尹永釗，黃 劼

(四川大學制造科學與工程學院)

0 引 言

近年來，城市各類突發(fā)事件造成的威脅日益嚴重。由于突發(fā)事件具有突然性、緊急性，要求應急單位反應快速，能夠及時到達現(xiàn)場，進行緊急處置。事故發(fā)生時，各道路通行情況不一致，因此，如何選擇通行道路，對救援工作起到了決定性的作用。城市應急通道動態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)，就是突發(fā)事件發(fā)生時，能快速規(guī)劃出應急通道，確保應急部門快速到達事故現(xiàn)場進行處理的一種路徑規(guī)劃系統(tǒng)。它基于城市交通信息數(shù)據(jù)庫，實時提取交通道路阻塞率，通過優(yōu)化算法，規(guī)劃出最優(yōu)路徑，并對沿途路徑實施智能管控。這個系統(tǒng)的實現(xiàn)能很大程度上提高城市應急的救援能力，減少突發(fā)事件帶來的不利影響。

城市交通信息的數(shù)據(jù)庫是該系統(tǒng)的支撐數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)中應急通道的動態(tài)規(guī)劃，主要是依據(jù)道路的長度和阻塞率，然后通過改進后的Floyd 算法來實現(xiàn)。對道路基本信息和阻塞率的管理，高效地存取各種數(shù)據(jù)資源，必須設計出一套結構合理、功能完善的數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)利用GIS 桌面軟件對地圖進行數(shù)字化管理，然后建立GIS 數(shù)據(jù)庫，并利用ArcGIS Engine 組件在Visual Stiudio 中進行嵌入式開發(fā)。本文主要探討的內容就是如何設計城市應急通道動態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)的GIS 數(shù)據(jù)庫。

1 數(shù)據(jù)庫的整體結構和內容

首先對應急通道動態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)進行需求分析，根據(jù)系統(tǒng)應具備的功能，確定所需的數(shù)據(jù)庫。一是系統(tǒng)需要具備對規(guī)劃出的道路 進行顯示的功能，所以必須建立圖形數(shù)據(jù)庫。二是系統(tǒng)的優(yōu)化算法需要提供道路的各種信息，要求建立屬性數(shù)據(jù)庫，便于對道路信息的管理。數(shù)據(jù)庫的主要內容主要包括道路信息、應急單位和事發(fā)地(包含在地理位置信息中)。通過對這三項內容的處理，才能準確得出進行優(yōu)化所需要的基本要素(道路的長度和實時阻塞率)。數(shù)據(jù)庫的內容與結構如圖1 所示。

2 數(shù)據(jù)庫的設計

城市應急通道規(guī)劃調度系統(tǒng)必須要能夠實現(xiàn)快速查詢事發(fā)地點，判別事故類型及等級，調度應急單位，并且要能夠依據(jù)道路的實時信息規(guī)劃最優(yōu)應急通道。本數(shù)據(jù)庫包含圖形數(shù)據(jù)以及相關屬性數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的地圖規(guī)劃模型選取了成都二環(huán)內主要交通干道。

2.1 圖形數(shù)據(jù)庫的建立

通過對本系統(tǒng)的功能需求分析，在地圖數(shù)字化的時候選擇ESRI 公司的桌面應用軟件ArcMap desktop 對柵格地圖進行處理。通過ArcCatalog(ArcCatalog 是ArcGIS Desktop 中最常用的應用程序)來根據(jù)圖層新建shapefile 文件，將各shapefile 文件放入數(shù)字化地圖軟件ArcMap 的圖層框中，利用ArcMap 對柵格圖像進行數(shù)字化。

首先下載成都市二環(huán)內主要干道的柵格圖像。把柵格圖像進行數(shù)字化處理，形成了“道路.shp”的線程圖，并保存。將表示應急單位的點進行數(shù)字化，得到“應急單位.shp”的點圖層，再將表示事發(fā)地的點進行數(shù)字化，得到“事發(fā)地.shp”的點圖層，最后把這三幅圖層在ArcMap 中保存為一幅圖，圖名為“城市應急通道動態(tài)規(guī)劃. Mxd”。該圖即成為圖形數(shù)據(jù)庫的組成部分。

圖1 城市應急通道動態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的內容與結構

2.2 屬性數(shù)據(jù)庫的建立

城市應急救援系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)，反映了各實體的具體特征(如應急救援單位的類別、等級，城市交通道路的路長、道路名稱、實時阻塞率，事發(fā)地的地理位置等信息)。系統(tǒng)的基礎部分為數(shù)據(jù)，合理設計組織數(shù)據(jù)是進行動態(tài)路徑規(guī)劃的核心。對于描述城市交通信息的屬性數(shù)據(jù)，要建立屬性數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中主要包括:應急救援單位數(shù)據(jù)表，城市交通道路信息數(shù)據(jù)表，城市地理位置信息數(shù)據(jù)表。

(1)應急救援單位數(shù)據(jù)表設計

在對緊急事件進行了判別后，需要動態(tài)調度響應的應急單位進行救援，根據(jù)此需求分析，對應急單位需要有類型判別和等級劃分，并且為能及時調度相應單位，在數(shù)據(jù)表中也存儲了應急救援單位負責人的信息等，其數(shù)據(jù)表設計如表1所示。

表1 應急救援單位數(shù)據(jù)表

(2)城市交通道路信息數(shù)據(jù)表設計

該系統(tǒng)是基于實時路況信息對應急通道進行了動態(tài)規(guī)劃，路徑規(guī)劃算法中所選擇的道路權重判別依據(jù)為路徑長度和道路實時交通情況(即阻塞率)，為了便于路徑查詢，在道路信息表中增設了選中道路字段信息。在進行路徑規(guī)劃時，因其需要在內存中建立具有拓撲關系的地圖，在道路信息表中增設了每條道路的起始點信息，數(shù)據(jù)表設計如表2 所示:

表2 城市交通道路信息數(shù)據(jù)表

(3)城市地理位置信息數(shù)據(jù)表設計

城市緊急事件發(fā)生后，需要將其地理位置(即事發(fā)地)設置為動態(tài)路徑的終點，本系統(tǒng)為應急通道動態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)的模型研究，在設計事故發(fā)生數(shù)據(jù)表時，主要存儲了一些地理位置信息(包含事發(fā)地位置)，在今后的系統(tǒng)使用過程中需要將城市各地理位置信息存儲在一張表中，數(shù)據(jù)表設計如表3 所示:

表3 城市地理位置信息數(shù)據(jù)表

2.3 數(shù)據(jù)庫主要功能的實現(xiàn)

本數(shù)據(jù)庫是利用ArcObjects 并結合Visual Stiudio 編程工具和GIS 數(shù)據(jù)庫共同開發(fā)出來的。通過ArcObjects 中的P age LayoutControl 控件編程可打開、保存和另存為mxd 格式的圖片文件，在管理系統(tǒng)中打開圖層城市應急通道動態(tài)規(guī)劃. mxd 文件，可以直觀顯示出各道路和地理位置。ADO(Activex Data Objects). NET 是新一代的數(shù)據(jù)訪問對象結構，支持工業(yè)標準技術OLEDB 的各種數(shù)據(jù)源;ADO . NET 采取離線式的數(shù)據(jù)訪問方式，經(jīng)由查詢將數(shù)據(jù)結果放在用戶端的Dataset;數(shù)據(jù)交換格式為xml 利用Visual Stiudio 中的OLEDB技術訪問該GIS 數(shù)據(jù)庫，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的功能。

3 結束語

城市交通信息數(shù)據(jù)庫的建立，為應急通道動態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)提供了基本的數(shù)據(jù)，是城市應急通道動態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)的支撐數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)能將動態(tài)的實時道路阻塞率存儲到數(shù)據(jù)庫中，使系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃功能能夠實現(xiàn)。

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