基于ArcGIS的道路危险货物运输应急救援系统

李金檑，胡月琦，张天昊

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

基于ArcGIS的道路危险货物运输应急救援系统

李金檑，胡月琦，张天昊

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

为了提高应急救援效率，保证交通运输安全性，文章针对道路危险货物运输应急救援问题，建立了基于ArcGIS的道路危险货物运输应急救援系统，以Visual Studio 2010 为开发平台，SQL为数据库，整合构建了危险货物运输企业的信息地图。结合C语言对ArcGIS进行二次开发，并建立了包含地理坐标和企业位置的应急管理系统，该系统能够多方面显示道路危险货物运输事故的关键信息。最后，以贵州省为例，运用此系统，直观地对危险货物运输进行直接管理，并整合救援资源，寻找救援最优路径，为救援队伍提供决策策略。

危险货物；管理系统；ArcGIS

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

引言

随着我国公路网络建设的高速发展，面对海量的高速公路信息以及复杂的高速公路网，危险货物道路运输占到危险货物运输总量的80%以上[1-2]，传统简单的高速公路救援管理模式已经不能满足当前的需求。传统的救援模式效率低下，浪费大量资源[3]。因此，建立一个能够以直观的图形方式反映高速公路网络状况，并在安全事故发生后进行对救援资源合理调度和救援路径合理规划的应急救援系统已成为当前道路危险货物运输事故应急管理发展的趋势。

近年来，欧美国家开发的交通紧急救援决策支持系统应用广泛，如德国的紧急救援系统（ADAC）是目前交通紧急救援体系最佳的证明。根据ADAC的统计数据，在8分钟内，ADAC的空中救援直升机到达事件发生地点进行急救，已经挽回了上万人的生命[4-6]。我国的道路危险货物运输事故紧急救援工作刚刚起步，在管理体系、救援队伍和装备水平等方面并不完善，有关紧急救援决策与管理等技术的研究将是未来发展的方向[7-8]。因此，本文针对道路危险货物运输事故应急救援的需求，在相关GIS理论的基础上，研究并开发出基于ArcGIS的道路危险货物运输应急救援系统，对于应急救援研究与系统开发具有理论意义和应用价值。

1 系统设计

1.1 GIS

1.1.1 ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是一个用于创建客户化GIS桌面应用程序的开发组件包，提供了COM、NET和C++的应用程序编程接口。这些编程接口不仅包括了详细的文档，还包括一系列高层次的组件，为GIS或者非GIS用户提供客户化的自定制应用程序，或在其他应用程序中嵌入GIS功能。

1.1.2 地理数据库

地理数据库（Geodatabase）是一种面向对象的空间数据模型，对于地理空间特征的表达更接近我们对现实的认识。地理数据库在一个公共模型框架下，对GIS处理和表达的空间特征，如矢量、栅格、不规则格网（TIN）、网络等进行统一描述和存储。本文通过文件地理数据库与个人地理数据库构建网络数据集来完成最短路径的计算以及救援资源服务范围的计算。

1.2 系统设计架构

目前应急救援系统的结构模式主要有C/S（客户端/服务器）和B/S（浏览器/服务器）两种结构。高速公路道路网络的数据量大且处理复杂，面向的是相对固定的用户群而不是一般用户，同时要求对信息的控制能力强、数据的安全性能高。本文采用C/S模式，主要包括：基础数据层、系统决策层和应用层三层结构，如图1所示。

图1 系统设计架构

1.3 数据库设计

1.3.1 道路网络数据库

采用文件地理数据库存储路网信息。要素按照不同类型与不同道路等级划分为不同图层，所有交通地理要素在地理数据库中用点、线、面来进行表示，其中国道、省道、高速公路、县道抽象为具有地理意义的线状地物，省会、市、县、危险货物运输企业、事故发生点、救援障碍点、救援资源点等抽象为点状地物。

国道、省道、高速公路、县道、省会、市、县、危险货物运输企业与救援资源点为固定已知的，而事故发生点、救援障碍点是事故发生后录入数据库后进行分析而预留的要素。

1.3.2 企业信息数据库

使用SQL server2008构建企业信息数据库，数据组织格式如下：

表1 数据字段类型表

1.4 功能设计

为了构建道路危险货物运输应急救援系统，共设计三个主要的功能模块，分为企业信息模块，应急管理模块和辅助救援模块。

1.4.1 企业信息模块

通过Visual Studio 2010集成SQL server 2008数据库，实现对企业信息的远程同步处理，包括浏览、查询、添加、删除等。执行SQL语句查询，并同步显示在电子地图中。根据企业危险货物运输车辆的种类数量，有针对性地布置救援资源及救援设备。

1.4.2 应急救援模块

地图操作：包含地图操作的基本功能，实现地图数据的添加、全图显示、放大与缩小、地图的属性查询、地图比例尺等功能。

救援资源服务范围：以救援资源点为圆心，以30公里为半径作圆形成单个救援资源服务范围，用全部救援资源点的服务范围与道路网进行线面相交，可获得整个道路网络救援资源的服务范围。对于未覆盖的道路网络，是事故发生后实施救援的难点路段。这为管理人员提供依据，一方面可重点对难点路段进行救援预案计划；另一方面，可以规划在合适的地点新建救援资源点，保证救援队伍第一时间到达事故发生地点，降低损失。

最优路径查询：通过事故发生时的地理位置信息，录入救援系统，设置为事故点。在道路施工、拥堵或损害而难以通行时，在此道路处设置救援障碍点，系统可以在复杂的道路网络中精确获得最优路径，使得救援队伍第一时间赶到事故发生地点，降低损失且预防二次事故的发生。

1.4.3 辅助救援模块

危险货物运输事故发生后，根据现场反馈的危险货物种类的相关信息，显示对不同危险货物种类处理的不同措施及注意事项，防止救援过程中二次事故的发生，保障救援安全。

2 实例应用

本系统的开发环境采用Microsoft Visual Studio 2010，开发语言采用C#/C，运行平台为ArcGIS Engine10.0系列的GIS产品，数据库采用SQL Server 2008，用于实现救援系统的各项功能。在上述功能的指导下，以贵州省道路危险货物运输救援管理为对象，开发了危险货物运输应急救援系统。

系统的主界面左上为功能栏，通过点击实现不同的功能。左侧为TOC控制面板，显示图层信息，主窗口中为地图显示框，包含空间分析和地图相关操作，如图2所示。

图2 贵州省危险货物运输应急救援系统

2.1 道路网络的构建

图3 贵州省道路交通运输网络

应急救援系统包含了贵州省9911段国道、14517段高速公路、15475段省级公路、21569段县级公路和182个救援资源点，从而构建成贵州省道路交通运输网络，见图3。

2.2 企业信息模块

应急救援系统包含贵州省62家危险货物运输企业，使用SQL Server 2008构建企业信息数据库，通过Visual Studio 2010后台调用，可实现远程数据同步以及添加、删除、查询、修改等功能，如图4。

图4 危险货物运输企业

2.3 SQL查询

SQL查询即使用SQL语句进行查询，选择危货企业图层，双击“压罐”，编辑语句“压罐”》=6，此时获得完整语句“SELECT*FROM为或企业WHERE:‘压罐’》=6”，点击确定，即可在表格及地图中查看筛选后的信息，如图5。

图5 SQL查询“压罐”示例

2.4 最优路径查询

图6 最优路径查询

事故发生后，获得事故地理位置信息，添加事故点，通过道路通行状态设置障碍点，以距离最短为判别条件，获得救援最优路径。图中红旗右下角配有绿色十字的为事故点或救援点，红旗右下角配有红色叉的为障碍点，蓝色曲线为最短路径，如图6。

2.5 救援资源服务范围分析

查看贵州省道路网络全部救援资源点的30KM的服务范围及路段，操作如下：首先加载道路网络“NetWorkLoad1_ ND”，选择类型为“长度”，搜索条件输入“30000”即30KM，勾选为“显示路径”，点击解决，结果如图7所示，地图中绿色点表示救援资源点，绿色线条为救援资源点30KM内到达的路段，灰色的线条代表未在服务范围内的路段。

图7 救援资源服务范围

2.6 辅助救援

救援管理系统包括对救援人员、救援装备与救援处理措施的管理，通过危险货物运输事故中危险品种类及运输车辆种类，为救援人员提供一定的建议，包括现场处理措施、处理过程中的注意事项以及救援设备的配备，如图8。

图8 辅助救援

3 结论

目前，使用ArcGIS进行地理与地图的结合进行系统设计是发展的主要方向之一。本文构建了一个基于ArcGIS的危险货物运输救援管理系统。其中包括对事故前的救援资源合理管理规划、事故后救援路径优化管理以及对救援人员的管理。实践证明，该系统具有一定的理论意义和应用价值。

[1] 虞明远,李世武,解晓玲,等. 道路危险货物运输监管过程分析及对策研究[J]. 公路交通科技,2010,27（8）：155-158.

[2] Yu Q,Jiang J C,Yu H H. Research on the emergency response system of major dangerous chemical accident on highway based on the GIS [C]. International Symposium on Safety science and Technology, Nanjing,2012:716-721.

[3] 李湖生. 国内外应急准备规划体系比较研究[J]. 中国安全生产科学技术,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.

[7] 马清源,王晨,陆键,等. 危险货物道路运输综合应急管理系统开发[J]. 安全与环境工程,2015:1671-1556.

[8] 赵建有,刘大学,孙伟. 道路危险货物运输管理信息系统框架设计[J].长安大学学报（自然科学版）,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，就读于长安大学汽车学院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.071