城市應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)支撐數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

尹永釗，黃 劼

(四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院)

0 引 言

近年來(lái)，城市各類(lèi)突發(fā)事件造成的威脅日益嚴(yán)重。由于突發(fā)事件具有突然性、緊急性，要求應(yīng)急單位反應(yīng)快速，能夠及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行緊急處置。事故發(fā)生時(shí)，各道路通行情況不一致，因此，如何選擇通行道路，對(duì)救援工作起到了決定性的作用。城市應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)，就是突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，能快速規(guī)劃出應(yīng)急通道，確保應(yīng)急部門(mén)快速到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(kù)，實(shí)時(shí)提取交通道路阻塞率，通過(guò)優(yōu)化算法，規(guī)劃出最優(yōu)路徑，并對(duì)沿途路徑實(shí)施智能管控。這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)能很大程度上提高城市應(yīng)急的救援能力，減少突發(fā)事件帶來(lái)的不利影響。

城市交通信息的數(shù)據(jù)庫(kù)是該系統(tǒng)的支撐數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)中應(yīng)急通道的動(dòng)態(tài)規(guī)劃，主要是依據(jù)道路的長(zhǎng)度和阻塞率，然后通過(guò)改進(jìn)后的Floyd 算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(shè)計(jì)出一套結(jié)構(gòu)合理、功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)利用GIS 桌面軟件對(duì)地圖進(jìn)行數(shù)字化管理，然后建立GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用ArcGIS Engine 組件在Visual Stiudio 中進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)。本文主要探討的內(nèi)容就是如何設(shè)計(jì)城市應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)的GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

首先對(duì)應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，確定所需的數(shù)據(jù)庫(kù)。一是系統(tǒng)需要具備對(duì)規(guī)劃出的道路 進(jìn)行顯示的功能，所以必須建立圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。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(kù)，便于對(duì)道路信息的管理。數(shù)據(jù)庫(kù)的主要內(nèi)容主要包括道路信息、應(yīng)急單位和事發(fā)地(包含在地理位置信息中)。通過(guò)對(duì)這三項(xiàng)內(nèi)容的處理，才能準(zhǔn)確得出進(jìn)行優(yōu)化所需要的基本要素(道路的長(zhǎng)度和實(shí)時(shí)阻塞率)。數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

城市應(yīng)急通道規(guī)劃調(diào)度系統(tǒng)必須要能夠?qū)崿F(xiàn)快速查詢(xún)事發(fā)地點(diǎn)，判別事故類(lèi)型及等級(jí)，調(diào)度應(yīng)急單位，并且要能夠依據(jù)道路的實(shí)時(shí)信息規(guī)劃最優(yōu)應(yīng)急通道。本數(shù)據(jù)庫(kù)包含圖形數(shù)據(jù)以及相關(guān)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(nèi)主要交通干道。

2.1 圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的功能需求分析，在地圖數(shù)字化的時(shí)候選擇ESRI 公司的桌面應(yīng)用軟件ArcMap desktop 對(duì)柵格地圖進(jìn)行處理。通過(guò)ArcCatalog(ArcCatalog 是ArcGIS Desktop 中最常用的應(yīng)用程序)來(lái)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(duì)柵格圖像進(jìn)行數(shù)字化。

首先下載成都市二環(huán)內(nèi)主要干道的柵格圖像。把柵格圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，形成了“道路.shp”的線(xiàn)程圖，并保存。將表示應(yīng)急單位的點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，得到“應(yīng)急單位.shp”的點(diǎn)圖層，再將表示事發(fā)地的點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，得到“事發(fā)地.shp”的點(diǎn)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(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃. Mxd”。該圖即成為圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的組成部分。

圖1 城市應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

2.2 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

城市應(yīng)急救援系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)，反映了各實(shí)體的具體特征(如應(yīng)急救援單位的類(lèi)別、等級(jí)，城市交通道路的路長(zhǎng)、道路名稱(chēng)、實(shí)時(shí)阻塞率，事發(fā)地的地理位置等信息)。系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分為數(shù)據(jù)，合理設(shè)計(jì)組織數(shù)據(jù)是進(jìn)行動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的核心。對(duì)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(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)中主要包括:應(yīng)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(yīng)急救援單位數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

在對(duì)緊急事件進(jìn)行了判別后，需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)度響應(yīng)的應(yīng)急單位進(jìn)行救援，根據(jù)此需求分析，對(duì)應(yīng)急單位需要有類(lèi)型判別和等級(jí)劃分，并且為能及時(shí)調(diào)度相應(yīng)單位，在數(shù)據(jù)表中也存儲(chǔ)了應(yīng)急救援單位負(fù)責(zé)人的信息等，其數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 應(yīng)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(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是基于實(shí)時(shí)路況信息對(duì)應(yīng)急通道進(jìn)行了動(dòng)態(tài)規(guī)劃，路徑規(guī)劃算法中所選擇的道路權(quán)重判別依據(jù)為路徑長(zhǎng)度和道路實(shí)時(shí)交通情況(即阻塞率)，為了便于路徑查詢(xún)，在道路信息表中增設(shè)了選中道路字段信息。在進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)，因其需要在內(nèi)存中建立具有拓?fù)潢P(guān)系的地圖，在道路信息表中增設(shè)了每條道路的起始點(diǎn)信息，數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

城市緊急事件發(fā)生后，需要將其地理位置(即事發(fā)地)設(shè)置為動(dòng)態(tài)路徑的終點(diǎn)，本系統(tǒng)為應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)的模型研究，在設(shè)計(jì)事故發(fā)生數(shù)據(jù)表時(shí)，主要存儲(chǔ)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(guò)程中需要將城市各地理位置信息存儲(chǔ)在一張表中，數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)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(kù)主要功能的實(shí)現(xiàn)

本數(shù)據(jù)庫(kù)是利用ArcObjects 并結(jié)合Visual Stiudio 編程工具和GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)共同開(kāi)發(fā)出來(lái)的。通過(guò)ArcObjects 中的P age LayoutControl 控件編程可打開(kāi)、保存和另存為mxd 格式的圖片文件，在管理系統(tǒng)中打開(kāi)圖層城市應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃. mxd 文件，可以直觀(guān)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(fǎng)問(wèn)對(duì)象結(jié)構(gòu)，支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)OLEDB 的各種數(shù)據(jù)源;ADO . NET 采取離線(xiàn)式的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)方式，經(jīng)由查詢(xún)將數(shù)據(jù)結(jié)果放在用戶(hù)端的Dataset;數(shù)據(jù)交換格式為xml 利用Visual Stiudio 中的OLEDB技術(shù)訪(fǎng)問(wèn)該GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

城市交通信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，為應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)提供了基本的數(shù)據(jù)，是城市應(yīng)急通道動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)的支撐數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)能將動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)道路阻塞率存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃功能能夠?qū)崿F(xiàn)。

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