郭昭濱，王洪昌

(黑龍江省森林防火預警監(jiān)測信息中心，黑龍江 哈爾濱 150090)

態(tài)勢標繪技術是地理信息系統(tǒng)中具備的基本功能，是指在地圖背景上標繪各種具有空間特征的事、物的分布狀態(tài)或行動部署[1]。最早態(tài)勢標繪技術主要應用于戰(zhàn)場作戰(zhàn)指揮中，通過態(tài)勢標繪系統(tǒng)，將敵我雙方的軍事實力，通過不同的標繪符號予以展現(xiàn)，同時借助標繪符號不同的幾何圖形、色彩、紋理、透明度、對比度以及動畫技術等手段,以圖形圖像信息的形式,直觀、形象地表達出來,并針對作戰(zhàn)信息，利用標繪系統(tǒng)進行模擬推演，為作戰(zhàn)指揮提供決策支持[2]。近些年，隨著大眾對態(tài)勢標繪技術的不斷認知，各行各業(yè)在諸多領域中都用到了態(tài)勢標繪技術，特別是在應急救災指揮領域，如徐敬海等利用標繪在地震應急指揮中的應用；李立夏等在艦載指控協(xié)同中的應用；王強提到的在公共安全應急聯(lián)動態(tài)勢圖的研究中等等[3-5]。

隨著應用需求的不斷變化與提升，傳統(tǒng)的二維態(tài)勢標繪技術已經(jīng)越來越不能滿足應用需求, 隨著三維技術的不斷進步與發(fā)展，基于三維的態(tài)勢標繪系統(tǒng)日漸成熟，其應用也日趨廣泛，本文探討了三維標繪技術實現(xiàn)的一些關鍵技術，基于超圖SuperMap Ojbect .Net組件平臺，實現(xiàn)了一套完整的、應用于森林防火指揮方面三維態(tài)勢標繪符號系統(tǒng)，并成功應用于黑龍江省森林火災撲救指揮工作中。

1　SuperMap Object.NET介紹

SuperMap Object.NET是超圖公司開發(fā)的GIS系列軟件中的基礎桌面開發(fā)平臺,該平臺提供了快速構(gòu)建大型GIS應用系統(tǒng)的能力。

SuperMap Object.NET提供了三維數(shù)據(jù)展現(xiàn)及分析能力，利用其提供的二次開發(fā)接口，可以將地形數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、激光點云數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、三維標繪數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資源展示在三維場景中，做到了二維與三維一體化、地上與地下一體化、室內(nèi)與室外一體化、宏觀與微觀一體化。此外，系統(tǒng)針對三維應用，提供了強大的三維空間分析能力，利用組件平臺可以在三維場景中完成三維剖面分析、等高線分析、光照分析、天際線分析、可視域分析、淹沒分析、通視分析等諸多三維分析功能，為具體應用擴展提供了有力的能力保障，其三維數(shù)據(jù)展現(xiàn)能力如圖1所示。另外，系統(tǒng)SuperMap Object.NET組件平臺提供了較為完善的三維態(tài)勢標繪功能，做到了標繪符號的二三維一體化集成展示，并且提供了功能強大的態(tài)勢推演能力，實現(xiàn)了推演場景制作的可視化，其三維標繪效果如圖1所示。

2　三維態(tài)勢標繪符號的實現(xiàn)

2.1三維態(tài)勢箭頭

態(tài)勢箭頭用來表示目標對象的行進軌跡或移動路線。態(tài)勢箭頭從源地指向目的地，通常情況下不是直線，而是擁有不同弧度的曲線箭頭。因此態(tài)勢箭頭的繪制要滿足用戶的實時形變要求[1]。按照形狀分類，態(tài)勢箭頭可分為簡單箭頭、燕尾箭頭、雙箭頭和多箭頭等等(如圖2所示)。二維態(tài)勢箭頭實現(xiàn)的具體算法目前比較成熟，主要用到了插值、逼近、擬合B樣條曲線繪制等技術，針對三維箭頭的具體實現(xiàn)，可在二維箭頭實現(xiàn)的基礎上，考慮Z值元素，完成三維標繪箭頭的繪制。

圖1　SuperMap Object.NET二三維標繪能力

圖2　態(tài)勢箭頭種類

2.2引線標注

引線標注指形如圖3所示的符號要素。它主要用來對目標對象進行文字的輔助說明,如對作戰(zhàn)指揮的兵力部署、救援隊伍的詳細信息、標志性建筑物等信息進行說明等[1]。引線標注的具體實現(xiàn)主要是利用外框元素空間節(jié)點的排序和重組，利用排序可保證初始引線標注符號的繪制，通過拖拽重組，可保證圖形變換后的文字與外框相對位置管線的正確。

圖3　引線標注

4　三維應急標繪指揮符號庫建設

黑龍江省是我國的林業(yè)大省, 有林地面積達1 895萬hm2,居全國首位, 也是我國主要的商品林生產(chǎn)基地之一，森林防火工作一直是黑龍江省林業(yè)工作中的重中之重。

當發(fā)生較大森林火災時, 進入火場內(nèi)的撲火隊伍、撲火人員眾多，經(jīng)常由于指揮不當, 通訊不暢等原因, 致使在林火的撲救過程中出現(xiàn)各撲火隊伍位置難掌握、指揮調(diào)度難統(tǒng)一, 導致兵力部署的盲目和撲救工作的無序, 甚至出現(xiàn)人員傷亡事故的發(fā)生。這樣既浪費了撲火的人力與物力, 也降低了林火撲救的效率, 又不利于安全撲火及兵力的合理部署。在林火撲救中能夠全面、實時掌握兵力部署及行進情況, 使撲火指揮能夠面向全局、整體運作,提高指揮作戰(zhàn)的整體宏觀性和撲救效率是當前急需解決的問題。

針對此問題，根據(jù)火災情況，可以利用應急標繪符號庫結(jié)合區(qū)域地圖，快速制定可行的火災救援指揮兵力部署方案，將救援方案圖通過網(wǎng)絡或其他技術手段傳送到前方撲火隊員手中，指導前方撲火人員進行打火。通過這種方式避免了指揮調(diào)度難以統(tǒng)一的問題，又有效提高了林火撲救的效率，為火災救援的順利實施提供了有力的保障。

黑龍江省森林防火電子沙盤指揮系統(tǒng)建設中，集成了適用于黑龍江省森林防火指揮撲救的、一套完整的三維應急標繪指揮符號庫系統(tǒng)。符號庫按照符號空間類型的不同，可分為點、線、面三類態(tài)勢標繪符號，其中點符號包括：小火、中火、大火、控制、滅火、合圍、合圍線起點、合圍線中點、合圍線終點、儲備庫、防火機構(gòu)、半專業(yè)隊、專業(yè)隊、森警、快速撲火隊、對講機、車載臺、滅火器、管護站、航站、檢查站、聯(lián)絡站、瞭望塔、中繼臺、駐勤點、瞭望中繼塔、水源地、風向、指北針等等，具體符號類型如圖4所示；線符號包括：著火線、過火線、滅火線、合圍線、圍堰、水流方向等等，線符號類型如圖5所示；面符號包括：縣級重點火險區(qū)、地市級重點火險區(qū)、省級重點火險區(qū)、國家級重點火險區(qū)、一級火險天氣、二級火險天氣、三級火險天氣、四級火險天氣、五級火險天氣、簡單箭頭、燕尾箭頭、燕尾雙箭頭、匯聚區(qū)域、旗幟、引線標注等等，面符號類型如圖6所示。

圖4　點態(tài)勢標繪符號

圖5　線態(tài)勢標繪符號

圖6　面態(tài)勢標繪符號

5　三維態(tài)勢符號在黑龍江省森林防火應急指揮中的具體應用

森林防火的總體業(yè)務流程應該分為非防火期、防火期二種情況,在防火期的業(yè)務流程如圖7所示。

圖7　防火期業(yè)務處理流程

防火期林火業(yè)務從森林火警接入開始, 即當省防調(diào)度值班室接到來自衛(wèi)星圖像的火情監(jiān)測、瞭望臺報火警(也必須通過其他手段傳達到監(jiān)測中心)、電話報火警、網(wǎng)絡報火警、雷電火情監(jiān)測和視頻火情監(jiān)測等各種信息渠道的警報后, 立刻確定火情、方位和范圍；然后根據(jù)森林防火基礎數(shù)據(jù)和檔案數(shù)據(jù)庫的基本信息的匯總, 根據(jù)林火基本數(shù)據(jù)的計算, 根據(jù)森林火險天氣預測預報和火險等級預測預報得出的結(jié)論, 以及結(jié)合林火行為的預測預報和仿真結(jié)果, 確定林火態(tài)勢并編制“林火態(tài)勢圖”。進一步, 進行林火撲救方案的決策分析, 得出林火撲救方案(包括撲火設施、撲火隊伍配備、撲火隊伍最佳路徑等內(nèi)容)。下一步, 進行林火撲救的應急指揮, 內(nèi)容包括撲火力量的GPS實時監(jiān)控、撲火隊伍的實時調(diào)配、撲火應急措施的臨場變更等。救災結(jié)束后， 進行林火災害的損失評估, 然后將該次林火防撲的整個過程整理為“森林火災檔案”，補充到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和檔案庫中, 以備今后提取歷史信息和吸取經(jīng)驗與教訓。之后, 進行新一輪的林火預防和撲救工作[6]。

整個流程中，態(tài)勢標繪技術可在編制“林火態(tài)勢圖”、制定林火撲救方案、指導應急指揮等環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。首先可根據(jù)火場周邊的地形地貌以及周邊的撲救資源，在三維場景下利用三維態(tài)勢符號標明具體火點位置、可用的撲救力量及設施等資源，初步了解火災情況及可用的救火資源，其次，通過對已有資源的判讀，結(jié)合周邊的機動道路信息、地形地貌、天氣等自然信息，利用三維態(tài)勢符號系統(tǒng)在三維場景下快速制定救援指揮方案，最后將救援指揮方案利用通信手段，快速下發(fā)到各前線撲救隊伍中，保證指揮調(diào)度的統(tǒng)一，為火災救援提供保障。

6　結(jié)語

三維態(tài)勢標繪技術隨著技術的不斷進步與發(fā)展，逐漸應用到了各行各業(yè)當中，本文主要探討了三維標繪技術在森林防火救災指揮中的應用。本文首先研究了三維態(tài)勢標繪符號中一些關鍵符號繪制的關鍵技術，通過提供的關鍵技術思路，解決了諸如三維箭頭以及引線標注等符號在三維場景下繪制的問題；其次提出了黑龍江省森林防火三維應急標繪指揮符號庫的建設，通過三維態(tài)勢標繪符號庫系統(tǒng)建設，形成一套完整的適用于黑龍江省森林防火救災的三維態(tài)勢符號系統(tǒng)；最后，闡述了三維態(tài)勢符號系統(tǒng)在撲救森林火災當中可發(fā)揮重大作用的相關環(huán)節(jié)，為森林防火救災提供支撐保障。

參考文獻：

[1] 王洪昌.基于SuperMap Object． NET 的二三維一體化態(tài)勢標繪系統(tǒng)研究與應用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2014,42(26): 9222-9224

[2] 侯溯源.三維戰(zhàn)場態(tài)勢信息系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].鄭州：解放軍信息工程大學,2008

[3] 徐敬海.基于GIS的地震應急態(tài)勢標繪技術研究[J].武漢大學學報信息科學版,2011,36(1):66-67

[4] 李立夏，夏學知，涂葵.艦載指控中協(xié)同態(tài)勢標繪系統(tǒng)的研究與設計[J].計算機工程,2010,36(16):240

[5] 王強.公共安全應急聯(lián)動態(tài)勢圖的研究[D].鄭州：解放軍信息工程大學,2006

[6] 臧淑英,終冬有，馮仲科.黑龍江省森林防火地理信息輔助決策支持系統(tǒng)設計[J].北京林業(yè)大學學報,2005,27(2):71-72