CN112037337A - 商场三维数字化应急预案演练系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种商场三维数字化应急预案演练系统，包括场景搭建模块、设施数据采集模块、预案制作模块、动态推演模块与预案输出模块，场景搭建模块构建商场的3D场景、建筑、消防设备并实现逐级可视化；设施数据采集模块采集室内外消防设施信息；预案制作模块在三维场景中模拟事件现场，实现三维数字化预案的快速制作；动态推演模块以动画方式自动播放演示，便于用户查看推演过程；预案输出模块将预案制作模块制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案。本发明还提供一种商场三维数字化应急预案演练方法。本发明具有实现大规模场景显示和数据集成，达到为各级消防人员熟悉重点单位情况、实施模拟演练、有效组织灭火救援提供有力保障。

Description

商场三维数字化应急预案演练系统及方法

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种商场三维数字化应急预案演练系统及方法。

背景技术

随着城区建设和经济社会发展，大型综合商场的建筑结构和布局日趋多样化、规模化、立体化、复杂化，又加之新建筑、新材料、新能源、新技术、新项目及人口老龄化、建筑老龄化、交通老龄化等衍生出来的“新问题”，“小火亡人、小火频发”与恶性灾害事故的风险并存，对于消防救援处置能力、处置效率、处置方法都提出更高要求。

国外很多国家都在积极开展数字化预案技术的研究，较为典型的有美国萨瓦纳沿海区数字化应急预案系统、美国俄亥俄油气田应急响应系统、英国达特茅斯港口应急计划与管理系统等。

由于我国关于应急管理理论与技术的研究起步较晚，应急管理应用系统的基础还比较薄弱。尽管我国已将应急平台建设列入国家科技发展规划，但目前仍在大力推广建设中，从国家到地方，从行业管理部门到各级生产企业均尚未建立完善的应急业务管理系统。在这种形势下，由于缺少数字化预案建设所需的各种相关资源数据支撑，要建设数字化预案系统需要配套建设风险管理、事故模拟、预测预警、决策支持、物资管理等业务功能的软硬件系统，从而导致数字化预案系统建设的附加成本大大增加，因此目前国内数字化预案技术的推广应用进展较为缓慢。

为此，本领域急需一种能够有效模拟现有场景并结合现有数据进行数据推演的系统及方法。

发明内容

本发明之目的是提供一种商场三维数字化应急预案演练系统，其能够解决现有数字化预案系统建设的附加成本大大增加的问题。

本发明之目的是提供一种商场三维数字化应急预案演练方法，其能够解决现有国内数字化预案技术的推广应用进展较为缓慢，现有技术推演过程不够真实的问题。

本发明提供一种商场三维数字化应急预案演练系统，包括：场景搭建模块、设施数据采集模块、预案制作模块、动态推演模块与预案输出模块，

所述场景搭建模块，以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件构建商场的3D场景、建筑、消防设备并实现逐级可视化；

所述设施数据采集模块，用于采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；

所述预案制作模块，用于在3D电子沙盘内设定事件详情，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；

所述动态推演模块，用于将所述预案制作模块绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看推演过程；

所述预案输出模块，用于将所述预案制作模块制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案。

优选地，所述场景搭建模块包括商场园区搭建模块、室内结构搭建模块与建筑外观搭建模块，

所述商场园区搭建模块，利用三维建模软件通过拖拽方式自主搭建综合商场的周边园区，所述周边园区包括周边道路、地面、停车区、草坪、树木或大门；

所述室内结构搭建模块，利用三维建模软件进行建筑室内结构搭建，通过导入室内结构建筑CAD图纸，作为底图参考，搭建者在CAD底图上拖拽线条或面来构建室内结构；

所述建筑外观搭建模块，采用3DSMAX软件完成建筑外立面的三维立体模型建模。

优选地，所述建筑外观搭建模块还包括基础数据模块、外观编辑模块与外观输出模块，

所述基础数据模块用于存储建筑外观的CAD图、经过图片处理软件处理场景信息采集的建筑外观素材或现有建筑外观模型；

所述外观编辑模块用于通过贴图方式让建筑外观素材贴附在建筑外观模型上，并通过渲染或烘焙操作，使得搭建出的建筑三维立体外观模型符合真实场景；

所述外观输出模块用于将所述外观编辑模块编辑的建筑三维立体外观模型传输至其他设备。

优选地，所述预案制作模块包括灾情设置模块与预案编辑模块，

所述灾情设定模块用于根据灾情等级、灾情类型、灾情位置、燃烧物信息、灾情描述信息与被困人员信息进行灾情等级划分与设定；

所述预案编辑模块用于根据所述灾情设定模块的灾情等级划分与设定数据进行逃生路线、救援路线的绘制以及标注救援提示信息，实现三维数字预案的快速制作。

优选地，所述动态推演模块包括预案展示模块、展示接口模块、材质光影模块、场景节点管理模块、渲染功能模块与粒子功能模块，

所述预案展示模块采用三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大进入方式，对三维场景实现放大、缩小、上下左右平移和任意角度旋转的操作；

所述展示接口模块支持摄影机多视口，通过鼠标球控制摄影机俯视角、摄影机飞行位置与摄影机缩放；

所述材质光影模块支持点光、方向光、泛光，以及控制灯光位置、强弱、范围与颜色基本参数，灯光用于挂在场景节点下面实现运动效果；

所述场景节点管理模块支持场景链接关系、场景层次结构、场景节点父子关系以及场景中移动、旋转、缩放父节点影响节点变换；

所述渲染功能模块支持实体显示、线框显示、点显示、天空盒或天空球显示方式；

所述粒子功能模块用于提供天气模仿、烟雾或火情的模拟，以及调整粒子系统的发射率、发射数量、粒子大小、粒子贴图、粒子颜色和生命周期参数中的一种或多种。

优选地，所述动态推演模块采用3D Tiles格式处理大量地理3D数据流式传输和海量渲染，在3dTiles中tileset是以空间数据结构(树形结构)组织的tiles集合，每个tile以一个包围体来完全封装它的内容，树具有空间一致性，子tiles的内容完全在父包围体中。

优选地，所述树为具有空间一致性的空间数据结构，包括KD树，四叉树或八叉树。

本发明还提供一种商场三维数字化应急预案演练方法，其中，包括如下步骤：

场景搭建：以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件构建商场的3D场景、建筑、消防设备并实现逐级可视化，完成3D场景建；

设施数据采集：在已搭建完成的3D场景基础上进行设施数据采集，采集室内外消防、安防与警务设施的准确位置、设备类型、基本信息、设备照片和视频资料，通用层信息通过复制获得，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；

预案制作：在3D电子沙盘内设定事件详情，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员模型并设置属性，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；

动态推演：将预案制作绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看推演过程；

预案输出：将预案制作步骤中制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案，输出给现场救援人员直观了解。

优选地，所述动态推演步骤中切片方案使用KD树模型，包括如下步骤：

在K维数据集合中选择具有最大方差的维度k，然后在该维度上选择中值m为划分点对该数据集合进行划分，得到两个子集合，同时创建一个树结点node，用于存储；

对两个子集合重复上述步骤的过程，直至所有子集合都不再划分为止。

优选地，选取六个二维数据点{(2，3)，(5，4)，(9，6)，(4，7)，(8，1)，(7，2)}构建KD树，步骤如下：

确定split域＝x：计算六个数据点在x，y维度上的数据方差分别为39，28.63，得出在x轴上方差大，所以确定split域值为x；

确定node-data＝(7，2)：根据x维上的值将数据排序，六个数据的中值为7，所以node-data域位数据点为(7，2)，该节点的分割超平面就是通过(7，2)并垂直于split＝x轴的直线x＝7；

确定左子空间和右子空间：分割超平面x＝7将整个空间分为两部分，x≦7的部分为左子空间，包含3个节点＝{(2，3)，(5，4)，(4，7)}，另一部分为右子空间，包含2个节点＝{(9，6)，(8，1)}；

由于kd树的构建是一个递归过程，对左子空间和右子空间内的数据重复根节点的过程得到一级子节点(5，4)和(9，6)，同时将空间和数据集进行细分，如此往复直到空间中只包含一个数据点，形成KD树。

本发明提供的一种商场三维数字化应急预案演练系统及方法，相比于现有技术具有如下有益效果：

1、本发明通过采用先进的计算机技术、实景仿真技术、虚拟技术和数字通信技术，充分利用三维建模、图像采集、信息收集和仿真手段，将大型综合商场的真实场景数字化、三维可视化，实现大规模场景显示和数据集成，达到为各级消防人员熟悉重点单位情况、实施模拟演练训练、有效组织灭火救援提供有力保障。

2、本发明加强消防重点单位基础信息数据的“汇聚、存储、分析、应用”，建设灭火救援预案数据库，形成集预案管理、信息共享、数据查询、辅助作战等功能为一体的信息管理平台，实现基础信息收集、重点单位调研熟悉、灭火救援实战演练、作战现场临机指挥、大型火灾协同配合等工作的数据支撑，全面打造训练型预案、实战型预案。

3、本发明支持消防官兵搭建的消防重点单位的三维可视化场景不是一个固化的、不可编辑的模型，而是可以根据实际情况的变化而自行编辑，保证系统中的三维场景时刻与真实世界的场景是一致的，当有灾情发生时，通过系统了解到消防重点单位室内外的构造与真实世界是高度一致的，从而可以高度有效进行消防推演模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅用于解释本发明的构思。

图1为本发明的商场三维数字化应急预案演练系统的框架示意图；

图2为本发明的场景搭建模块的框架示意图；

图3为本发明的建筑外观搭建模块的框架示意图；

图4为本发明的动态推演模块的框架示意图；

图5为本发明的预案管理功能的框架示意图；

图6为本发明的商场三维数字化应急预案演练方法的框架示意图；

图7为本发明的动态推演步骤中KD树模型示意图。

附图标记汇总：

1、场景搭建模块 11、商场园区搭建模块

12、室内结构搭建模块 13、建筑外观搭建模块

131、基础数据模块 132、外观编辑模块

133、外观输出模块 2、设施数据采集模块

3、预案制作模块 4、动态推演模块

41、预案展示模块 42、展示接口模块

43、材质光影模块 44、场景节点管理模块

45、渲染功能模块 46、粒子功能模块

5、预案输出模块

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的一种商场三维数字化应急预案演练系统及方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分之间的相互关系。

如图1所示，本发明提供一种商场三维数字化应急预案演练系统，包括：场景搭建模块1、设施数据采集模块2、预案制作模块3、动态推演模块4与预案输出模块5，

场景搭建模块1，以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件构建商场的3D场景、建筑、消防设备并实现逐级可视化；主要设计和配置消防管理范围内的相关建筑和各类消防设备布局，自由创建各种类型消防的3D仿真场景；

设施数据采集模块2，用于采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；

预案制作模块3，用于在3D电子沙盘内设定事件详情，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；

动态推演模块4，用于将预案制作模块3绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看推演过程；

预案输出模块5，用于将预案制作模块3制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案。

本发明适用于大型综合商场消防推演模拟，大型综合商场消防信息自主标注，在3D场景内实现消防数据的快速标注采集。上述设施数据采集模块2采集信息通过在三维场景中拖拽模型，填写属性信息实现，支持录入单位基本信息、建筑信息，并在三维场景内标注重点部位、消防设施、疏散设施、功能分区、注意事项等。信息标注包括室内室外消防、安防、警务等设施的准确位置，设备类型，基本信息、照片、全景照片和视频资料等。

本发明的预案制作模块3自带模型库，模型充分覆盖消防数字化预案应用所需，包括大型综合商场多种通用模型、消防专业模型。

本发明基于3D引擎理念设计，即3D数字化预案的功能是独立于搭建预案模型之外的，模型只是预案信息的载体，不是预案功能的主体。

本发明依托先进的三维引擎技术和高效的人机交互设计，提供低门槛场景搭建能力，任何具有基本计算机操作能力的普通人员，即可轻松在数字化世界中构建一个真实的仿真场景；以及还具有快速场景搭建能力，建模人员可通过鼠标快速“画”出楼层墙体结构，快速“摆“放物体在场景中的位置，依托丰富的3D模型库，即可快速“搭”建一个大型综合商场三维场景。

本发明的系统充分发挥信息化优势，通过构建消防重点单位的三维场景及周边环境，实现灭火药剂测算、建筑信息测绘、典型火灾用水量估算、市政官网供水能力估算、典型火灾作战要点提示等辅助决策模块；同时依据构建的三维场景，消防官兵进行模拟调研熟悉、指挥人员进行模拟指挥，有效引导灭火救援行动向科学化处置、数据化保障快速发展。

本发明的系统吸取游戏引擎的理念，设计简单、便捷的三维场景搭建功能，有效降低预案的绘制门槛，还可以强化动态展示功能，形象地展示灭火救援的作战过程；并且根据预案修订机制，自动提醒预案的修订，修订的预案会进行审核，强化预案信息的时效性。

本发明的预案输出模块5融合已有的消防预案移动终端系统，补充三维单体模型信息不能表达的内容，如一定范围内水源的GIS分布图、警情位置是否有危化品、跨区域救援的作战安排等，保证灾情发生时，救援需要的信息是完整的、多面的、实时的。

本发明的商场三维数字化应急预案演练系统不但能简单、便捷地搭建三维场景，具备强大的数据集成能力，如三维场景本身提供的空间数据，还能集成非结构化数据，如全景照片、视频及救灾现场实时获取的图片等信息，更能集成其他消防系统的数据信息。而且，这些数据信息不但可以在三维场景中综合展示，也能通过信息共享功能共享给在灾害现场参加灭火救援的消防官兵。实现了“数据双通道”式的综合保障。

本发明对3D预案场景生成与更新简单便捷，预案制作者可通过拖拽等直观界面快速完成3D场景搭建、修改等工作；本发明可自适应外部应用管理系统配置模型的调整，比如某个对象增加了N个属性，则3D场景中相应3D对象的属性也自动增加N个，无需调整程序；本发明场景搭建操作功能应按照列表、右键菜单方式排布，简便易用，如通过简单地拖拽就完成模型的摆放，通过右键可以完成模型属性的操作；本发明搭建场景可提供二维/三维角度的切换功能；本发明支持预案3D场景中各建筑内房间、物体、道路等的业务信息的录入、保存功能，重点数据支持顶信息牌重点展示；本发明在搭建的场景中任意摆放消防员、被困群众、消防车、火灾、爆炸点等，并可配置模型的属性(如消防车喷水的角度、火苗大小、爆炸范围等)；本发明支持救援路线、逃生路线的动态制作功能，在系统中测量任意两点间或多点间的距离并显示结果；本发明支持在系统中实现动画录制的功能，用户可以自定义动画的路线、各节点之间的切换时间和播放速度，并支持自编辑字幕。

在本发明的进一步实施例中，如图2所示，场景搭建模块1包括商场园区搭建模块11、室内结构搭建模块12与建筑外观搭建模块13。

商场园区搭建模块11，利用三维建模软件通过拖拽方式自主搭建综合商场的周边园区，周边园区指的是建筑外观模型周边的园区，周边园区包括周边道路、地面、停车区与大门，利用系统模型库进行道路、地面、停车区、大门、草坪、树木等的模型搭建。

室内结构搭建模块12，利用三维建模软件进行建筑室内结构搭建，通过导入室内结构建筑CAD图纸，作为底图参考，搭建者在CAD底图上拖拽线条或面来构建室内结构；其中，系统通过室内结构搭建模块12进行三维场景的搭建操作，搭建的室内结构会与对应的外观或外立面通过系统整合，不会是两个独立的个体。另外，上述系统中导入室内结构的CAD图纸，作为底图参考，搭建者只需在CAD底图上拉线条墙体或拉矩形墙体即可，这样可以实现更好地搭建效果，搭建完成的室内结构会经过系统的管理员审核，审核通过后，才可进行预案制作及其他的操作。

建筑外观搭建模块13，采用3DSMAX软件完成建筑外立面的三维立体模型的精细建模。在建模过程中，会参考素材采集的照片、CAD图纸等内容，严格按照建筑物实际的尺寸、线条、凹凸等建模，并用图片处理软件处理场景信息采集的素材，通过贴图的方式让素材贴附在模型的表面，使得外立面模型看起来与现实世界中的模型是一致的。模型及贴图完成后，要进行渲染、烘焙等操作，让模型的光线、阴影等看起来更符合真实场景。制作好的模型要通过系统提供的专属插件上传到系统中。上传的模型会进入系统中的模型库，待管理员审核通过后，模型才能在系统中使用。

在本发明的进一步实施例中，如图3所示，上述建筑外观搭建模块13还包括基础数据模块131、外观编辑模块132与外观输出模块133，

基础数据模块131用于存储建筑外观的CAD图、经过图片处理软件处理场景信息采集的建筑外观素材或现有建筑外观模型；

外观编辑模块132用于通过贴图方式让建筑外观素材贴附在建筑外观模型上，并通过渲染或烘焙操作，使得搭建出的建筑三维立体外观模型符合真实场景；

外观输出模块133用于将外观编辑模块132编辑的建筑三维立体外观模型传输至其他设备。

本发明的系统具有数据可视化，基于3D可视化的技术理念，依托与真实世界一致的3D场景，实现数据的可视化。用户可以第一人称视角、沉浸式的行走方式或第三人称视角、飞行式的鸟瞰方式浏览具体、详细的信息。

优选地，预案制作模块3包括灾情设置模块与预案编辑模块，

灾情设定模块用于根据灾情等级、灾情类型、灾情位置、燃烧物信息、灾情描述信息与被困人员信息进行灾情等级划分与设定；

预案编辑模块用于根据灾情设定模块的灾情等级划分与设定数据进行逃生路线、救援路线的绘制以及标注救援提示信息，实现三维数字预案的快速制作。

在本发明的进一步实施例中，如图4所示，动态推演模块4包括预案展示模块41、展示接口模块42、材质光影模块43、场景节点管理模块44、渲染功能模块45与粒子功能模块46，其中，

预案展示模块41采用三维展示方式(非Flash方式和360°全景方式)在三维可视化管理环境中采用逐级放大进入方式，对三维场景实现放大、缩小、上下左右平移和任意角度旋转等操作；

展示接口模块42支持摄影机多视口，通过鼠标球控制摄影机俯视角、摄影机飞行位置与摄影机缩放；

材质光影模块43支持点光、方向光、泛光，以及控制灯光位置、强弱、范围与颜色等基本参数，灯光用于挂在场景节点下面实现运动效果；

场景节点管理模块44支持场景链接关系、场景层次结构、场景节点父子关系以及场景中移动、旋转、缩放父节点影响节点变换；

渲染功能模块45支持实体显示、线框显示、点显示、天空盒或天空球显示方式；

粒子功能模块46用于提供天气模仿、烟雾或火情的模拟，以及调整粒子系统的发射率、发射数量、粒子大小、粒子贴图、粒子颜色和生命周期参数中的一种或多种。

上述动态推演模块4采用3D Tiles格式处理大量地理3D数据流式传输和海量渲染，在3dTiles中tileset是以空间数据结构(树形结构)组织的tiles集合，每个tile以一个包围体来完全封装它的内容，树具有空间一致性，子tiles的内容完全在父包围体中。优选地，为了灵活性的考虑，树为具有空间一致性的空间数据结构，包括KD树，四叉树或八叉树。

本发明的系统支持多接口格式，可基于三维可视化技术形成的场景及模型集成各类灭火救援相关类数据(如视频、音频、定位、物联网等)，并用于数字化灭火救援预案的制作、临战指挥参考等。

本发明的系统还包括管理平台模块，通过搭建预案管理平台，构建用户权限管理系统，制定各级预案的审核流程，实现预案信息的逐级审核，支持系统预案类型配置、救援力量等基础数据管理等功能，定期更新和全程督导的管理体系，切实保证消防重点单位信息的实效性、预案内容的规范性和处置策略的科学性。本发明充分运用三维立体模型、全景图像、实景照片、监控视频等多媒体表现形式，保证消防人员一目了然地查询所需数据，直观看到单位场景，还可以便捷熟悉重点单位、快速理解战斗部署等预案内容，增强预案使用的便捷性。

如图5所示，上述管理平台模块具有预案管理功能，可以在系统中基于地图将重点单位预案分布地点及预案状态进行可视化显示。不同的图标颜色表示预案编制情况，如已完成绿色、未完成灰色、已过期红色、审核中黄色等，形成辖区内“消防预案一张图”。

如图6所示，本发明还提供一种商场三维数字化应急预案演练方法，其中，包括如下步骤：

场景搭建S1：以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件构建商场的3D场景、建筑、消防设备并实现逐级可视化，完成3D场景建。该场景搭建用于消防人员自主搭建及修改大型综合商场的三维场景。在该场景搭建过程中消防人员可以自主按照CAD图纸、照片及预案的要求，通过拖拽的方式，快捷方便的搭建大型综合商场的三维场景，包括：园区场景，如围墙、大门、道路、停车场、绿化、主要标牌等；搭建建筑外立面(含凹凸及贴图效果)或上传外立面模型到系统中；搭建室内结构，如房间、过道、门窗等。

设施数据采集S2：在已搭建完成的3D场景基础上进行设施数据采集，采集室内外消防、安防与警务设施的准确位置、设备类型、基本信息、设备照片和视频资料，通用层信息通过复制获得，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位。该设施数据采集步骤用于消防人员在3D场景内实现消防、安防等业务数据的快速采集，可快速录入单位基本信息、建筑信息，并在三维场景内标注重点部位、消防设施、疏散设施、功能分区、注意事项等，同时支持上传图片、全景图、音视频、文档等附件资料。

预案制作S3：在3D电子沙盘内设定事件详情，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员模型并设置属性，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻、救援等路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作。

动态推演S4：将预案制作绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看推演过程。该动态推演步骤用于消防人员以动画方式自动播放查看部署好的三维电子沙盘，方便查看推演过程，在播放或部署过程中，可随时暂停进行周边消防信息查询，并可实现回播和快进等功能，在三维场景下查看重点单位周围概貌、建筑内外结构、消防和安防设施的3D分布等数据，对3D场景实现放大/缩小、上下左右的平移和任意角度旋转等操作，并且该过程支持多种场景浏览方式，如飞行模式、步行模式、纵向剖图、透视模式；提供横向展示、竖向展开两种展开方式。系统支持多角色的联合部署和推演。

预案输出S5：将预案制作步骤中制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案输出给现场救援人员直观了解。例如可以通过下载打印直接分发给现场的工作人员或消防人员，实时了解消防推演情况。上述输出的文本预案包含单位信息，重点部位信息，注意事项，调派力量信息、推演过程等，可下载、打印分发给现场救援人员。

优选地，动态推演步骤中切片方案使用KD树模型，包括如下步骤：

在K维数据集合中选择具有最大方差的维度k，然后在该维度上选择中值m为划分点对该数据集合进行划分，得到两个子集合，同时创建一个树结点node，用于存储；

对两个子集合重复上述步骤的过程，直至所有子集合都不再划分为止。

优选地，如图7所示，选取六个二维数据点{(2，3)，(5，4)，(9，6)，(4，7)，(8，1)，(7，2)}构建KD树，步骤如下：

确定split域＝x：计算六个数据点在x，y维度上的数据方差分别为39，28.63，得出在x轴上方差大，所以确定split域值为x；

确定node-data＝(7，2)：根据x维上的值将数据排序，六个数据的中值为7，所以node-data域位数据点为(7，2)，该节点的分割超平面就是通过(7，2)并垂直于split＝x轴的直线x＝7；

确定左子空间和右子空间：分割超平面x＝7将整个空间分为两部分，x≦7的部分为左子空间，包含3个节点＝{(2，3)，(5，4)，(4，7)}，另一部分为右子空间，包含2个节点＝{(9，6)，(8，1)}；

由于kd树的构建是一个递归过程，对左子空间和右子空间内的数据重复根节点的过程得到一级子节点(5，4)和(9，6)，同时将空间和数据集进行细分，如此往复直到空间中只包含一个数据点，形成KD树。

与此同时，经过对上面所示的空间划分之后，可以看出，点(7，2)可以为根结点，从根结点出发的两条红粗斜线指向的(5，4)和(9，6)则为根结点的左右子结点，而(2，3)，(4，7)则为(5，4)的左右孩子(通过两条细红斜线相连)，最后，(8，1)为(9，6)的左孩子(通过细红斜线相连)。如此，便形成了一棵KD树。

以上对本发明的一种商场三维数字化应急预案演练系统及方法进行了说明。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据本发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (10)

1.一种商场三维数字化应急预案演练系统，其特征在于，包括：场景搭建模块、设施数据采集模块、预案制作模块、动态推演模块与预案输出模块，

所述场景搭建模块，以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件构建商场的3D场景、建筑、消防设备并实现逐级可视化；

所述设施数据采集模块，用于采集室内外消防设施的准确位置、设备类型、设备照片和视频资料，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；

所述预案制作模块，用于在3D电子沙盘内设定事件详情，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；

所述动态推演模块，用于将所述预案制作模块绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及绘制的标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看推演过程；

所述预案输出模块，用于将所述预案制作模块制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案。

2.根据权利要求1所述的商场三维数字化应急预案演练系统，其特征在于，所述场景搭建模块包括商场园区搭建模块、室内结构搭建模块与建筑外观搭建模块，

所述商场园区搭建模块，利用三维建模软件通过拖拽方式自主搭建综合商场的周边园区，所述周边园区包括周边道路、地面、停车区、草坪、树木或大门；

所述室内结构搭建模块，利用三维建模软件进行建筑室内结构搭建，通过导入室内结构建筑CAD图纸，作为底图参考，搭建者在CAD底图上拖拽线条或面来构建室内结构；

所述建筑外观搭建模块，采用3DSMAX软件完成建筑外立面的三维立体模型建模。

3.根据权利要求2所述的商场三维数字化应急预案演练系统，其特征在于，所述建筑外观搭建模块还包括基础数据模块、外观编辑模块与外观输出模块，

所述基础数据模块用于存储建筑外观的CAD图、经过图片处理软件处理场景信息采集的建筑外观素材或现有建筑外观模型；

所述外观编辑模块用于通过贴图方式让建筑外观素材贴附在建筑外观模型上，并通过渲染或烘焙操作，使得搭建出的建筑三维立体外观模型符合真实场景；

所述外观输出模块用于将所述外观编辑模块编辑的建筑三维立体外观模型传输至其他设备。

4.根据权利要求1所述的商场三维数字化应急预案演练系统，其特征在于，所述预案制作模块包括灾情设置模块与预案编辑模块，

所述灾情设定模块用于根据灾情等级、灾情类型、灾情位置、燃烧物信息、灾情描述信息与被困人员信息进行灾情等级划分与设定；

所述预案编辑模块用于根据所述灾情设定模块的灾情等级划分与设定数据进行逃生路线、救援路线的绘制以及标注救援提示信息，实现三维数字预案的快速制作。

5.根据权利要求1所述的商场三维数字化应急预案演练系统，其特征在于，所述动态推演模块包括预案展示模块、展示接口模块、材质光影模块、场景节点管理模块、渲染功能模块与粒子功能模块，

所述预案展示模块采用三维展示方式在三维可视化管理环境中采用逐级放大进入方式，对三维场景实现放大、缩小、上下左右平移和任意角度旋转的操作；

所述展示接口模块支持摄影机多视口，通过鼠标球控制摄影机俯视角、摄影机飞行位置与摄影机缩放；

所述材质光影模块支持点光、方向光、泛光，以及控制灯光位置、强弱、范围与颜色基本参数，灯光用于挂在场景节点下面实现运动效果；

所述场景节点管理模块支持场景链接关系、场景层次结构、场景节点父子关系以及场景中移动、旋转、缩放父节点影响节点变换；

所述渲染功能模块支持实体显示、线框显示、点显示、天空盒或天空球显示方式；

所述粒子功能模块用于提供天气模仿、烟雾或火情的模拟，以及调整粒子系统的发射率、发射数量、粒子大小、粒子贴图、粒子颜色和生命周期参数中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的商场三维数字化应急预案演练系统，其特征在于，所述动态推演模块采用3D Tiles格式处理大量地理3D数据流式传输和海量渲染，在3dTiles中tileset是以空间数据结构(树形结构)组织的tiles集合，每个tile以一个包围体来完全封装它的内容，树具有空间一致性，子tiles的内容完全在父包围体中。

7.根据权利要求6所述的商场三维数字化应急预案演练系统，其特征在于，所述树为具有空间一致性的空间数据结构，包括KD树，四叉树或八叉树。

8.一种商场三维数字化应急预案演练方法，其特征在于，包括如下步骤：

场景搭建：以3D虚拟化技术为基础，结合三维引擎技术，利用三维建模软件构建商场的3D场景、建筑、消防设备并实现逐级可视化，完成3D场景建；

设施数据采集：在已搭建完成的3D场景基础上进行设施数据采集，采集室内外消防、安防与警务设施的准确位置、设备类型、基本信息、设备照片和视频资料，通用层信息通过复制获得，采集完成的信息通过模糊查询、分类查询方式进行信息检索、查看与定位；

预案制作：在3D电子沙盘内设定事件详情，根据单位类型和灾情等级提供不同任务部署模版以及力量调派规则，在三维场景中模拟事件现场，被困人员等信息，设定战斗任务，通过设定各任务视角、描述、自动配音解说，根据作战要求在场景中摆放作战车辆、消防员模型并设置属性，划定警戒区域、执勤区域，标绘疏散、进攻、巡逻或救援路线，以及标注救援提示信息，实现三维数字化预案的快速制作；

动态推演：将预案制作绘制的疏散、进攻、巡逻或救援路线以及标注救援提示信息以动画方式自动播放演示，便于用户查看推演过程；

预案输出：将预案制作步骤中制作好的三维数字化预案形成图文兼具标准格式的文本预案，输出给现场救援人员直观了解。

9.根据权利要求8所述的商场三维数字化应急预案演练方法，其特征在于，所述动态推演步骤中切片方案使用KD树模型，包括如下步骤：

在K维数据集合中选择具有最大方差的维度k，然后在该维度上选择中值m为划分点对该数据集合进行划分，得到两个子集合，同时创建一个树结点node，用于存储；

对两个子集合重复上述步骤的过程，直至所有子集合都不再划分为止。

10.根据权利要求9所述的商场三维数字化应急预案演练方法，其特征在于，选取六个二维数据点{(2，3)，(5，4)，(9，6)，(4，7)，(8，1)，(7，2)}构建KD树，步骤如下：

确定split域＝x：计算六个数据点在x，y维度上的数据方差分别为39，28.63，得出在x轴上方差大，所以确定split域值为x；

确定node-data＝(7，2)：根据x维上的值将数据排序，六个数据的中值为7，所以node-data域位数据点为(7，2)，该节点的分割超平面就是通过(7，2)并垂直于split＝x轴的直线x＝7；

确定左子空间和右子空间：分割超平面x＝7将整个空间分为两部分，x≦7的部分为左子空间，包含3个节点＝{(2，3)，(5，4)，(4，7)}，另一部分为右子空间，包含2个节点＝{(9，6)，(8，1)}；

由于kd树的构建是一个递归过程，对左子空间和右子空间内的数据重复根节点的过程得到一级子节点(5，4)和(9，6)，同时将空间和数据集进行细分，如此往复直到空间中只包含一个数据点，形成KD树。

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