qū)域的范圍，對(duì)優(yōu)化消防系統(tǒng)布局，提高消防車輛站點(diǎn)功能的發(fā)揮具有重要意義。另外，在GIS技術(shù)應(yīng)用于城市消防管理中，還能提高對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的科學(xué)性。通過(guò)將GIS技術(shù)與城市區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法相結(jié)合，可以把評(píng)估的結(jié)果以圖形的方式在地理信息網(wǎng)格中表現(xiàn)出來(lái)，提高評(píng)估結(jié)果的直觀性以及評(píng)估模型利用的效能，使得評(píng)估的結(jié)果更加合理。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，其在智能城市消防系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用也越見深入。在智能城市消防系統(tǒng)布局的研究中，利用GIS技術(shù)能夠?qū)Τ鞘邢勒军c(diǎn)在數(shù)量、位置以及服務(wù)區(qū)域的劃分等方面進(jìn)行合理的設(shè)定，從而不斷提高消防系統(tǒng)布局的科學(xué)性，促進(jìn)智能城市的不斷發(fā)展和進(jìn)步。