- NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS. - TRONG CÔNG TÁC CHỮA CHÁY KHẨN CẤP Ở QUẬN CẦU GIẤY, THANH XUÂN VÀ ĐỐNG ĐA, HÀ NỘI. - Thông tin chung:. - Bài báo giới thiệu khả năng ứng dụng của công nghệ GIS xây dựng cơ sở dữ liệu và đưa ra các giải pháp nhanh nhằm phụ vụ công tác chữa cháy khẩn cấp khu vực đô thị cho cơ quan Phòng cháy chữa cháy (PCCC) như việc xác định các tuyến đường tối ưu từ vị trí của Trụ sở cơ quan PCCC tới vị trí có sự cố cháy nổ. - Với việc sử dụng chức năng truy vấn (query), vị trí xảy ra cháy nổ và việc xác định các tuyến đường tối ưu được mô hình hóa dựa trên khoảng cách, thời gian, độ dốc của đường bộ và sự chậm trễ trong thời gian di chuyển. - Ngoài việc sử dụng những phép phân tích không gian và thuộc tính này để kịp thời đáp ứng công tác chữa cháy khẩn cấp, cơ quan PCCC còn có thể thực hiện phân tích về số lượng và phân bố không gian của khu vực lấy nước chữa cháy (Trụ nước chữa cháy, hệ thống thủy văn).. - Chính vì lí do đó, cho đến nay hầu hết các thành phố ở nước ta cơ quan Phòng cháy Chữa cháy (PCCC) đã được thành lập đến cấp. - Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ Hệ thông tin địa lý (GIS) để xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) và đưa ra các giải pháp nhanh nhằm phục vụ công tác chữa cháy khẩn cấp khu vực đô thị cho cơ quan PCCC. - Như việc xác định các tuyến đường tối ưu từ vị trí của Trụ sở cơ quan PCCC tới vị trí có sự cố cháy nổ.. - Với việc sử dụng chức năng truy vấn (query) vị trí xảy ra cháy nổ và việc xác định các tuyến đường tối ưu được mô hình hóa dựa trên khoảng cách, thời gian, độ dốc của đường bộ và sự chậm trễ trong thời gian di chuyển. - Ngoài việc sử dụng những phép phân tích không gian và thuộc tính này để kịp thời đáp ứng công tác chữa cháy khẩn cấp, cơ quan PCCC còn có thể thực hiện phân tích về số lượng và phân bố không gian của khu vực lấy nước chữa cháy (Trụ nước chữa cháy, hệ thống thủy văn, hệ thống bể chứa nước trong các khu dân cư. - Hệ thống thông tin phục vụ chữa cháy cũng có thể được phát triển để mở rộng về phạm vi (không gian) và CSDL thuộc tính nhằm nâng cao khả năng. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Tình hình nghiên cứu. - Hiện nay các nước trên thế giới có nền kinh tế phát triển đều đã ứng dụng các công nghệ hiện đại để phục vụ công tác chữa cháy. - Trong đó, mô hình dữ liệu GIS phục vụ công tác chữa cháy Fire Service/HazMat của ESRI được ghi nhận là có đầy đủ các yếu tố cần thiết (ESRI, 2006). - Mô hình bao gồm các chức năng cơ bản: chức năng phản ứng đầu tiên (first response) chức năng này mô tả khả năng tiếp cận với các thông tin về đối tượng cần xử lý trên cơ sở những bản đồ, hình ảnh đã có, từ đó có những thông tin ban đầu về vị trí, vật liệu, và các tài liệu liên quan đến đối tượng thực tế thông qua màn hình hiển thị bản đồ GIS, xác định vị trí (Locate an Incident), tìm đường đi (route to location), cung cấp thông tin (Provide Resource/Responder information), truy cập thông tin tác chiến (Access Tactical Information), lập kế hoạch (Preplain), kế hoạch sàn (Floor plan), thu thập hình ảnh (pictures), ảnh hàng không hoặc ảnh viễn thám (Aerial Imagery), các sensor và các video cung cấp thông tin (Facility Sensor and Video feeds), quản lý sự cố (Incident Management), hệ thống lệnh hỗ trợ giải quyết sự cố (Support Incident Command Systems), mở rộng phạm vi hoạt động (Expand to operate across boundaries), xác định tài sản nơi xảy ra sự cố (Understand resources), truy cập thông tin liên quan (Access information related to the facility), hiển thị các thông tin khác (Display other data), theo dõi thông qua dữ liệu GPS (Track resources through GPS data), xác định hệ thống phòng cháy (Fire Prevention), quản lý nhân sự chữa cháy tại địa phương (Fire Educators. - Hình 1: Mô hình xử lý khi có sự cố cháy xảy ra trong hệ thống công cụ của ESRI (ESRI Phương pháp nghiên cứu. - Phương pháp điều tra thực địa: Phương pháp này được sử dụng nhằm thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên, xã hội, các vấn đề cấp thiết về tình trạng phòng cháy chữa cháy khu vực nghiên cứu và các số liệu cần thiết phục vụ cho nghiên cứu: các trụ nước cứu hỏa, các trạm cứu hỏa. - Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong bài báo là ứng dụng công nghệ hệ thông tin địa lý (GIS) để xây dựng, trình bày, hỏi đáp đến truy xuất dữ liệu.. - Sử dụng các phần mềm tương thích nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích tổng hợp dữ liệu theo các nguyên tắc tổ hợp không gian địa lý.. - Trên cơ sở tham khảo lý thuyết về việc thành lập cơ sở dữ liệu phục vụ hỗ trợ công tác phòng cháy chữa cháy như được trình bày (ESRI, 2006) và trên cơ sở dữ liệu đã thu thập được nhóm tác giả. - đã xây dựng sơ đồ quy trình công nghệ phục vụ cho nghiên cứu này như được thể hiện trong Hình 2. - Đây là sơ đồ quy trình công nghệ phục vụ cho việc hỗ trợ công tác phòng cháy chữa cháy khu vực đô thị một cách tiện lợi và linh hoạt hơn.. - sẽ giúp rút ra những cận biên tối thiểu thời gian cần thiết trong việc triển khai lực lượng chữa cháy trong khu vực nghiên cứu. - Thu thập dữ liệu. - Hình 2: Sơ đồ quy trình công nghệ Nhập dữ liệu. - Cơ sở dữ liệu hỗ trợ PCCC. - Tạo dữ liệu mạng DL Ngoại nghiệp. - THU THẬP DỮ LIỆU. - Chuẩn hóa DL Không gian. - Phân tích mạng (Network Analyst) Dữ liệu không gian. - PHÂN TÍCH CS DỮ LIỆU. - HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH. - Các lớp dữ liệu nền được thu thập từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 và được bổ sung, chỉnh sửa nhờ tích hợp công cụ GoogleMap trong phần mềm ArcGIS, bao gồm: dữ liệu ranh giới hành chính, dữ liệu về đường giao thông, dữ liệu về thủy hệ, dữ liệu về dân cư. - Việc chọn sử dụng dữ liệu nền đã đáp ứng được nội dung nghiên cứu vì nghiên cứu đồng nhất hệ thống giao thông khi xây dựng mô hình phân tích mạng (network analyst).. - Lớp dữ liệu các điểm cháy, nghiên cứu khảo sát khoảng trên 15 mẫu dữ liệu thu thập từ các vụ cháy lớn điển hình được ghi nhận trong thành phố từ tháng 1/2012 tới tháng 4/2014. - Nội dung thu thập bao gồm: tên vụ cháy, địa điểm xảy ra vụ cháy, thời gian, nguyên nhân, mức độ thiệt hại và vị trí không gian của các điểm cháy. - Sau khi thu thập dữ liệu, dữ liệu sẽ được tổng hợp và thống kê để phân loại theo các tiêu chí về địa điểm cháy, số nhà, phường xã, quận, giờ cháy, ngày cháy, nguyên nhân cháy, thiệt hại. - Vị trí không gian của các điểm cháy (tọa độ địa lý) được xác định nhờ vào Google Map sau đó được cập nhật vào cơ sở dữ liệu bằng phần mềm ArcMap.. - Lớp dữ liệu về cảnh sát phòng cháy chữa cháy:. - Lớp dữ liệu về bệnh viện: bao gồm các thông tin về tên bệnh viện, địa chỉ bệnh viện và số điện thoại liên lạc.. - Lớp dữ liệu về các trụ sở công an phường: bao gồm thông tin về tên trụ sở công an phường, tên quận và địa chỉ của trụ sở.. - Lớp dữ liệu về các trụ PCCC (trụ lấy nước):. - Dữ liệu về trụ nước được thu thập từ thực địa bằng công nghệ GPS để lấy tọa độ từng trụ, sau đó được xác định vị trí và cập nhật thông tin trên ArcMap. - Do hạn chế về mặt kinh phí và thiết bị sử dụng, nhóm nghiên cứu đã ứng dụng tiện ích bản đồ trên Smart phone để thu thập tọa độ các trụ nước, đồng thời có đối chiếu với bản đồ nền để hạn chế sai số của thiết bị và quá trình thu thập được ghi chép rõ ràng. - Hệ thống cơ sở dữ liệu được thiết lập theo công nghệ GeoDatabase của ESRI và được thiết lập mô hình mạng bằng gói hỗ trợ Extension ArcGIS.. - Xây dựng cơ sở dữ liệu. - Geodatabase là một mô hình dữ liệu không gian do ESRI đưa ra dùng cho việc lưu trữ, truy vấn và xử lý dữ liệu GIS, là một mô hình lưu trữ các đối tượng địa lý trong một cơ sở dữ liệu. - Nó là một cấu trúc dữ liệu có ưu điểm nổi bật cung cấp tính năng lưu trữ cơ sở dữ liệu địa lý trong một không gian dữ liệu thể hiện dưới hình thức một bảng dữ liệu.. - Cơ sở dữ liệu thu thập – xây dựng được lưu trữ trong File Geodatabase vì nó được quản lý ở dạng các thư mục chứa file hệ thống, nhằm cải thiện dung lượng, chất lượng truy vấn và hiển thị dữ liệu.. - Tiến hành chuẩn hóa dữ liệu không gian các đối tượng trên bản đồ để đảm bảo mối quan hệ không gian và hình học giữa các đối tượng được hiển thị đồng thời giúp giảm thiểu dư thừa dữ liệu, loại bỏ các bất thường khi cập nhật dữ liệu.. - Chuẩn hóa dữ liệu thuộc tính kết nối vào dữ liệu không gian sau đó tiến hành nhập, bổ sung các trường thuộc tính cho đối tượng.. - Ứng dụng có thể sử dụng được thì dữ liệu về đường phải được chỉnh lý, xây dựng kết nối đồ hình topology đối với dữ liệu giao thông trên toàn khu vực. - Cơ sở dữ liệu không gian trong nghiên cứu được lưu trữ theo định dạng GeoDatabase.. - Phân tích cơ sở dữ liệu (CSDL) và hỗ trợ ra quyết định. - Sau khi xây dựng CSDL tiến hành tổng hợp lại thành CSDL hỗ trợ PCCC, bao gồm các lớp dữ liệu nền và dữ liệu chuyên đề.. - Dữ liệu giao thông được xây dựng mạng để đảm bảo dữ liệu có các tham số cần thiết thực hiện các bài toán phân tích mạng (network analyst), bao gồm các bài toán phân tích tìm đường ngắn nhất, bài toán phân tích tìm vùng dịch vụ. - Bài toán phân tích tìm đường ngắn nhất:. - Chức năng phân tích tìm đường đi ngắn nhất trên phần mềm ArcGIS được lập trình dựa trên cơ sở thuật toán Dijkstra. - Chức năng này được sử dụng trong nghiên cứu nhằm mục đích thực hiện việc tìm ra quãng đường ngắn nhất từ trạm PCCC đến điểm xảy ra cháy. - Ngoài ra, chức năng này còn có khả năng tìm quãng đường ngắn nhất từ vị trí điểm cháy đến các bệnh viện, khoảng cách ngắn nhất từ điểm cháy đến vị trí lấy nước gần nhất,…. - Bài toán phân tích tìm vùng dịch vụ:. - Nguyên lý cơ bản của bài toán là tính toán lựa chọn vị trí của đối tượng trên cơ sở những tiêu chuẩn mà đối tượng đó cần đáp ứng, phân tích dựa trên thông tin thuộc tính và thông tin không gian lấy từ cơ sở dữ liệu đã được xây dựng.. - 2.3 Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng công nghệ GIS trong công tác chữa cháy đô thị. - Phạm vi nghiên cứu được giới hạn là 3 quận trên địa bàn Tp Hà Nội: quận Cầu Giấy, quận Thanh Xuân và quận Đống Đa. - Những công nghệ mới yêu cầu hỗ trợ việc lập kế hoạch, chuẩn bị sẵn sàng tác chiến, giảm nhẹ ảnh hưởng, phản ứng, theo dõi và quản lý sự cố, chữa cháy kịp thời. - GIS có khả năng truy vấn, phân tích không gian mạnh mẽ. - GIS hỗ trợ nhiều mô hình trực quan phân tích và hiển thị các nhiệm vụ phục vụ cháy, đồng thời cho phép tiếp cận với những DL quan trọng, các hình ảnh, bản vẽ hay bảng DL.. - GIS phân tích tính toán kết hợp với những khoảng thời gian khác nhau, xác định các điểm. - GIS tính đến các trường hợp rủi ro và các vấn đề cần giải quyết xung quanh sự cố, nắm bắt được tình hình các vụ cháy, dự báo các trường hợp xảy ra, xác định các vấn đề cơ sở của sự cố, cung cấp thông tin các đội cảnh sát phòng cháy và chữa cháy.. - Ứng dụng công nghệ GIS trong một hệ thống chữa cháy bao gồm:. - Nếu xảy ra cháy, thiết bị báo động sẽ tự động gửi tín hiệu cháy, chữa cháy trung tâm. - Nếu vị trí của các thiết bị báo động đã được đăng ký và được lưu trữ trong hệ thống, vị trí đám cháy sẽ được nhanh chóng nằm trên bản đồ điện tử.. - Đưa ra các quyết định hỗ trợ: Nhờ dữ liệu GIS và khả năng truy vấn, phân tích không gian mạnh mẽ, hệ thống có thể tự động tìm kiếm trạm cứu hỏa gần nhất, xe cứu hỏa, thông tin nguồn nước và các bệnh viện gần nhất với vị trí đám cháy. - Trong quá trình chữa cháy, người chỉ huy có thể sử dụng kết hợp GIS và ảnh viễn thám để trực tiếp tìm hiểu môi trường xung quanh các điểm cháy, đánh giá tác động của lửa, phân tích khả năng bắt cháy của đám cháy, tính toán vùng đệm, và lập kế hoạch sơ tán khẩn cấp. - Có khả năng hỗ trợ quy hoạch vị trí các trạm chữa cháy và bố trí các trụ nước chữa cháy.. - 3 KẾT QUẢ BÀI TOÁN PHÂN TÍCH MẠNG 3.1 Cấu trúc CSDL hỗ trợ phòng cháy chữa cháy Cấu trúc CSDL (thuộc tính) được thực hiện trong nghiên cứu bao gồm lớp dữ liệu chuyên đề và lớp dữ liệu nền như được mô tả chi tiết trong Hình 3. - Trên cơ sở bảng dữ liệu này cho phép chuyên viên GIS thực hiện các phân tích GIS nhằm tạo ra các bản đồ tương tác và thông minh. - Ví dụ, một người sử dụng có thể phân tích và hiển thị các xu hướng của sự cố. - Phân tích không gian sẽ yêu cầu. - xác định vị trí của đám cháy, thời gian trong ngày, vị trí địa lý cụ thể,… GIS tìm kiếm các bảng DL, tập hợp các DL phù hợp với yêu cầu về không gian và hiển thị chúng trên bản đồ. - Phân tích xu hướng của sự cố sẽ được phân tích nhanh chóng, hiển thị một cách hợp lí và dễ hiểu. - Các bài toán phân tích không gian sẽ cung cấp thông tin để hỗ trợ ra quyết định về các vấn đề liên quan tới đám cháy và cách phòng cháy, nhiệm vụ cần triển khai và sắp xếp các bộ máy sử dụng.. - Hình 3: Cấu trúc CSDL hỗ trợ phòng cháy chữa cháy 3.2 Tìm tuyến đường ngắn nhất từ trạm. - PCCC với vị trí cháy. - Thông tin vị trí các điểm lấy nước:. - Hình 9: Thông tin chi tiết về vị trí và con đường tới các điểm lấy nước 3.4 Thiết lập các bản đồ vùng khả đáp ứng. - Trên cơ sở phân tích mạng, các bản đồ vùng khả đáp ứng đối với các kịch bản thời gian đáp ứng chữa cháy được xây dựng. - Với vận tốc giả định để phương tiện di chuyển trên các tuyến và cung đường trong thành phố là tốc độ cho phép tối đa trên từng đoạn đường (40 km/h đến 60 km/h) và không phụ thuộc vào các yếu tố khác, đồng thời dựa trên vị trí của các trạm PCCC cũng như khoảng cách xa nhất từ trạm PCCC đến vị trí cần chữa cháy, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn khoảng thời gian di chuyển là 2 phút, 4 phút và 6 phút. - Kết quả được thể hiện như hình 10, với khoảng thời gian 6 phút thì vùng khả đáp ứng bao trùm toàn bộ khu vực nghiên cứu.. - thì việc phòng cháy chữa cháy cần được tuyên truyền, nâng cao ý thức của người dân, cũng như các công ty xí nghiệp tại đó, đồng thời công tác kiểm tra PCCC của các lực lượng chức năng tại đây cũng nên được tăng cường nghiêm ngặt, thường xuyên để có phương án xử lý kịp thời khi có đám cháy xảy ra.. - phòng cháy chữa cháy theo bán kính di chuyển (đơn vị độ dài: mét).. - Do hạn chế trang thiết bị dử dụng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành kiểm nghiệm tốc độ thực tế trong. - Bảng 1: So sánh giữa dữ liệu thực tế với kết quả sau khi chạy mô hình STT Tuyến đường. - Thời gian di chuyển (Mô hình). - Thời gian di chuyển (Thực tế). - Với những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, nghiên cứu đã xây dựng được cơ sở dữ liệu để phục vụ công tác chữa cháy. - xây dựng được quy trình ứng dụng công nghệ GIS hỗ trợ công tác chữa cháy khu vực đô thị.. - Khả năng ứng dụng của nghiên cứu là rất lớn từ cấp quận (huyện), cấp tỉnh (Thành phố) cho đến khu vực rộng lớn hơn.. - Do vậy, nếu được nghiên cứu và khảo sát thêm về các vấn đề này, bài toán phân tích mạng trong nghiên cứu sẽ có tính thực tế cao hơn.. - Đặc biệt với tình hình cháy nổ tăng cao trong các năm trở lại đây việc ứng dụng nghiên cứu này vào thực tế là hoàn toàn hợp lí và rất cần thiết cần được triển khai tại các khu vực trong cả nước đặc biệt là khu vực đô thị.