基于ArcGIS的道路危險貨物運輸應急救援系統(tǒng)

李金檑，胡月琦，張?zhí)礻?/p>

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

基于ArcGIS的道路危險貨物運輸應急救援系統(tǒng)

李金檑，胡月琦，張?zhí)礻?/p>

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

為了提高應急救援效率，保證交通運輸安全性，文章針對道路危險貨物運輸應急救援問題，建立了基于ArcGIS的道路危險貨物運輸應急救援系統(tǒng)，以Visual Studio 2010 為開發(fā)平臺，SQL為數(shù)據庫，整合構建了危險貨物運輸企業(yè)的信息地圖。結合C語言對ArcGIS進行二次開發(fā)，并建立了包含地理坐標和企業(yè)位置的應急管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠多方面顯示道路危險貨物運輸事故的關鍵信息。最后，以貴州省為例，運用此系統(tǒng)，直觀地對危險貨物運輸進行直接管理，并整合救援資源，尋找救援最優(yōu)路徑，為救援隊伍提供決策策略。

危險貨物；管理系統(tǒng)；ArcGIS

CLC NO.:U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-194-04

引言

隨著我國公路網絡建設的高速發(fā)展，面對海量的高速公路信息以及復雜的高速公路網，危險貨物道路運輸占到危險貨物運輸總量的80%以上[1-2]，傳統(tǒng)簡單的高速公路救援管理模式已經不能滿足當前的需求。傳統(tǒng)的救援模式效率低下，浪費大量資源[3]。因此，建立一個能夠以直觀的圖形方式反映高速公路網絡狀況，并在安全事故發(fā)生后進行對救援資源合理調度和救援路徑合理規(guī)劃的應急救援系統(tǒng)已成為當前道路危險貨物運輸事故應急管理發(fā)展的趨勢。

近年來，歐美國家開發(fā)的交通緊急救援決策支持系統(tǒng)應用廣泛，如德國的緊急救援系統(tǒng)（ADAC）是目前交通緊急救援體系最佳的證明。根據ADAC的統(tǒng)計數(shù)據，在8分鐘內，ADAC的空中救援直升機到達事件發(fā)生地點進行急救，已經挽回了上萬人的生命[4-6]。我國的道路危險貨物運輸事故緊急救援工作剛剛起步，在管理體系、救援隊伍和裝備水平等方面并不完善，有關緊急救援決策與管理等技術的研究將是未來發(fā)展的方向[7-8]。因此，本文針對道路危險貨物運輸事故應急救援的需求，在相關GIS理論的基礎上，研究并開發(fā)出基于ArcGIS的道路危險貨物運輸應急救援系統(tǒng)，對于應急救援研究與系統(tǒng)開發(fā)具有理論意義和應用價值。

1 系統(tǒng)設計

1.1 GIS

1.1.1 ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是一個用于創(chuàng)建客戶化GIS桌面應用程序的開發(fā)組件包，提供了COM、NET和C++的應用程序編程接口。這些編程接口不僅包括了詳細的文檔，還包括一系列高層次的組件，為GIS或者非GIS用戶提供客戶化的自定制應用程序，或在其他應用程序中嵌入GIS功能。

1.1.2 地理數(shù)據庫

地理數(shù)據庫（Geodatabase）是一種面向對象的空間數(shù)據模型，對于地理空間特征的表達更接近我們對現(xiàn)實的認識。地理數(shù)據庫在一個公共模型框架下，對GIS處理和表達的空間特征，如矢量、柵格、不規(guī)則格網（TIN）、網絡等進行統(tǒng)一描述和存儲。本文通過文件地理數(shù)據庫與個人地理數(shù)據庫構建網絡數(shù)據集來完成最短路徑的計算以及救援資源服務范圍的計算。

1.2 系統(tǒng)設計架構

目前應急救援系統(tǒng)的結構模式主要有C/S（客戶端/服務器）和B/S（瀏覽器/服務器）兩種結構。高速公路道路網絡的數(shù)據量大且處理復雜，面向的是相對固定的用戶群而不是一般用戶，同時要求對信息的控制能力強、數(shù)據的安全性能高。本文采用C/S模式，主要包括：基礎數(shù)據層、系統(tǒng)決策層和應用層三層結構，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設計架構

1.3 數(shù)據庫設計

1.3.1 道路網絡數(shù)據庫

采用文件地理數(shù)據庫存儲路網信息。要素按照不同類型與不同道路等級劃分為不同圖層，所有交通地理要素在地理數(shù)據庫中用點、線、面來進行表示，其中國道、省道、高速公路、縣道抽象為具有地理意義的線狀地物，省會、市、縣、危險貨物運輸企業(yè)、事故發(fā)生點、救援障礙點、救援資源點等抽象為點狀地物。

國道、省道、高速公路、縣道、省會、市、縣、危險貨物運輸企業(yè)與救援資源點為固定已知的，而事故發(fā)生點、救援障礙點是事故發(fā)生后錄入數(shù)據庫后進行分析而預留的要素。

1.3.2 企業(yè)信息數(shù)據庫

使用SQL server2008構建企業(yè)信息數(shù)據庫，數(shù)據組織格式如下：

表1 數(shù)據字段類型表

1.4 功能設計

為了構建道路危險貨物運輸應急救援系統(tǒng)，共設計三個主要的功能模塊，分為企業(yè)信息模塊，應急管理模塊和輔助救援模塊。

1.4.1 企業(yè)信息模塊

通過Visual Studio 2010集成SQL server 2008數(shù)據庫，實現(xiàn)對企業(yè)信息的遠程同步處理，包括瀏覽、查詢、添加、刪除等。執(zhí)行SQL語句查詢，并同步顯示在電子地圖中。根據企業(yè)危險貨物運輸車輛的種類數(shù)量，有針對性地布置救援資源及救援設備。

1.4.2 應急救援模塊

地圖操作：包含地圖操作的基本功能，實現(xiàn)地圖數(shù)據的添加、全圖顯示、放大與縮小、地圖的屬性查詢、地圖比例尺等功能。

救援資源服務范圍：以救援資源點為圓心，以30公里為半徑作圓形成單個救援資源服務范圍，用全部救援資源點的服務范圍與道路網進行線面相交，可獲得整個道路網絡救援資源的服務范圍。對于未覆蓋的道路網絡，是事故發(fā)生后實施救援的難點路段。這為管理人員提供依據，一方面可重點對難點路段進行救援預案計劃；另一方面，可以規(guī)劃在合適的地點新建救援資源點，保證救援隊伍第一時間到達事故發(fā)生地點，降低損失。

最優(yōu)路徑查詢：通過事故發(fā)生時的地理位置信息，錄入救援系統(tǒng)，設置為事故點。在道路施工、擁堵或損害而難以通行時，在此道路處設置救援障礙點，系統(tǒng)可以在復雜的道路網絡中精確獲得最優(yōu)路徑，使得救援隊伍第一時間趕到事故發(fā)生地點，降低損失且預防二次事故的發(fā)生。

1.4.3 輔助救援模塊

危險貨物運輸事故發(fā)生后，根據現(xiàn)場反饋的危險貨物種類的相關信息，顯示對不同危險貨物種類處理的不同措施及注意事項，防止救援過程中二次事故的發(fā)生，保障救援安全。

2 實例應用

本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境采用Microsoft Visual Studio 2010，開發(fā)語言采用C#/C，運行平臺為ArcGIS Engine10.0系列的GIS產品，數(shù)據庫采用SQL Server 2008，用于實現(xiàn)救援系統(tǒng)的各項功能。在上述功能的指導下，以貴州省道路危險貨物運輸救援管理為對象，開發(fā)了危險貨物運輸應急救援系統(tǒng)。

系統(tǒng)的主界面左上為功能欄，通過點擊實現(xiàn)不同的功能。左側為TOC控制面板，顯示圖層信息，主窗口中為地圖顯示框，包含空間分析和地圖相關操作，如圖2所示。

圖2 貴州省危險貨物運輸應急救援系統(tǒng)

2.1 道路網絡的構建

圖3 貴州省道路交通運輸網絡

應急救援系統(tǒng)包含了貴州省9911段國道、14517段高速公路、15475段省級公路、21569段縣級公路和182個救援資源點，從而構建成貴州省道路交通運輸網絡，見圖3。

2.2 企業(yè)信息模塊

應急救援系統(tǒng)包含貴州省62家危險貨物運輸企業(yè)，使用SQL Server 2008構建企業(yè)信息數(shù)據庫，通過Visual Studio 2010后臺調用，可實現(xiàn)遠程數(shù)據同步以及添加、刪除、查詢、修改等功能，如圖4。

圖4 危險貨物運輸企業(yè)

2.3 SQL查詢

SQL查詢即使用SQL語句進行查詢，選擇危貨企業(yè)圖層，雙擊“壓罐”，編輯語句“壓罐”》=6，此時獲得完整語句“SELECT*FROM為或企業(yè)WHERE:‘壓罐’》=6”，點擊確定，即可在表格及地圖中查看篩選后的信息，如圖5。

圖5 SQL查詢“壓罐”示例

2.4 最優(yōu)路徑查詢

圖6 最優(yōu)路徑查詢

事故發(fā)生后，獲得事故地理位置信息，添加事故點，通過道路通行狀態(tài)設置障礙點，以距離最短為判別條件，獲得救援最優(yōu)路徑。圖中紅旗右下角配有綠色十字的為事故點或救援點，紅旗右下角配有紅色叉的為障礙點，藍色曲線為最短路徑，如圖6。

2.5 救援資源服務范圍分析

查看貴州省道路網絡全部救援資源點的30KM的服務范圍及路段，操作如下：首先加載道路網絡“NetWorkLoad1_ ND”，選擇類型為“長度”，搜索條件輸入“30000”即30KM，勾選為“顯示路徑”，點擊解決，結果如圖7所示，地圖中綠色點表示救援資源點，綠色線條為救援資源點30KM內到達的路段，灰色的線條代表未在服務范圍內的路段。

圖7 救援資源服務范圍

2.6 輔助救援

救援管理系統(tǒng)包括對救援人員、救援裝備與救援處理措施的管理，通過危險貨物運輸事故中危險品種類及運輸車輛種類，為救援人員提供一定的建議，包括現(xiàn)場處理措施、處理過程中的注意事項以及救援設備的配備，如圖8。

圖8 輔助救援

3 結論

目前，使用ArcGIS進行地理與地圖的結合進行系統(tǒng)設計是發(fā)展的主要方向之一。本文構建了一個基于ArcGIS的危險貨物運輸救援管理系統(tǒng)。其中包括對事故前的救援資源合理管理規(guī)劃、事故后救援路徑優(yōu)化管理以及對救援人員的管理。實踐證明，該系統(tǒng)具有一定的理論意義和應用價值。

[1] 虞明遠,李世武,解曉玲,等. 道路危險貨物運輸監(jiān)管過程分析及對策研究[J]. 公路交通科技,2010,27（8）：155-158.

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[3] 李湖生. 國內外應急準備規(guī)劃體系比較研究[J]. 中國安全生產科學技術,2011,10:5-10.

[4] Kennedy, M., & Kennedy. Introducing Geographic Information Systems with ArcGIS [M]. Wiley,2009.

[5] Roberts, J. J., Best, B. D., Dunn, D. C., Treml, E. A., Halpin, P. N. Marine geospatial ecology tools: an integrated framework for ecological geoprocessing with arcgis, python, r, matlab, and c++[J].Environmental Modelling & Software,2010, 25(10), 1197–1207.

[6] Bearman, N., & Fisher, P. F.. Using sound to represent spatial data in arcgis[J]. Computers & Geosciences, 2012, 46(3), 157–163.

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[8] 趙建有,劉大學,孫偉. 道路危險貨物運輸管理信息系統(tǒng)框架設計[J].長安大學學報（自然科學版）,2008（02）.

Research on emergency management system for hazardous materials transportation based on ArcGIS

Li Jinlei, Hu Yueqi, Zhang Tianhao
( School of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

In order to improve the efficiency of emergency rescue and transportation safety, an emergency management system for dangerous goods transportation was established based on ArcGIS. Information map of dangerous goods transportation enterprises were established by using ArcGIS while Visual Studio 2010 and SQL Server were separately adopted as the development platform and database. Besides, combining ArcGIS Engine with the C# language for secondary development, emergency management system including both geographical coordinates and enterprises location was built. This system could present the key information of enterprises from multiple perspectives. Finally, a case analysis was conducted based on the data of Guizhou province. The dangerous goods transportation can be directly managed in intuitive way, so as to integrate emergency resource and find the optimal path, finally provide decision making strategies for rescuing.

hazardous materials; management system; ArcGIS

U463.6

A

1671-7988 (2017)15-194-04

李金檑，就讀于長安大學汽車學院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.071