基于OpenLayers的應(yīng)急物流決策支持平臺構(gòu)建及應(yīng)用

江源通，蘇會衛(wèi)，陸 琳

（1.湖南科技大學建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，湖南 湘潭 411201；2.桂林旅游高等專科學校，廣西 桂林 541004；3.貴州財經(jīng)大學，貴州 貴陽 550025）

1 引言

近幾年，各類突發(fā)公共事件頻繁發(fā)生，給人民和社會造成了嚴重的傷害。我國每年因公共安全問題造成的損失巨大，同時隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，災(zāi)害發(fā)生頻度以及損失程度都將進一步增加。應(yīng)急物流正是在這種巨大的需求下產(chǎn)生的，它是以提供事故災(zāi)難、自然災(zāi)害等突發(fā)性公共事件所需應(yīng)急物資為目的，以追求時間效益最大化和災(zāi)害損失最小化為目標的一種特殊物流活動，主要特征是不可預(yù)知性、緊迫性、不確定性、弱經(jīng)濟性和非常規(guī)性等。應(yīng)急物流能否高效運作對于能否將應(yīng)急物資快速、準確地送達事發(fā)地從而減輕突發(fā)事件造成的危害具有至關(guān)重要的作用。因此，近年來眾多學者開始從事應(yīng)急物流這方面的理論和應(yīng)用研究[1-3]。雖然國內(nèi)外專家學者紛紛從研究內(nèi)容、保障機制、實現(xiàn)方法等方面對應(yīng)急物流進行了深入的研究，然而有關(guān)GIS等先進技術(shù)應(yīng)用于應(yīng)急物流的研究為之甚少[4]。因此本文嘗試運用GIS技術(shù)構(gòu)建輔助應(yīng)急物流決策支持的WebGIS，探討地理信息系統(tǒng)的空間查詢和空間決策能力在應(yīng)急物流的應(yīng)用研究。

目前WebGIS 的主要實現(xiàn)方式是通過Flex 技術(shù)結(jié)合第三方提供的API來實現(xiàn)的，然而隨著各種地圖服務(wù)器（如天地圖）的興起和發(fā)展以及Flex在開發(fā)、部署等過程中帶來的不便，基于OpenLayers的實現(xiàn)方式漸漸突顯其優(yōu)勢：（1）擴展性。由于OpenLayers實現(xiàn)了標準格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)訪問，可以方便訪問不同地圖服務(wù)器發(fā)布的基于OGC 標準的服務(wù)（主流的地圖服務(wù)器發(fā)布的服務(wù)都支持OGC 標準，如WMTS、WMS 等），而Flex是依據(jù)第三方提供的API進行開發(fā)設(shè)計的，因此一旦地圖服務(wù)器變更，基于Flex的實現(xiàn)方式將重新開發(fā)設(shè)計，大大削弱了其擴展性。（2）靈活便捷性。Flex 實現(xiàn)技術(shù)需要借助Flash Builder編譯器把源代碼編譯成字節(jié)碼，最終生成擴展名為.swf的文件，不同于其他應(yīng)急物流技術(shù)支持平臺的開發(fā)方式，因此如若要在客戶環(huán)境現(xiàn)場修改功能，則必須部署開發(fā)環(huán)境，較為不便。相反，基于JavaScript的實現(xiàn)方式則易與其他開發(fā)方式整合，可以即時修改功能，不必部署新的開發(fā)環(huán)境，大大提高了靈活性和便捷性。（3）第三方依賴性?；贔lex的WebGIS需要依賴第三方API，而基于OpenLayers的方式則沒有這種情況。由此可見：OpenLayers作為一個完全免費、開源的專為WebGIS客戶端開發(fā)提供的JavaScript類庫包，支持訪問以標準格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)，提供地圖分幅和預(yù)讀取功能，實現(xiàn)類似Ajax功能，與Flex技術(shù)相比具有其獨有的優(yōu)勢[5-6]。因此，本文在OpenLayers的基礎(chǔ)上以廣東天地圖服務(wù)和Geoserver地圖服務(wù)為例構(gòu)建了GIS支持下的應(yīng)急物流決策支持平臺，實現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)的融合[7-8]。值得一提的是，應(yīng)急物資多半是用于應(yīng)急搶險救災(zāi)，關(guān)系到人類的生命財產(chǎn)和全局統(tǒng)籌，提高應(yīng)急物流的速度能夠極大限度地減輕突發(fā)事件所造成的危害[9]，因此時間效率是決定應(yīng)急物流決策支持平臺成功與否的關(guān)鍵。鑒于此，文中對大數(shù)據(jù)量背景下的系統(tǒng)查詢效率問題進行了討論與分析，通過多次實驗驗證了系統(tǒng)查詢效率的可靠性和有效性。

2 應(yīng)急物流決策支持平臺實現(xiàn)

2.1 基于OpenLayers的WebGIS體系架構(gòu)

基于OpenLayers 為客戶端架構(gòu)的WebGIS 系統(tǒng)分為顯示層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層三個基本層（如圖1所示），其中顯示層是用戶和WebGIS 交互的接口，服務(wù)層是整個系統(tǒng)的核心，負責接收和響應(yīng)客戶端的請求，而數(shù)據(jù)層則為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供空間數(shù)據(jù)來源。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)與規(guī)范

2.2.1 WMTS規(guī)范。WMTS，即切片地圖web服務(wù)，目前版本是1.0.0，它實現(xiàn)了WMS 規(guī)范，提供了一種采用預(yù)定義圖塊方法發(fā)布數(shù)字地圖服務(wù)的標準化解決方案。WMTS 雖然犧牲了WMS原有的定制地圖的靈活性，但是取而代之的是利用靜態(tài)數(shù)據(jù)（緩存圖像）增強了地圖的伸縮性，大大加快了地圖的訪問速度。本服務(wù)中包括以下3個操作：GetCapabilities（獲取服務(wù)的元信息）、GetTile（獲取切片）、GetFeatureInfo（可選，獲取點選的要素信息）[10]。

2.2.2 WFS 規(guī)范。WFS，即web 要素服務(wù)，提供了經(jīng)過地理標記語言GML 格式封裝的地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)，支持對地理要素數(shù)據(jù)的增加、刪除、更新、查詢和發(fā)現(xiàn)等操作。本服務(wù)包含四個操作：GetCapabilities（返回Web 要素服務(wù)的元數(shù)據(jù)）、DescribeFeatureType（返回指定要素的XML格式信息描述）、Get-Feature（根據(jù)查詢請求返回符合GML規(guī)范的數(shù)據(jù)文檔）[11]。基于這一規(guī)范，本系統(tǒng)實現(xiàn)了屬性查詢和空間查詢功能，實現(xiàn)的流程為：構(gòu)造filter過濾器、生成xml格式請求參數(shù)、執(zhí)行post查詢請求、處理GML結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.2.3 WPS規(guī)范。WPS，即網(wǎng)絡(luò)處理服務(wù)，該服務(wù)提供了對地理空間數(shù)據(jù)的一系列空間幾何分析操作，包括算法、計算和模型等。本服務(wù)包含三個操作：GetCapabilities（請求服務(wù)的元數(shù)據(jù)）、DescribeProcess（請求有關(guān)可運行在服務(wù)上的進程的詳細信息）、Execute（運行一個由WPS服務(wù)實現(xiàn)的進程）[12-13]。

圖1 基于OpenLayers的WebGIS體系架構(gòu)

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)與功能描述

根據(jù)上述主要關(guān)鍵技術(shù)和規(guī)范，本文在OpenLayers[14]的基礎(chǔ)上，利用JavaScript 并結(jié)合jQuery 及其相關(guān)UI 插件（jQuery Easyui等）實現(xiàn)了應(yīng)急物流決策支持系統(tǒng)[15]（如圖2所示）。針對應(yīng)急物流的功能需求，基于OpenLayers的WebGIS系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了放大、縮小、漫游、全圖顯示等基本地圖功能，還實現(xiàn)了以下主要功能模塊：

圖2 應(yīng)急物流決策支持平臺

（1）決策支持模塊。該模塊有助于上級領(lǐng)導(dǎo)第一時間對突發(fā)公共事件做出正確的決策判斷。系統(tǒng)實現(xiàn)了點標繪、線標繪、面標繪、文字標繪等標繪功能，并提供了標繪屬性信息的編輯、標繪樣式的編輯、標繪信息的保存和加載。上級領(lǐng)導(dǎo)通過標繪功能可以在地圖上及時了解災(zāi)情、快速制定救援方案，社會各級機構(gòu)通過標繪信息可以及時了解上級指示并迅速執(zhí)行任務(wù)，從而形成“政府制定對策，各級協(xié)同實施”的應(yīng)急物流響應(yīng)機制。

（2）應(yīng)急物資管理模塊。該模塊有助于對各類應(yīng)急物資進行查詢檢索和維護管理，全面掌控資源狀態(tài)。通過查詢功能，不僅可以實時、準確地掌握應(yīng)急物資的名稱、位置、數(shù)量等情況，還可以使全社會各類物流資源得到高效的配置和利用。在突發(fā)事件發(fā)生時，通過該功能可以精確地為受災(zāi)區(qū)、受災(zāi)群眾提供多方位、適時、適量的應(yīng)急物資配送[16]。

（3）配送路徑分析模塊。應(yīng)急物流注重時間效益的最大化，能否以最短的時間完成物資的配送至關(guān)重要。通過量算功能了解事發(fā)地與各物資配送中心、救援機構(gòu)的距離，借助GIS 的網(wǎng)絡(luò)分析功能進行路線的優(yōu)化設(shè)計、救援隊伍的安排，從而讓應(yīng)急救援物資以最快的時間和最低的成本運送到達目的地。

（4）事件定位模塊。將突發(fā)事件在地圖上準確定位后，一方面可以了解突發(fā)事件的發(fā)生時間、地點、詳細情況，另一方面可以方便查找其周邊資源信息，有利于整合各方力量，全面提高突發(fā)公共事件的應(yīng)急反應(yīng)速度和處置效率。

（5）應(yīng)急物流選址模塊。應(yīng)急物流的選址問題在應(yīng)急事件管理中非常重要，應(yīng)急物流配送中心的選址一方面與經(jīng)濟費用相關(guān)，選址不當將付出巨大成本代價，另一方面對應(yīng)急物流活動有著直接深遠的影響，科學合理的選址有利于應(yīng)急救援的快速響應(yīng)。該模塊通過GIS的空間分析功能并加入選址的考慮因素（災(zāi)害因素、人口因素、成本因素、時間因素等）對應(yīng)急設(shè)施進行合理的布局，便于后續(xù)應(yīng)急物流的快速響應(yīng)。

（6）風險分析模塊。通過GIS的緩沖區(qū)分析等空間分析功能及時了解突發(fā)事件的影響范圍，查找周邊潛在的安全隱患，以便為后期的應(yīng)急物流實施過程進行評估。

該系統(tǒng)不僅具有RIA 的特點，而且利用OpenLayers 面向服務(wù)的機制實現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)源的融合，即系統(tǒng)只要經(jīng)過簡單配置就可實現(xiàn)不同地圖服務(wù)器發(fā)布的WFS 服務(wù)的訪問，有利于整合各方資源運用于應(yīng)急物流的決策工作，提高了應(yīng)急救援的效率。

3 查詢效率驗證

應(yīng)急物流追求的是時間效益最大化，時間效率重于經(jīng)濟效益，因此系統(tǒng)能否快速有效的顯示查詢結(jié)果是一個棘手的問題，尤其是在大數(shù)據(jù)量的情況下對查詢效率的要求更加重要。全部加載顯示的實現(xiàn)方式一方面對客戶端的負載能力要求非常大，有可能造成瀏覽器崩潰，另一方面在大數(shù)據(jù)量傳輸方面會耗費大量的時間，嚴重影響效率。因此本文采用分頁加載顯示的實現(xiàn)方式，并在內(nèi)外網(wǎng)環(huán)境下進行了實驗驗證。

在本地Geoserver 服務(wù)器上發(fā)布一個以PostGIS 為數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)量約為13 萬條的WFS 服務(wù)[17-18]，經(jīng)過系統(tǒng)多次測試，平均時間消耗為0.077 9s（時間損耗借助HttpWatch 工具給出）。除了在內(nèi)網(wǎng)環(huán)境（本地）上進行測試，本文也在聯(lián)網(wǎng)環(huán)境（2M 帶寬）上進行測試，主要測試網(wǎng)絡(luò)因素對查詢效率的影響。通過多次調(diào)用天地圖發(fā)布的WFS服務(wù)得知平均時間消耗約為1.4s。綜合以上實驗結(jié)果分析：無論地圖服務(wù)器部署在外網(wǎng)或是內(nèi)網(wǎng)、數(shù)據(jù)量大或小，本系統(tǒng)所采用的分頁加載顯示機制都能夠快速有效的對查詢結(jié)果進行顯示，滿足了應(yīng)急物流決策工作的需求。

4 結(jié)束語

突發(fā)公共事件給人類社會造成了重大危害，應(yīng)急物流的目的則是消除或減輕它所帶來的危害。目前，我國的應(yīng)急物流仍存在較大問題，其中一個主要的問題是應(yīng)急物流信息化程度普遍偏低，地理信息等先進技術(shù)還未在該領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，因此本文充分利用OpenLayers 的優(yōu)勢和特點，引入GIS技術(shù)，利用JavaScript/Ajax實現(xiàn)了應(yīng)急物流決策支持平臺，并在內(nèi)外網(wǎng)環(huán)境下對其中的查詢效率進行了多次實驗驗證，確保了系統(tǒng)的高效運作，有助于政府領(lǐng)導(dǎo)準確分析和判斷事發(fā)情況，做出科學合理的決策指揮。雖然GIS在應(yīng)急物流領(lǐng)域的應(yīng)用還偏少，但隨著GIS和應(yīng)急物流的不斷發(fā)展，應(yīng)急物流越來越需要GIS空間決策能力的支持，因此GIS在該領(lǐng)域的應(yīng)用也將會越來越廣。

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