高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

方程煒

(昆山市公路管理處，江蘇 昆山 215300)

隨著經(jīng)濟(jì)的增長，我國高速公路建設(shè)速度不斷加快。2013年國務(wù)院批準(zhǔn)了《國家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013年—2030年)》，規(guī)劃建設(shè)總里程13.6萬km，截至2017年末，已通車?yán)锍坛^11萬km。與此同時(shí)，高速公路事故發(fā)生次數(shù)常年居高不下，并不斷出現(xiàn)新的特點(diǎn)：例如：2014-07-19凌晨，滬昆高速湖南邵陽段1 309 km處隆回往洞口方向，一輛違法裝載乙醇的廂式小貨車與一輛大客車發(fā)生追尾后燃燒，造成1輛大客車、3輛貨車、1輛小客車燃燒，43人死亡、多人受傷；2017-08-10T23:00:00許，一輛豫牌客車自成都駛往洛陽，途經(jīng)京昆高速公路安康段秦嶺一號隧道南口(1 164 km+930 m)時(shí)，撞向隧道口發(fā)生交通事故，造成36人死亡。

高速公路交通事故造成的后果嚴(yán)重，如不及時(shí)實(shí)施科學(xué)合理地響應(yīng)，將會對人民生命財(cái)產(chǎn)造成更加嚴(yán)重的損失和惡劣的社會影響。目前我國大部分高速公路管理部門在處理應(yīng)急事件時(shí)依然是人工記錄，信息的上傳下達(dá)依靠電話通知，這些傳統(tǒng)的處理方式已成為制約響應(yīng)效率的瓶頸。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，建設(shè)針對高速公路應(yīng)急事件管理的軟件系統(tǒng)，提高應(yīng)急響應(yīng)速度，使解決目前高速公路應(yīng)急響應(yīng)效率不高，解決各部門工作協(xié)調(diào)行動(dòng)的問題成為可能。

高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策支持系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，就需要一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫作為支持。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)既是應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)研發(fā)過程中工作量最大的一部分內(nèi)容，也是系統(tǒng)程序良好運(yùn)行的保證。

1 數(shù)據(jù)需求分析

事件管理與空間分析是高速公路應(yīng)急響應(yīng)管理與決策支持系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的兩大基本功能。

在實(shí)際的交通應(yīng)急事件發(fā)生以后，高速公路監(jiān)控中心接到報(bào)警電話，由值警員記錄有關(guān)交通事件的基本信息，這些信息包括事件類型，發(fā)生地點(diǎn)、人員傷亡情況，車輛受損情況，這些數(shù)據(jù)對救援工作的開展，以及對高速公路的安全評價(jià)等都具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。

高速公路是具有地理特征的空間實(shí)體，發(fā)生在高速公路上的交通事件必然具有其空間屬性，同時(shí)救援資源也是分布在不同的空間位置上的，傳統(tǒng)的里程樁定位方式，不具備空間分析功能。在發(fā)生交通事故后，如何調(diào)度最近的救援資源前往事故點(diǎn)，尋找最佳路線，需要應(yīng)用桌面GIS軟件對事件有關(guān)信息進(jìn)行空間分析，建設(shè)一個(gè)適用于高速公路應(yīng)急響應(yīng)的完整的空間數(shù)據(jù)庫是該數(shù)據(jù)庫不可或缺的部分。

高速公路交通應(yīng)急事件是在特定的環(huán)境下發(fā)生的，不同的應(yīng)急事件有不同的處理方式。又如重大交通事故以及危險(xiǎn)品事故發(fā)生時(shí)，對處置程序有嚴(yán)格要求。因此必須由專家預(yù)先制定相對固定的處置方案，這些方案稱之為應(yīng)急預(yù)案存儲在數(shù)據(jù)庫中。應(yīng)急預(yù)案為管理處監(jiān)控中心值警員在不同情況下快速、準(zhǔn)確制定應(yīng)急調(diào)度預(yù)案提供參考。在軟件實(shí)際運(yùn)行的過程中，可以對預(yù)案庫不斷地豐富和完善。

2 數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文結(jié)合高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策支持系統(tǒng)開發(fā)，依據(jù)“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)共享”的基本原則，建立數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由3個(gè)子庫構(gòu)成：空間數(shù)據(jù)庫、事件管理數(shù)據(jù)庫、預(yù)案庫。數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用RDBMS與空間數(shù)據(jù)庫結(jié)合的方式，所有數(shù)據(jù)均以表或文件的形式存儲，在物理層上表現(xiàn)為表、點(diǎn)狀要素、線狀要素和面狀要素。

圖1 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)圖

3 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織

3.1 事件管理數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織

交通運(yùn)行數(shù)據(jù)：主要來源于人工記錄或者檢測器的檢測數(shù)據(jù)，包括流量、車速、占有率等。按采集時(shí)間又分為實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)和歷史交通數(shù)據(jù)。

應(yīng)急事件數(shù)據(jù)：應(yīng)急事件數(shù)據(jù)是高速公路監(jiān)控中心值警員所記錄報(bào)警信息，根據(jù)調(diào)研，值警員所接到報(bào)警中有的是車輛壓壞草坪、車輛拋錨等高速公路常發(fā)事件，這些事件處理方式簡單。有的則是較為嚴(yán)重的交通事故。為便于數(shù)據(jù)的管理，本文將高速公路應(yīng)急事件數(shù)據(jù)又進(jìn)一步分為兩部分：一般事件數(shù)據(jù)和交通事故數(shù)據(jù)，分別建表管理。對于一般事件需值警員作記錄，并通知有關(guān)部門。對于有人員傷亡或者車輛損毀的交通事故，需要出動(dòng)救援車輛前往施救。有關(guān)此類事故的數(shù)據(jù)需要單獨(dú)建立數(shù)據(jù)表存儲。根據(jù)應(yīng)急響應(yīng)需求其字段設(shè)計(jì)如表1所示。

3.2 空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織

高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策支持系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能就是為調(diào)度員調(diào)度救援資源提供決策支持，該功能是GIS軟件通過空間數(shù)據(jù)庫引擎訪問空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，經(jīng)空間分析而實(shí)現(xiàn)的。

隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲成為現(xiàn)實(shí)。一般來說，空間數(shù)據(jù)庫引擎的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：一種是GIS軟件商在傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫之上進(jìn)行擴(kuò)展，添加空間數(shù)據(jù)引擎，從而獲得常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能之外的空間數(shù)據(jù)存儲能力，例如ESRI的ArcSDE，另一種方法是直接對常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展，加入一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)存儲和管理功能，例如Oracle Spatial。在本軟件數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建中。本文采用了ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎對高速公路空間數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫和管理操作。

作者通過對高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策支持系統(tǒng)軟件的模擬開發(fā)，對于相關(guān)空間數(shù)據(jù)采用分層的思想存放。結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用需求，以1∶25萬江蘇省地圖為底圖，選取行政區(qū)劃層、城鎮(zhèn)區(qū)劃層、河流層、鐵路層、標(biāo)注層組成背景圖層入庫；對于1∶2 000高速公路電子地圖，依照功能需要，利用ArcGIS桌面軟件ArcInfo對電子地圖進(jìn)行二次開發(fā)，添加高速公路應(yīng)急響應(yīng)相關(guān)空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)，分為高速公路、里程樁、百米樁、收費(fèi)站、立交、互通、服務(wù)區(qū)、停車場、救援點(diǎn)、消防隊(duì)、醫(yī)院等圖層。

表1 交通應(yīng)急事件屬性表

首先對于高速公路網(wǎng)圖層，由于高速公路不同于一般公路，由匝道、主線、互通立交等構(gòu)成，上下行方向分離。不同路段屬性不同，因此在對高速公路網(wǎng)圖層進(jìn)行二次開發(fā)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將高速公路路段屬性數(shù)據(jù)整理入庫，如表2所示 。

表2 高速公路路段屬性表

參與高速公路應(yīng)急響應(yīng)的巡邏、清障車輛等救援資源在無任務(wù)時(shí)停放在救援點(diǎn)內(nèi)的。救援點(diǎn)分布在匝道入口附近，或高速公路主線沿線。車輛的類型、數(shù)量作為這些設(shè)施的屬性數(shù)據(jù)加入關(guān)系數(shù)據(jù)庫，高速公路管理部門往往不配備救護(hù)車、消防車等救援車輛，需要時(shí)從附近城鎮(zhèn)的醫(yī)院或消防隊(duì)調(diào)遣，在對高速公路圖層進(jìn)行二次開發(fā)時(shí)應(yīng)添加連接到城鎮(zhèn)救援設(shè)施的鄰接道路。這些工作是軟件實(shí)現(xiàn)空間分析功能的基礎(chǔ)。

利用ArcGIS提供的空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE對空間數(shù)據(jù)的組織和存儲包括柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)。在ArcSDE中，柵格數(shù)據(jù)存儲為Oracle的諸關(guān)系表，而矢量數(shù)據(jù)作為Shape存儲。一個(gè)Shape可以是一個(gè)點(diǎn)、一條線、或者一個(gè)平面，一個(gè)Shape就是地圖上的一個(gè)對象，每個(gè)Shape都有獨(dú)立的屬性。結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫子庫構(gòu)建實(shí)例，以及ArcSDE對空間數(shù)據(jù)的組織形式，說明該方式在構(gòu)建高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)庫子庫中具有較高的實(shí)用性。

LARYERS表中數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)和關(guān)系如圖2所示，LARYERS表中的TABLENAME字段存儲的是那些包含空間數(shù)據(jù)列的表的名稱，在TABLENAME字段下有一個(gè)名為RESCUESITE的BussinesTable(業(yè)務(wù)表)，SPATIAL_COLUMN字段中的數(shù)據(jù)指明了業(yè)務(wù)表中空間數(shù)據(jù)列的字段名，在此列中該字段名為SHAPE，現(xiàn)在以RESCUESITE業(yè)務(wù)表為例詳細(xì)說明若干數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系。RESCUESITE表也就是存儲排障部門信息的圖層。在LAYERS表中與RESCUESITE相對應(yīng)的LAYER_ID是12。所以RESCUESITE表對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)及其索引一定存放在F12和S12這兩個(gè)表中。其中，F(xiàn)12是空間數(shù)據(jù)表，S12是索引表。在RESCUESITE這張表業(yè)務(wù)表中。SHAPE是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的NUMBER類型的字段。它只是起到一個(gè)索引功能，即通過SHAPE中的數(shù)據(jù)就能由F表和FID字段找到與其對應(yīng)的行，另外，F(xiàn)表中的POINT字段是一個(gè)LONGROW類型的字段，其中存放著空間對象所有坐標(biāo)值序列的二進(jìn)制編碼。

圖2 ArcSDE數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)及關(guān)系

BUSINESSTABLE還存儲了其他屬性列，仍然以RESCUESITE這張業(yè)務(wù)表為例，在屬性列中設(shè)置如下字段：清障部門名稱、面積、員工數(shù)、各型清障車數(shù)、設(shè)置位置、樁號等。同樣的方法，對高速公路應(yīng)急響應(yīng)的其他相關(guān)部門及資源入庫，如消防隊(duì)、醫(yī)院等，及其配備的救援車輛等資源。用ArcGIS軟件進(jìn)行電子地圖二次開發(fā)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫功能，如圖3所示。

圖3 電子地圖二次開發(fā)

3.3 預(yù)案庫的數(shù)據(jù)組織

應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫是總結(jié)以往高速公路應(yīng)急指揮管理經(jīng)驗(yàn)，以數(shù)據(jù)庫的形式儲存在服務(wù)器端，在發(fā)生應(yīng)急事件時(shí)供調(diào)度員參考的數(shù)字化知識和經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)使用中又可以不斷豐富完善。根據(jù)高速公路不同事件應(yīng)急程度和處置方式不同，為了便于數(shù)據(jù)組織管理和檢索調(diào)閱。本文將該系統(tǒng)的預(yù)案庫分為一般事件處置預(yù)案、交通事故處置預(yù)案、危險(xiǎn)品處置預(yù)案3個(gè)部分，分別建表管理。

一般事件處置預(yù)案主要包括：高速公路路段施工時(shí)的管制措施，交通擁堵時(shí)的調(diào)節(jié)疏導(dǎo)措施，以及對闖卡逃費(fèi)、倒卡換卡、車輛拋錨等事件的處理措施。

交通事故處置預(yù)案是針對不同情況下不同等級的碰撞 、追尾、有車輛翻覆、起火或人員傷亡的交通事故的營救清理提供的參考預(yù)案。

危險(xiǎn)品有易燃易爆、有毒等不同屬性種類，其針對不同危險(xiǎn)品的處置方式有很大差異。當(dāng)有危險(xiǎn)品事故發(fā)生時(shí)，調(diào)度員應(yīng)及時(shí)調(diào)閱危險(xiǎn)品預(yù)案，并告知各參與救援部門。并且需要救援人員嚴(yán)格遵守。

在此以危險(xiǎn)品預(yù)案數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行簡要介紹，見表3。

表3 危險(xiǎn)品預(yù)案數(shù)據(jù)表

4 決策支持系統(tǒng)UI

為提升高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策工作效率，提高自動(dòng)化水平，需要友好的用戶界面(UI)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與管理人員之間的交互。本文基于VS2013編程軟件，搭建windows UI界面，實(shí)現(xiàn)了人工對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存取調(diào)用，統(tǒng)計(jì)查詢事件等管理功能，見圖4。

圖4 用戶界面(UI)

5 結(jié)束語

數(shù)據(jù)庫是高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策支持系統(tǒng)的信息支持平臺，構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫，是系統(tǒng)各項(xiàng)管理和決策功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。本文結(jié)合應(yīng)用需求，采用ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎與關(guān)系數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，是高速公路應(yīng)急響應(yīng)決策支持系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)工作。本文所述方法對于其他基于GIS的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織具有參考意義。