基于WebGIS的應(yīng)急交通管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李月明，鄭貴省,車亞輝，王 元，王 鵬

(1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊，天津 300161； 2.軍事交通學(xué)院 基礎(chǔ)部，天津 300161)

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● 基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù) Basic Science & Technology

基于WebGIS的應(yīng)急交通管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李月明1，鄭貴省2,車亞輝1，王 元1，王 鵬1

(1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊，天津 300161； 2.軍事交通學(xué)院 基礎(chǔ)部，天津 300161)

針對應(yīng)急交通管理數(shù)據(jù)海量、結(jié)構(gòu)繁雜、信息瞬時性突出的問題，基于ArcGIS API for Flex和RIA(rich internet application)技術(shù)提出了設(shè)計及開發(fā)基于WebGIS的應(yīng)急交通管理系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的功能進行了說明，對地圖匹配及保障設(shè)施信息的獲取和展示等關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，并初步設(shè)計實現(xiàn)了該系統(tǒng)的界面和功能。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計要求。

應(yīng)急交通；管理系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

近年來，我國各類突發(fā)事件顯著增多，據(jù)資料顯示，因意外突發(fā)事故每年造成約20萬人失去生命，約200萬人不同程度傷殘，給國家和人民帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失[1]。因此，及時有效地應(yīng)急處理突發(fā)事故成為當前一個非常重要的課題。

早在1982年，美國就開發(fā)了用于核電站應(yīng)急管理的決策支持系統(tǒng)TEDSS[2]。1998年，美國能源部的實驗室和丹尼爾交通咨詢公司聯(lián)合開發(fā)了第一款模擬交通運行的計算機仿真軟件OREMS來幫助應(yīng)急疏散管理[3]。

我國首次把交通應(yīng)急疏散研究作為重點項目是在“十一五”科技攻關(guān)計劃中，并且把應(yīng)急疏散的深入研究包含其中[1]。2005年，范維澄院士團隊啟動的“突發(fā)公共事故應(yīng)急平臺項目”，要求面臨突發(fā)事故時能夠結(jié)合對事故的發(fā)展過程的預(yù)測和應(yīng)急救援的方案路線，確定事故現(xiàn)場人員的安全撤離策略，最大限度地減少人員傷亡[4]。

ArcGIS Server是建立在Web基礎(chǔ)上的服務(wù)于GIS的解決方案，用戶可以使用ArcGIS Server在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或整個互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)共享GIS資源[5]。它將GIS技術(shù)和Web技術(shù)結(jié)合在一起，可以實現(xiàn)發(fā)布地圖及相關(guān)的編輯和分析功能。ArcGIS Server還有一些擴展模塊，通過這些模塊可以實現(xiàn)相關(guān)的專業(yè)分析[6]。ArcGIS API for Flex (簡稱 Flex API) 是一套強大的開發(fā)框架，利用它能夠在ArcGIS Server上開發(fā)豐富的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(rich internet application, RIA)充分利用了客戶端和服務(wù)器端的優(yōu)勢，通過結(jié)合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和桌面應(yīng)用程序的優(yōu)點提供了豐富的客戶端體驗。

本文基于WebGIS的應(yīng)急方法，研究應(yīng)急交通管理系統(tǒng)。主要目的在于應(yīng)對突發(fā)事件時，能夠為交通指揮中心依托系統(tǒng)提供快速反應(yīng)、制訂合理方案、進行聯(lián)動指揮、做出科學(xué)決策的能力，聯(lián)合不同部門、不同區(qū)域、不同行業(yè)進行統(tǒng)一救援行動。該應(yīng)急決策系統(tǒng)可適用于應(yīng)對各類突發(fā)事件和緊急求助，可為應(yīng)急救援指揮中心提供信息查詢、預(yù)案生成、人員疏散、中心指揮等功能。

1 總體設(shè)計

系統(tǒng)采用ArcGIS Server 10.2作為基礎(chǔ)圖層的發(fā)布平臺，集成開發(fā)環(huán)境為FlashBuilder 4.6，開發(fā)語言為 MXML、ActionScript 3.0，系統(tǒng)服務(wù)器采用Oracle數(shù)據(jù)庫。

1.1 系統(tǒng)需求分析

(1)應(yīng)急力量協(xié)調(diào)安排與指揮控制。面對各種突發(fā)事故，對應(yīng)急交通管理在搶險救災(zāi)中的要求：首先，要突出及時性，盡可能減小應(yīng)急行動時間，爭取第一時間到達事故現(xiàn)場，所以能夠找到一條最優(yōu)最快的路線，才能快速到達事故現(xiàn)場；其次，要考慮應(yīng)急路線的交通負荷能力，對應(yīng)急路線進行科學(xué)規(guī)劃，避免造成交通堵塞，在WebGIS地圖上進行整體控制，對路線進行導(dǎo)航和協(xié)調(diào)安排，實現(xiàn)應(yīng)急行動的快速反應(yīng)和及時到位。

(2)應(yīng)急交通地理空間信息資源查詢分析。具備豐富地理空間信息資源的數(shù)據(jù)庫，能夠把各類應(yīng)急單位信息匯集起來，通過對消防、醫(yī)療、救援單位，以及物資集散地、交通樞紐(車站、港口、機場等)等應(yīng)急資源信息的查詢和分析，科學(xué)、合理分配和利用應(yīng)急資源，有利于提高應(yīng)急行動的效率。

1.2 應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)層次

應(yīng)用框架主要分為4個層次(如圖1所示)。

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)層次

(1)基礎(chǔ)層。此層在整個系統(tǒng)中是最基本的層面，是整個應(yīng)用功能的支持層面，基本的一些硬件設(shè)備、必要的操作系統(tǒng)以及編程語言都屬于這一層面。

(2)服務(wù)支持層。此層規(guī)定了一些服務(wù)規(guī)范要求，是整個應(yīng)急交通管理系統(tǒng)開發(fā)的支撐環(huán)境。

(3)共性服務(wù)層。此層提供了一些共用功能部件服務(wù)于上層的要求。滿足下層需求的一些基礎(chǔ)部件也在此層，例如消息、事務(wù)、工作流、電子表單等。

(4)業(yè)務(wù)層。此層是應(yīng)急交通管理系統(tǒng)服務(wù)的業(yè)務(wù)層面，提供了領(lǐng)域通用層比如信息發(fā)布、信息采集等服務(wù)。

1.3 地圖匹配問題

解決地圖匹配的一種校正方法，是利用相應(yīng)的算法對點的測量位置和實際位置之間的誤差進行校正。該方法的核心是所采用的算法[7]。車輛從初始位置開始，通過一系列的位置調(diào)整，直至到達最終的正確位置，其過程可用下述自動機來描述(如圖2所示)。

圖2 地圖匹配自動機

圖中，q1為沒有誤差的初始位置，q2i為測得帶有正誤差的第i次位置，q'2j為測得帶有負誤差的第j次位置，q2i+1為第i次調(diào)整后的正確位置，q2j+1為第j次調(diào)整后的正確位置，q2n+1為終止狀態(tài)。輸入字母表中的ai、bj分別為第i、j次具有正、負誤差的測量值，a'i、a'j分別為對ai、bj的調(diào)整值。δ函數(shù)如下[8]：

δ(q1，ai)=q2i，δ(q1，bj)=q'2j

δ(q2i，a'i)=q2i+1，δ(q2i，a'n)=q2n+1

δ(q2i+1，ai)=q2i，δ(q2i+1，bj)=q'2j

δ(q'2j，b'j)=q2j+1，δ(q'2j，b'n)=q2n+1

δ(q2j+1，ai)=q2i，δ(q2j+1，bj)=q'2j

本文在比較多種算法后擬采用基于計算幾何的地圖匹配算法(如圖3所示)。算法流程如圖4所示。

圖3 算法示意

該算法中，當測量點全部位于l的同一側(cè)時，算法會失敗，但是依據(jù)目前的電子地圖數(shù)據(jù)和定位精度，本算法是非常有效和實用的，特別是在數(shù)據(jù)量比較大的情況下，該算法的時間復(fù)雜性有明顯的優(yōu)勢。通過FLEX程序模擬驗證的實驗結(jié)果如圖5所示。

圖4 算法流程

圖5 Flex程序模擬驗證結(jié)果

1.4 系統(tǒng)功能概述

按照功能可分為下面幾個模塊：系統(tǒng)主界面、地圖編輯器、路網(wǎng)分析層、模擬演練模塊、預(yù)案生成模塊、災(zāi)難分析模塊、信息存儲管理模塊。系統(tǒng)的核心功能模塊交互圖如圖6所示。各模塊之間通過Web service 交互作用，用戶通過主界面和地圖編輯器調(diào)用其他模塊，實現(xiàn)應(yīng)急交通管理相關(guān)功能。

圖6 各功能模塊交互圖

2 系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計

本系統(tǒng)基是于WebGIS的應(yīng)急交通系統(tǒng),除了提供模擬演練、預(yù)案生成、災(zāi)難分析等功能模塊外，還為應(yīng)急救援指揮提供輔助決策，包括信息查詢、預(yù)案生成、人員疏散、中心指揮等功能。

2.1 主界面模塊

系統(tǒng)的主界面(如圖7所示)布局包含菜單、視圖等欄。提供人機互動、視頻接入、導(dǎo)航、圖層編輯、資源分配及查詢、鷹眼窗口等功能。主界面是用作用戶的系統(tǒng)接入口，可以導(dǎo)入新地圖、查詢以往應(yīng)急方案、翻看事故信息記載等。圖層編輯可以實現(xiàn)對地圖上一系列資源信息的編輯；資源管理器對地圖上的信息進行查詢、修改、編輯，比如重要通道、疏散路徑、避難場地等；鷹眼顯示出當前位置在大地圖上的位置。

圖7 主界面截圖

2.2 地圖編輯器

地圖編輯模塊基于GIS平臺，提供給用戶和系統(tǒng)交互，使用戶通過界面操作地圖，提供空間位置顯示、地點定位、路徑分析以及對GIS數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理和數(shù)據(jù)維護。GIS地圖可以對災(zāi)害進行模擬，對災(zāi)害區(qū)域進行顏色標記，使用戶非常直觀地了解事故災(zāi)害的空間位置分布情況。GIS地圖可以對圖層進行平移、局部放大、整體縮小等操作，以及地圖比例尺的顯示，點擊圖層元素，還可以顯示對象的具體信息。

2.3 路網(wǎng)分析模塊

路網(wǎng)分析模塊是整個功能模塊的支持模塊，GIS平臺上的路網(wǎng)，通過地圖編輯器模塊獲取地理數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建基礎(chǔ)平臺，為預(yù)案生成模塊、仿真模塊、災(zāi)難分析模塊等提供基礎(chǔ)支撐。

2.4 模擬演練模塊

該模塊以路網(wǎng)分析模塊為基礎(chǔ)，結(jié)合具體的應(yīng)急實施方案進行模擬演練，演練過程在界面上以動態(tài)形式進行展示。該模塊會統(tǒng)計演練中的疏散時間、疏散人流密度、車流量的變化等，為預(yù)案生成提供服務(wù)。

2.5 預(yù)案生成模塊

該模塊的主要功能是結(jié)合GIS系統(tǒng)獲取的地圖信息、實時交通路況以及路徑算法進行模擬可視化、可操作的交通應(yīng)急預(yù)案。預(yù)案主要有3種：應(yīng)急場所緊急疏散預(yù)案、應(yīng)急事故緊急救援預(yù)案、應(yīng)急中心指揮部署預(yù)案。

2.6 災(zāi)難分析模塊

事故、災(zāi)難是應(yīng)急的原因也是應(yīng)急的目標，突發(fā)的災(zāi)難給社會財產(chǎn)和人民生命帶來的巨大危害能夠及時地控制在最小程度是應(yīng)急的目的。該模塊功能是對各類事故災(zāi)難進行分析，提取數(shù)據(jù)，建立災(zāi)難模型，通過可視化界面直接形象地展示各類災(zāi)難。

2.7 信息存儲管理模塊

該模塊主要是對交通數(shù)據(jù)的收集、存儲及管理，收集的數(shù)據(jù)包括以往交通數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)和當前交通系統(tǒng)收集的實時數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)內(nèi)容除了交通標志、交通指揮調(diào)度、紅綠燈、交通電臺等交通控制信息外，還涉及了城市管理、消防部門、醫(yī)療部門等應(yīng)急救援的相關(guān)部門的具體信息，比如相關(guān)位置、相關(guān)聯(lián)系人員、相關(guān)聯(lián)系方式等數(shù)據(jù)。一旦有突發(fā)事故，這些數(shù)據(jù)就能夠給應(yīng)急指揮中心提供決策和指揮輔助功能。

3 結(jié) 語

本文基于ArcGIS Server和ArcGIS API for Flex 技術(shù)，對基于Flex的WebGIS 應(yīng)急管理系統(tǒng)框架作了相應(yīng)技術(shù)研究，實現(xiàn)了基于WebGIS的交通應(yīng)急管理系統(tǒng)的一些基本功能，并對服務(wù)作了系統(tǒng)和功能結(jié)構(gòu)上的基本設(shè)計，為實現(xiàn)應(yīng)急交通管理科學(xué)化、救援和指揮過程精確化、保障環(huán)境可視化、組織指揮網(wǎng)絡(luò)化提供參考。地圖匹配功能作為整個應(yīng)急交通管理平臺的關(guān)鍵技術(shù)部分，本文對此作了一定研究，使得技術(shù)更加易于使用。該系統(tǒng)設(shè)計中的部分相關(guān)服務(wù)功能和針對性還有許多待完善的地方。

[1] 王富.城市事故災(zāi)難道路交通應(yīng)急組織理論與方法研究[D].武漢：華中科技大學(xué),2011：2.

[2] HOBEIKA A G. TEDSS：a software for evacuating people around nuclear power stations[J].Application of Advanced Technologies in Transportation, 2002(4):688-695.

[3] 施煒.交通應(yīng)急模型及其算法研究[D].杭州:浙江大學(xué),2009:9.

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[5] 張維,吳連喜.基于ArcGIS Flex API的城市路網(wǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].地理空間信息,2012,10(2):116-121.

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[8] 周培德.計算幾何:算法設(shè)計與分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011:257.

(編輯：張峰)

Design and Implementation of Emergency Traffic Management System Based on WebGIS

LI Yueming1, ZHENG Guixing2， CHE Yahui1, WANG Yuan1， WANG Peng1

(1. Postgarduate Training Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China;2. General Courses Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

Considering the problems of massive data, complex structure and instantaneous information in emergency traffic management, the paper designs and develops emergency traffic management system based on WebGIS with ArcGIS API for Flex and RIA(rich internet application)technology, and illustrates the functions of this system and analyzes the key technology of map matching and facility information acquisition. It also preliminarily designs and implements the interface and functions of the system. The result shows that this system can meet the design requirements.

emergency traffic; management system; system design

2015-07-09；

2015-10-08． 作者簡介： 李月明(1990—)，男，碩士研究生； 鄭貴省(1975—)，男，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.03.019

U179

A

1674-2192(2016)03- 0085- 05