基于WebGIS的應急交通管理系統設計與實現

李月明，鄭貴省,車亞輝，王 元，王 鵬

(1.軍事交通學院 研究生管理大隊，天津 300161； 2.軍事交通學院 基礎部，天津 300161)

?

● 基礎科學與技術 Basic Science & Technology

基于WebGIS的應急交通管理系統設計與實現

李月明1，鄭貴省2,車亞輝1，王 元1，王 鵬1

(1.軍事交通學院 研究生管理大隊，天津 300161； 2.軍事交通學院 基礎部，天津 300161)

針對應急交通管理數據海量、結構繁雜、信息瞬時性突出的問題，基于ArcGIS API for Flex和RIA(rich internet application)技術提出了設計及開發基于WebGIS的應急交通管理系統，對該系統的功能進行了說明，對地圖匹配及保障設施信息的獲取和展示等關鍵技術進行了分析，并初步設計實現了該系統的界面和功能。結果表明，該系統能夠滿足設計要求。

應急交通；管理系統；系統設計

近年來，我國各類突發事件顯著增多，據資料顯示，因意外突發事故每年造成約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損失[1]。因此，及時有效地應急處理突發事故成為當前一個非常重要的課題。

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

我國首次把交通應急疏散研究作為重點項目是在“十一五”科技攻關計劃中，并且把應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“突發公共事故應急平臺項目”，要求面臨突發事故時能夠結合對事故的發展過程的預測和應急救援的方案路線，確定事故現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基礎上的服務于GIS的解決方案，用戶可以使用ArcGIS Server在企業內部網或整個互聯網范圍內共享GIS資源[5]。它將GIS技術和Web技術結合在一起，可以實現發布地圖及相關的編輯和分析功能。ArcGIS Server還有一些擴展模塊，通過這些模塊可以實現相關的專業分析[6]。ArcGIS API for Flex (簡稱 Flex API) 是一套強大的開發框架，利用它能夠在ArcGIS Server上開發豐富的互聯網應用程序。富互聯網應用(rich internet application, RIA)充分利用了客戶端和服務器端的優勢，通過結合網絡應用程序和桌面應用程序的優點提供了豐富的客戶端體驗。

本文基于WebGIS的應急方法，研究應急交通管理系統。主要目的在于應對突發事件時，能夠為交通指揮中心依托系統提供快速反應、制訂合理方案、進行聯動指揮、做出科學決策的能力，聯合不同部門、不同區域、不同行業進行統一救援行動。該應急決策系統可適用于應對各類突發事件和緊急求助，可為應急救援指揮中心提供信息查詢、預案生成、人員疏散、中心指揮等功能。

1 總體設計

系統采用ArcGIS Server 10.2作為基礎圖層的發布平臺，集成開發環境為FlashBuilder 4.6，開發語言為 MXML、ActionScript 3.0，系統服務器采用Oracle數據庫。

1.1 系統需求分析

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

(2)應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據庫，能夠把各類應急單位信息匯集起來，通過對消防、醫療、救援單位，以及物資集散地、交通樞紐(車站、港口、機場等)等應急資源信息的查詢和分析，科學、合理分配和利用應急資源，有利于提高應急行動的效率。

1.2 應用框架結構層次

應用框架主要分為4個層次(如圖1所示)。

圖1 系統框架結構層次

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

(2)服務支持層。此層規定了一些服務規范要求，是整個應急交通管理系統開發的支撐環境。

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

(4)業務層。此層是應急交通管理系統服務的業務層面，提供了領域通用層比如信息發布、信息采集等服務。

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次調整后的正確位置，q2j+1為第j次調整后的正確位置，q2n+1為終止狀態。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的調整值。δ函數如下[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的同一側時，算法會失敗，但是依據目前的電子地圖數據和定位精度，本算法是非常有效和實用的，特別是在數據量比較大的情況下，該算法的時間復雜性有明顯的優勢。通過FLEX程序模擬驗證的實驗結果如圖5所示。

圖4 算法流程

圖5 Flex程序模擬驗證結果

1.4 系統功能概述

按照功能可分為下面幾個模塊：系統主界面、地圖編輯器、路網分析層、模擬演練模塊、預案生成模塊、災難分析模塊、信息存儲管理模塊。系統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用其他模塊，實現應急交通管理相關功能。

圖6 各功能模塊交互圖

2 系統各功能模塊設計

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

2.1 主界面模塊

系統的主界面(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接入口，可以導入新地圖、查詢以往應急方案、翻看事故信息記載等。圖層編輯可以實現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數據的統一處理和數據維護。GIS地圖可以對災害進行模擬，對災害區域進行顏色標記，使用戶非常直觀地了解事故災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 路網分析模塊

路網分析模塊是整個功能模塊的支持模塊，GIS平臺上的路網，通過地圖編輯器模塊獲取地理數據信息，構建基礎平臺，為預案生成模塊、仿真模塊、災難分析模塊等提供基礎支撐。

2.4 模擬演練模塊

該模塊以路網分析模塊為基礎，結合具體的應急實施方案進行模擬演練，演練過程在界面上以動態形式進行展示。該模塊會統計演練中的疏散時間、疏散人流密度、車流量的變化等，為預案生成提供服務。

2.5 預案生成模塊

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

2.6 災難分析模塊

事故、災難是應急的原因也是應急的目標，突發的災難給社會財產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急的目的。該模塊功能是對各類事故災難進行分析，提取數據，建立災難模型，通過可視化界面直接形象地展示各類災難。

2.7 信息存儲管理模塊

該模塊主要是對交通數據的收集、存儲及管理，收集的數據包括以往交通數據庫的歷史數據和當前交通系統收集的實時數據。數據內容除了交通標志、交通指揮調度、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、醫療部門等應急救援的相關部門的具體信息，比如相關位置、相關聯系人員、相關聯系方式等數據。一旦有突發事故，這些數據就能夠給應急指揮中心提供決策和指揮輔助功能。

3 結 語

本文基于ArcGIS Server和ArcGIS API for Flex 技術，對基于Flex的WebGIS 應急管理系統框架作了相應技術研究，實現了基于WebGIS的交通應急管理系統的一些基本功能，并對服務作了系統和功能結構上的基本設計，為實現應急交通管理科學化、救援和指揮過程精確化、保障環境可視化、組織指揮網絡化提供參考。地圖匹配功能作為整個應急交通管理平臺的關鍵技術部分，本文對此作了一定研究，使得技術更加易于使用。該系統設計中的部分相關服務功能和針對性還有許多待完善的地方。

[1] 王富.城市事故災難道路交通應急組織理論與方法研究[D].武漢：華中科技大學,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.交通應急模型及其算法研究[D].杭州:浙江大學,2009:9.

[4] 宋衛國,于彥飛,范維澄,等.一種考慮摩擦與排斥的人員疏散元胞自動機模型[J].中國科學:E輯,2005,35(7):725-736.

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

[6] 賈慶雷,萬慶,邢超.ArcGIS Server開發指南:基于Flex和.NET[M].北京:科學出版社,2011:8-9.

[7] 鄒珍.基于GPS的浮動車數據與實地圖匹配的算法研究[D].武漢：武漢理工大學,2013:25.

[8] 周培德.計算幾何:算法設計與分析[M].北京:清華大學出版社,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，碩士研究生導師．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.03.019

U179

A

1674-2192(2016)03- 0085- 05