高速公路应急响应决策支持系统数据库设计

方程炜

(昆山市公路管理处，江苏 昆山 215300)

随着经济的增长，我国高速公路建设速度不断加快。2013年国务院批准了《国家公路网规划(2013年—2030年)》，规划建设总里程13.6万km，截至2017年末，已通车里程超过11万km。与此同时，高速公路事故发生次数常年居高不下，并不断出现新的特点：例如：2014-07-19凌晨，沪昆高速湖南邵阳段1 309 km处隆回往洞口方向，一辆违法装载乙醇的厢式小货车与一辆大客车发生追尾后燃烧，造成1辆大客车、3辆货车、1辆小客车燃烧，43人死亡、多人受伤；2017-08-10T23:00:00许，一辆豫牌客车自成都驶往洛阳，途经京昆高速公路安康段秦岭一号隧道南口(1 164 km+930 m)时，撞向隧道口发生交通事故，造成36人死亡。

高速公路交通事故造成的后果严重，如不及时实施科学合理地响应，将会对人民生命财产造成更加严重的损失和恶劣的社会影响。目前我国大部分高速公路管理部门在处理应急事件时依然是人工记录，信息的上传下达依靠电话通知，这些传统的处理方式已成为制约响应效率的瓶颈。随着计算机及网络技术的发展，建设针对高速公路应急事件管理的软件系统，提高应急响应速度，使解决目前高速公路应急响应效率不高，解决各部门工作协调行动的问题成为可能。

高速公路应急响应决策支持系统想要实现其各项业务功能，就需要一个结构合理、数据内容丰富的系统数据库作为支持。系统数据库的建设既是应急响应系统研发过程中工作量最大的一部分内容，也是系统程序良好运行的保证。

1 数据需求分析

事件管理与空间分析是高速公路应急响应管理与决策支持系统所要实现的两大基本功能。

在实际的交通应急事件发生以后，高速公路监控中心接到报警电话，由值警员记录有关交通事件的基本信息，这些信息包括事件类型，发生地点、人员伤亡情况，车辆受损情况，这些数据对救援工作的开展，以及对高速公路的安全评价等都具有相当的参考价值。

高速公路是具有地理特征的空间实体，发生在高速公路上的交通事件必然具有其空间属性，同时救援资源也是分布在不同的空间位置上的，传统的里程桩定位方式，不具备空间分析功能。在发生交通事故后，如何调度最近的救援资源前往事故点，寻找最佳路线，需要应用桌面GIS软件对事件有关信息进行空间分析，建设一个适用于高速公路应急响应的完整的空间数据库是该数据库不可或缺的部分。

高速公路交通应急事件是在特定的环境下发生的，不同的应急事件有不同的处理方式。又如重大交通事故以及危险品事故发生时，对处置程序有严格要求。因此必须由专家预先制定相对固定的处置方案，这些方案称之为应急预案存储在数据库中。应急预案为管理处监控中心值警员在不同情况下快速、准确制定应急调度预案提供参考。在软件实际运行的过程中，可以对预案库不断地丰富和完善。

2 数据库的结构设计

本文结合高速公路应急响应决策支持系统开发，依据“统一规划、统一标准、统一设计、数据共享”的基本原则，建立数据库。

系统数据库由3个子库构成：空间数据库、事件管理数据库、预案库。数据库逻辑结构如图1所示，采用RDBMS与空间数据库结合的方式，所有数据均以表或文件的形式存储，在物理层上表现为表、点状要素、线状要素和面状要素。

图1 数据库逻辑结构图

3 数据库的数据组织

3.1 事件管理数据库的数据组织

交通运行数据：主要来源于人工记录或者检测器的检测数据，包括流量、车速、占有率等。按采集时间又分为实时交通数据和历史交通数据。

应急事件数据：应急事件数据是高速公路监控中心值警员所记录报警信息，根据调研，值警员所接到报警中有的是车辆压坏草坪、车辆抛锚等高速公路常发事件，这些事件处理方式简单。有的则是较为严重的交通事故。为便于数据的管理，本文将高速公路应急事件数据又进一步分为两部分：一般事件数据和交通事故数据，分别建表管理。对于一般事件需值警员作记录，并通知有关部门。对于有人员伤亡或者车辆损毁的交通事故，需要出动救援车辆前往施救。有关此类事故的数据需要单独建立数据表存储。根据应急响应需求其字段设计如表1所示。

3.2 空间数据库的数据组织

高速公路应急响应决策支持系统的一项重要功能就是为调度员调度救援资源提供决策支持，该功能是GIS软件通过空间数据库引擎访问空间数据库中的数据，经空间分析而实现的。

随着数据库技术的发展，将空间数据和属性数据都采用关系数据库存储成为现实。一般来说，空间数据库引擎的实现有两种方式：一种是GIS软件商在传统的关系数据库之上进行扩展，添加空间数据引擎，从而获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储能力，例如ESRI的ArcSDE，另一种方法是直接对常规数据库管理系统进行功能扩展，加入一定数量的空间数据存储和管理功能，例如Oracle Spatial。在本软件数据库的构建中。本文采用了ArcSDE空间数据库引擎对高速公路空间数据进行入库和管理操作。

作者通过对高速公路应急响应决策支持系统软件的模拟开发，对于相关空间数据采用分层的思想存放。结合国家标准和应用需求，以1∶25万江苏省地图为底图，选取行政区划层、城镇区划层、河流层、铁路层、标注层组成背景图层入库；对于1∶2 000高速公路电子地图，依照功能需要，利用ArcGIS桌面软件ArcInfo对电子地图进行二次开发，添加高速公路应急响应相关空间数据及属性数据，分为高速公路、里程桩、百米桩、收费站、立交、互通、服务区、停车场、救援点、消防队、医院等图层。

表1 交通应急事件属性表

首先对于高速公路网图层，由于高速公路不同于一般公路，由匝道、主线、互通立交等构成，上下行方向分离。不同路段属性不同，因此在对高速公路网图层进行二次开发时，应当将高速公路路段属性数据整理入库，如表2所示 。

表2 高速公路路段属性表

参与高速公路应急响应的巡逻、清障车辆等救援资源在无任务时停放在救援点内的。救援点分布在匝道入口附近，或高速公路主线沿线。车辆的类型、数量作为这些设施的属性数据加入关系数据库，高速公路管理部门往往不配备救护车、消防车等救援车辆，需要时从附近城镇的医院或消防队调遣，在对高速公路图层进行二次开发时应添加连接到城镇救援设施的邻接道路。这些工作是软件实现空间分析功能的基础。

利用ArcGIS提供的空间数据库引擎ArcSDE对空间数据的组织和存储包括栅格数据和矢量数据。在ArcSDE中，栅格数据存储为Oracle的诸关系表，而矢量数据作为Shape存储。一个Shape可以是一个点、一条线、或者一个平面，一个Shape就是地图上的一个对象，每个Shape都有独立的属性。结合空间数据库子库构建实例，以及ArcSDE对空间数据的组织形式，说明该方式在构建高速公路应急响应决策支持系统数据库的空间数据库子库中具有较高的实用性。

LARYERS表中数据的存储结构和关系如图2所示，LARYERS表中的TABLENAME字段存储的是那些包含空间数据列的表的名称，在TABLENAME字段下有一个名为RESCUESITE的BussinesTable(业务表)，SPATIAL_COLUMN字段中的数据指明了业务表中空间数据列的字段名，在此列中该字段名为SHAPE，现在以RESCUESITE业务表为例详细说明若干数据表之间的关系。RESCUESITE表也就是存储排障部门信息的图层。在LAYERS表中与RESCUESITE相对应的LAYER_ID是12。所以RESCUESITE表对应的空间数据及其索引一定存放在F12和S12这两个表中。其中，F12是空间数据表，S12是索引表。在RESCUESITE这张表业务表中。SHAPE是一个标准的NUMBER类型的字段。它只是起到一个索引功能，即通过SHAPE中的数据就能由F表和FID字段找到与其对应的行，另外，F表中的POINT字段是一个LONGROW类型的字段，其中存放着空间对象所有坐标值序列的二进制编码。

图2 ArcSDE数据存储结构及关系

BUSINESSTABLE还存储了其他属性列，仍然以RESCUESITE这张业务表为例，在属性列中设置如下字段：清障部门名称、面积、员工数、各型清障车数、设置位置、桩号等。同样的方法，对高速公路应急响应的其他相关部门及资源入库，如消防队、医院等，及其配备的救援车辆等资源。用ArcGIS软件进行电子地图二次开发，验证数据库功能，如图3所示。

图3 电子地图二次开发

3.3 预案库的数据组织

应急预案数据库是总结以往高速公路应急指挥管理经验，以数据库的形式储存在服务器端，在发生应急事件时供调度员参考的数字化知识和经验性数据。在系统使用中又可以不断丰富完善。根据高速公路不同事件应急程度和处置方式不同，为了便于数据组织管理和检索调阅。本文将该系统的预案库分为一般事件处置预案、交通事故处置预案、危险品处置预案3个部分，分别建表管理。

一般事件处置预案主要包括：高速公路路段施工时的管制措施，交通拥堵时的调节疏导措施，以及对闯卡逃费、倒卡换卡、车辆抛锚等事件的处理措施。

交通事故处置预案是针对不同情况下不同等级的碰撞 、追尾、有车辆翻覆、起火或人员伤亡的交通事故的营救清理提供的参考预案。

危险品有易燃易爆、有毒等不同属性种类，其针对不同危险品的处置方式有很大差异。当有危险品事故发生时，调度员应及时调阅危险品预案，并告知各参与救援部门。并且需要救援人员严格遵守。

在此以危险品预案数据表的设计为例，进行简要介绍，见表3。

表3 危险品预案数据表

4 决策支持系统UI

为提升高速公路应急响应决策工作效率，提高自动化水平，需要友好的用户界面(UI)实现数据库与管理人员之间的交互。本文基于VS2013编程软件，搭建windows UI界面，实现了人工对数据库进行存取调用，统计查询事件等管理功能，见图4。

图4 用户界面(UI)

5 结束语

数据库是高速公路应急响应决策支持系统的信息支持平台，构建一个数据结构合理的数据库，是系统各项管理和决策功能实现的基础。本文结合应用需求，采用ArcSDE空间数据引擎与关系数据库实现了空间数据与非空间数据的统一管理，是高速公路应急响应决策支持系统开发的基础工作。本文所述方法对于其他基于GIS的数据库的数据组织具有参考意义。