基于WebGIS的应急交通管理系统设计与实现

李月明，郑贵省,车亚辉，王 元，王 鹏

(1.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161； 2.军事交通学院 基础部，天津 300161)



● 基础科学与技术 Basic Science & Technology

基于WebGIS的应急交通管理系统设计与实现

李月明1，郑贵省2,车亚辉1，王 元1，王 鹏1

(1.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161； 2.军事交通学院 基础部，天津 300161)

针对应急交通管理数据海量、结构繁杂、信息瞬时性突出的问题，基于ArcGIS API for Flex和RIA(rich internet application)技术提出了设计及开发基于WebGIS的应急交通管理系统，对该系统的功能进行了说明，对地图匹配及保障设施信息的获取和展示等关键技术进行了分析，并初步设计实现了该系统的界面和功能。结果表明，该系统能够满足设计要求。

应急交通；管理系统；系统设计

近年来，我国各类突发事件显著增多，据资料显示，因意外突发事故每年造成约20万人失去生命，约200万人不同程度伤残，给国家和人民带来巨大的生命和财产损失[1]。因此，及时有效地应急处理突发事故成为当前一个非常重要的课题。

早在1982年，美国就开发了用于核电站应急管理的决策支持系统TEDSS[2]。1998年，美国能源部的实验室和丹尼尔交通咨询公司联合开发了第一款模拟交通运行的计算机仿真软件OREMS来帮助应急疏散管理[3]。

我国首次把交通应急疏散研究作为重点项目是在“十一五”科技攻关计划中，并且把应急疏散的深入研究包含其中[1]。2005年，范维澄院士团队启动的“突发公共事故应急平台项目”，要求面临突发事故时能够结合对事故的发展过程的预测和应急救援的方案路线，确定事故现场人员的安全撤离策略，最大限度地减少人员伤亡[4]。

ArcGIS Server是建立在Web基础上的服务于GIS的解决方案，用户可以使用ArcGIS Server在企业内部网或整个互联网范围内共享GIS资源[5]。它将GIS技术和Web技术结合在一起，可以实现发布地图及相关的编辑和分析功能。ArcGIS Server还有一些扩展模块，通过这些模块可以实现相关的专业分析[6]。ArcGIS API for Flex (简称 Flex API) 是一套强大的开发框架，利用它能够在ArcGIS Server上开发丰富的互联网应用程序。富互联网应用(rich internet application, RIA)充分利用了客户端和服务器端的优势，通过结合网络应用程序和桌面应用程序的优点提供了丰富的客户端体验。

本文基于WebGIS的应急方法，研究应急交通管理系统。主要目的在于应对突发事件时，能够为交通指挥中心依托系统提供快速反应、制订合理方案、进行联动指挥、做出科学决策的能力，联合不同部门、不同区域、不同行业进行统一救援行动。该应急决策系统可适用于应对各类突发事件和紧急求助，可为应急救援指挥中心提供信息查询、预案生成、人员疏散、中心指挥等功能。

1 总体设计

系统采用ArcGIS Server 10.2作为基础图层的发布平台，集成开发环境为FlashBuilder 4.6，开发语言为 MXML、ActionScript 3.0，系统服务器采用Oracle数据库。

1.1 系统需求分析

(1)应急力量协调安排与指挥控制。面对各种突发事故，对应急交通管理在抢险救灾中的要求：首先，要突出及时性，尽可能减小应急行动时间，争取第一时间到达事故现场，所以能够找到一条最优最快的路线，才能快速到达事故现场；其次，要考虑应急路线的交通负荷能力，对应急路线进行科学规划，避免造成交通堵塞，在WebGIS地图上进行整体控制，对路线进行导航和协调安排，实现应急行动的快速反应和及时到位。

(2)应急交通地理空间信息资源查询分析。具备丰富地理空间信息资源的数据库，能够把各类应急单位信息汇集起来，通过对消防、医疗、救援单位，以及物资集散地、交通枢纽(车站、港口、机场等)等应急资源信息的查询和分析，科学、合理分配和利用应急资源，有利于提高应急行动的效率。

1.2 应用框架结构层次

应用框架主要分为4个层次(如图1所示)。

图1 系统框架结构层次

(1)基础层。此层在整个系统中是最基本的层面，是整个应用功能的支持层面，基本的一些硬件设备、必要的操作系统以及编程语言都属于这一层面。

(2)服务支持层。此层规定了一些服务规范要求，是整个应急交通管理系统开发的支撑环境。

(3)共性服务层。此层提供了一些共用功能部件服务于上层的要求。满足下层需求的一些基础部件也在此层，例如消息、事务、工作流、电子表单等。

(4)业务层。此层是应急交通管理系统服务的业务层面，提供了领域通用层比如信息发布、信息采集等服务。

1.3 地图匹配问题

解决地图匹配的一种校正方法，是利用相应的算法对点的测量位置和实际位置之间的误差进行校正。该方法的核心是所采用的算法[7]。车辆从初始位置开始，通过一系列的位置调整，直至到达最终的正确位置，其过程可用下述自动机来描述(如图2所示)。

图2 地图匹配自动机

图中，q1为没有误差的初始位置，q2i为测得带有正误差的第i次位置，q'2j为测得带有负误差的第j次位置，q2i+1为第i次调整后的正确位置，q2j+1为第j次调整后的正确位置，q2n+1为终止状态。输入字母表中的ai、bj分别为第i、j次具有正、负误差的测量值，a'i、a'j分别为对ai、bj的调整值。δ函数如下[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

本文在比较多种算法后拟采用基于计算几何的地图匹配算法(如图3所示)。算法流程如图4所示。

图3 算法示意

该算法中，当测量点全部位于l的同一侧时，算法会失败，但是依据目前的电子地图数据和定位精度，本算法是非常有效和实用的，特别是在数据量比较大的情况下，该算法的时间复杂性有明显的优势。通过FLEX程序模拟验证的实验结果如图5所示。

图4 算法流程

图5 Flex程序模拟验证结果

1.4 系统功能概述

按照功能可分为下面几个模块：系统主界面、地图编辑器、路网分析层、模拟演练模块、预案生成模块、灾难分析模块、信息存储管理模块。系统的核心功能模块交互图如图6所示。各模块之间通过Web service 交互作用，用户通过主界面和地图编辑器调用其他模块，实现应急交通管理相关功能。

图6 各功能模块交互图

2 系统各功能模块设计

本系统基是于WebGIS的应急交通系统,除了提供模拟演练、预案生成、灾难分析等功能模块外，还为应急救援指挥提供辅助决策，包括信息查询、预案生成、人员疏散、中心指挥等功能。

2.1 主界面模块

系统的主界面(如图7所示)布局包含菜单、视图等栏。提供人机互动、视频接入、导航、图层编辑、资源分配及查询、鹰眼窗口等功能。主界面是用作用户的系统接入口，可以导入新地图、查询以往应急方案、翻看事故信息记载等。图层编辑可以实现对地图上一系列资源信息的编辑；资源管理器对地图上的信息进行查询、修改、编辑，比如重要通道、疏散路径、避难场地等；鹰眼显示出当前位置在大地图上的位置。

图7 主界面截图

2.2 地图编辑器

地图编辑模块基于GIS平台，提供给用户和系统交互，使用户通过界面操作地图，提供空间位置显示、地点定位、路径分析以及对GIS数据的统一处理和数据维护。GIS地图可以对灾害进行模拟，对灾害区域进行颜色标记，使用户非常直观地了解事故灾害的空间位置分布情况。GIS地图可以对图层进行平移、局部放大、整体缩小等操作，以及地图比例尺的显示，点击图层元素，还可以显示对象的具体信息。

2.3 路网分析模块

路网分析模块是整个功能模块的支持模块，GIS平台上的路网，通过地图编辑器模块获取地理数据信息，构建基础平台，为预案生成模块、仿真模块、灾难分析模块等提供基础支撑。

2.4 模拟演练模块

该模块以路网分析模块为基础，结合具体的应急实施方案进行模拟演练，演练过程在界面上以动态形式进行展示。该模块会统计演练中的疏散时间、疏散人流密度、车流量的变化等，为预案生成提供服务。

2.5 预案生成模块

该模块的主要功能是结合GIS系统获取的地图信息、实时交通路况以及路径算法进行模拟可视化、可操作的交通应急预案。预案主要有3种：应急场所紧急疏散预案、应急事故紧急救援预案、应急中心指挥部署预案。

2.6 灾难分析模块

事故、灾难是应急的原因也是应急的目标，突发的灾难给社会财产和人民生命带来的巨大危害能够及时地控制在最小程度是应急的目的。该模块功能是对各类事故灾难进行分析，提取数据，建立灾难模型，通过可视化界面直接形象地展示各类灾难。

2.7 信息存储管理模块

该模块主要是对交通数据的收集、存储及管理，收集的数据包括以往交通数据库的历史数据和当前交通系统收集的实时数据。数据内容除了交通标志、交通指挥调度、红绿灯、交通电台等交通控制信息外，还涉及了城市管理、消防部门、医疗部门等应急救援的相关部门的具体信息，比如相关位置、相关联系人员、相关联系方式等数据。一旦有突发事故，这些数据就能够给应急指挥中心提供决策和指挥辅助功能。

3 结 语

本文基于ArcGIS Server和ArcGIS API for Flex 技术，对基于Flex的WebGIS 应急管理系统框架作了相应技术研究，实现了基于WebGIS的交通应急管理系统的一些基本功能，并对服务作了系统和功能结构上的基本设计，为实现应急交通管理科学化、救援和指挥过程精确化、保障环境可视化、组织指挥网络化提供参考。地图匹配功能作为整个应急交通管理平台的关键技术部分，本文对此作了一定研究，使得技术更加易于使用。该系统设计中的部分相关服务功能和针对性还有许多待完善的地方。

[1] 王富.城市事故灾难道路交通应急组织理论与方法研究[D].武汉：华中科技大学,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] 施炜.交通应急模型及其算法研究[D].杭州:浙江大学,2009:9.

[4] 宋卫国,于彦飞,范维澄,等.一种考虑摩擦与排斥的人员疏散元胞自动机模型[J].中国科学:E辑,2005,35(7):725-736.

[5] 张维,吴连喜.基于ArcGIS Flex API的城市路网管理系统的设计与实现[J].地理空间信息,2012,10(2):116-121.

[6] 贾庆雷,万庆,邢超.ArcGIS Server开发指南:基于Flex和.NET[M].北京:科学出版社,2011:8-9.

[7] 邹珍.基于GPS的浮动车数据与实地图匹配的算法研究[D].武汉：武汉理工大学,2013:25.

[8] 周培德.计算几何:算法设计与分析[M].北京:清华大学出版社,2011:257.

(编辑：张峰)

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． 作者简介： 李月明(1990—)，男，硕士研究生； 郑贵省(1975—)，男，博士，副教授，硕士研究生导师．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.03.019

U179

A

1674-2192(2016)03- 0085- 05