基于GIS的城市商城火灾疏散建模技术研究

论文总字数：11566字

摘 要

城市商城作为城市的商业服务中心，一旦发生火灾，会造成巨大的人员伤亡和财产损失。大型商城由于人员密集、商品丰富、电气线路繁多，且火灾具有突发性强、蔓延速度快、危害性大的特点，火灾发生后人员疏散难度大，容易造成群死群伤的严重后果。传统的火灾疏散建模主要侧重于对消防运行，人员安全进行量化仿真。并且可视化模拟程往往运行周期长，算法过于复杂。针对这些特点，本文提出了一种基于GIS的城市商城火灾疏散可视化模拟程序的设计，运用C#面向对象编程语言结合ArcGIS Engine组件的二次开发，具有一定的适用性。

关键词：地理信息系统，城市商城火灾，可视化模拟程序

Abstract：As a business service center of the city, Once in the event of fire, City mall may cause huge casualties and property losses due to it’s large popularity, various commodities and electrical wiring almost everywhere. fire is harmful owing to the strong sudden spread speed and petrochemical, which makes the evaluation become more difficult, what’s more，it may cause serious consequences such as mass injuries and deaths. traditional fire evacuation modeling are mainly focused on the fire-fighting operation and personnel security quantitative simulation ,The isualization simulation process operation cycle is long and algorithm is too complex, In view of these characteristics, this paper proposes a GIS-based visual simulation program for city mall fire evacuation. The application of C# object-oriented programming language combined with the secondary development of ArcGIS Engine component has certain applicability.

Keywords：GIS, City mall fire, Visual simulation program

目 录

1 引 言 4

2 需求分析 4

2.1系统用户需求 4

2.2系统功能性需求 5

3 系统设计 5

3.1建模和可视化流程 5

3.2系统目标和功能 6

3.3数据库设计 6

4 系统实现 7

4.1数据库设计 7

4.2逃生人员建模 7

4.3逃生路径建模 7

4.4可视化程序实现 8

5 应用实例 11

结论 12

参考文献 13

1 引 言

近几年，城市商城火灾疏散一直是规划、设计、测绘、GIS等众多领域的研究热点。所谓逃生疏散可视化建模，就是运用现代空间信息理论研究在一定限制条件下对空间实体进行空间分析、空间建模及数字表达，并运用科学可视化技术进行真三维再现和可视化交互的一门科学技术^[1]。

通过对现有火灾疏散系统的操作和分析，火灾疏散系统主要包括三个关键技术环节: 逃生人员建模、逃生路径建模和可视化^[6-8]。其中，逃生人员和逃生路径建模均可通过 GIS软件或编写程序进行，而可视化阶段往往需设计算法基于GIS软件基础上进行二次开发，实现周期较长、实现算法也很复杂。随着三维 GIS 技术的飞速发展，利用 GIS 的数据处理并结合其三维功能的二次开发快速搭建三维可视化平台已成趋势。ArcGIS Engine是美国ESRI公司开发的一套 GIS二次开发产品，也是当前GIS 行业广泛采用的组件式 GIS 开发产品。它支持不同的集成开发环境 ( 如. NET 、Eclipse)的开发，并支持不同语言 ( 如C# 、C ) 编写程序代码。尤其是它可通过调用ArcToolbox 工具实现数据的批处理功能，可大大提高地质数据的处理效率。而且，通过其内嵌的 MultiPatch 几何对象可支持任何复杂三维模型的表达。此外，它还提供了一系列可以在 ArcGIS Desktop 系统之外使用的 GIS组件和可视化控件，可极大提高系统二次开发效率^[1-3]。

本文从规划，测绘等行业迫切需要自行逃生疏散可视化系统，以缩短大型商城遇到险情时疏散时间，降低人员财产损失等实际需求出发，采用面向对象 C#语言结合 ArcGIS Engine 和ArcToolbox 批量生成不同楼层的逃生疏散人员和疏散路径，同时结合MultiPatch 几何对象构建逃生疏散的可视化模型，通过开发逃生疏散的可视化系统，并且结合3Dmax制作人员跑步动画提高可视化体验。最后，以淮安市新亚国际商城数据进行实际建模实验，取得了较好的建模及可视化效果。

2 需求分析

需求分析市软件开发的预备阶段，其基本任务在于准确定义未来系统的目标，根据用户的需求进行系统的功能定制，来提高系统的适用性^[9]。

2.1系统用户需求

本系统设计主要从城市商城游客的角度出发，模拟商城建筑在正常营业的情况下一旦发生险情。根据城市商城所提供的室内道路数据，室内柜台数据，以此制定出商城一旦发生火灾险情时，游客所依据的套上路径和逃生出口，从而降低城市商城出现火情时候的人员财产损失，并且通过可视化和动画技术，使模拟成果更加容易被大众接受。

2.2系统功能性需求

基于GIS的城市商城火灾可视化模拟程序以面向广大商城游客为主，通过ArcGIS集成二次开发对系统进行定制，为游客提供可视化、漫游、缩放、空间查询，分析和动画等功能。

3 系统设计

本系统设计的主要思路是将城市商城火灾疏散模拟程序分解成一系列的GIS空间分析操作，利用ArcToolBox的批处理功能实现模型的自动构建，通过C#语言结合ArcGIS Engine的三维可视组件（SceneControl）快速构建出城市商城火灾疏散模拟程序。

3.1建模和可视化流程

主要操作步骤为：利用ModelBuilder统一建模工具结合通过Network Analysis模块分别生成逃生人员和逃生路径并利用ArcGIS Sever将其生成GeoProcessor服务，然后，通过程序调用GeoProcessor服务自动生成逃生人员和逃生路径，利用3DMax生成人员跑步的动作模型，并在ArcGIS Eninge中进行符号化，最后利用MultiPAtch结合SceneControl实现模型的可视化,具体流程如图1所示：

图 1 逃生方案建模与可视化流程

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