基于OpenLayers的應急物流決策支持平臺構建及應用

江源通，蘇會衛，陸 琳

（1.湖南科技大學建筑與城鄉規劃學院，湖南 湘潭 411201；2.桂林旅游高等專科學校，廣西 桂林 541004；3.貴州財經大學，貴州 貴陽 550025）

1 引言

近幾年，各類突發公共事件頻繁發生，給人民和社會造成了嚴重的傷害。我國每年因公共安全問題造成的損失巨大，同時隨著經濟的快速發展，災害發生頻度以及損失程度都將進一步增加。應急物流正是在這種巨大的需求下產生的，它是以提供事故災難、自然災害等突發性公共事件所需應急物資為目的，以追求時間效益最大化和災害損失最小化為目標的一種特殊物流活動，主要特征是不可預知性、緊迫性、不確定性、弱經濟性和非常規性等。應急物流能否高效運作對于能否將應急物資快速、準確地送達事發地從而減輕突發事件造成的危害具有至關重要的作用。因此，近年來眾多學者開始從事應急物流這方面的理論和應用研究[1-3]。雖然國內外專家學者紛紛從研究內容、保障機制、實現方法等方面對應急物流進行了深入的研究，然而有關GIS等先進技術應用于應急物流的研究為之甚少[4]。因此本文嘗試運用GIS技術構建輔助應急物流決策支持的WebGIS，探討地理信息系統的空間查詢和空間決策能力在應急物流的應用研究。

目前WebGIS 的主要實現方式是通過Flex 技術結合第三方提供的API來實現的，然而隨著各種地圖服務器（如天地圖）的興起和發展以及Flex在開發、部署等過程中帶來的不便，基于OpenLayers的實現方式漸漸突顯其優勢：（1）擴展性。由于OpenLayers實現了標準格式發布的地圖數據訪問，可以方便訪問不同地圖服務器發布的基于OGC 標準的服務（主流的地圖服務器發布的服務都支持OGC 標準，如WMTS、WMS 等），而Flex是依據第三方提供的API進行開發設計的，因此一旦地圖服務器變更，基于Flex的實現方式將重新開發設計，大大削弱了其擴展性。（2）靈活便捷性。Flex 實現技術需要借助Flash Builder編譯器把源代碼編譯成字節碼，最終生成擴展名為.swf的文件，不同于其他應急物流技術支持平臺的開發方式，因此如若要在客戶環境現場修改功能，則必須部署開發環境，較為不便。相反，基于JavaScript的實現方式則易與其他開發方式整合，可以即時修改功能，不必部署新的開發環境，大大提高了靈活性和便捷性。（3）第三方依賴性。基于Flex的WebGIS需要依賴第三方API，而基于OpenLayers的方式則沒有這種情況。由此可見：OpenLayers作為一個完全免費、開源的專為WebGIS客戶端開發提供的JavaScript類庫包，支持訪問以標準格式發布的地圖數據，提供地圖分幅和預讀取功能，實現類似Ajax功能，與Flex技術相比具有其獨有的優勢[5-6]。因此，本文在OpenLayers的基礎上以廣東天地圖服務和Geoserver地圖服務為例構建了GIS支持下的應急物流決策支持平臺，實現了多源數據的融合[7-8]。值得一提的是，應急物資多半是用于應急搶險救災，關系到人類的生命財產和全局統籌，提高應急物流的速度能夠極大限度地減輕突發事件所造成的危害[9]，因此時間效率是決定應急物流決策支持平臺成功與否的關鍵。鑒于此，文中對大數據量背景下的系統查詢效率問題進行了討論與分析，通過多次實驗驗證了系統查詢效率的可靠性和有效性。

2 應急物流決策支持平臺實現

2.1 基于OpenLayers的WebGIS體系架構

基于OpenLayers 為客戶端架構的WebGIS 系統分為顯示層、服務層和數據層三個基本層（如圖1所示），其中顯示層是用戶和WebGIS 交互的接口，服務層是整個系統的核心，負責接收和響應客戶端的請求，而數據層則為網絡服務提供空間數據來源。

2.2 關鍵技術與規范

2.2.1 WMTS規范。WMTS，即切片地圖web服務，目前版本是1.0.0，它實現了WMS 規范，提供了一種采用預定義圖塊方法發布數字地圖服務的標準化解決方案。WMTS 雖然犧牲了WMS原有的定制地圖的靈活性，但是取而代之的是利用靜態數據（緩存圖像）增強了地圖的伸縮性，大大加快了地圖的訪問速度。本服務中包括以下3個操作：GetCapabilities（獲取服務的元信息）、GetTile（獲取切片）、GetFeatureInfo（可選，獲取點選的要素信息）[10]。

2.2.2 WFS 規范。WFS，即web 要素服務，提供了經過地理標記語言GML 格式封裝的地理空間數據服務，支持對地理要素數據的增加、刪除、更新、查詢和發現等操作。本服務包含四個操作：GetCapabilities（返回Web 要素服務的元數據）、DescribeFeatureType（返回指定要素的XML格式信息描述）、Get-Feature（根據查詢請求返回符合GML規范的數據文檔）[11]。基于這一規范，本系統實現了屬性查詢和空間查詢功能，實現的流程為：構造filter過濾器、生成xml格式請求參數、執行post查詢請求、處理GML結果數據。

2.2.3 WPS規范。WPS，即網絡處理服務，該服務提供了對地理空間數據的一系列空間幾何分析操作，包括算法、計算和模型等。本服務包含三個操作：GetCapabilities（請求服務的元數據）、DescribeProcess（請求有關可運行在服務上的進程的詳細信息）、Execute（運行一個由WPS服務實現的進程）[12-13]。

圖1 基于OpenLayers的WebGIS體系架構

2.3 系統實現與功能描述

根據上述主要關鍵技術和規范，本文在OpenLayers[14]的基礎上，利用JavaScript 并結合jQuery 及其相關UI 插件（jQuery Easyui等）實現了應急物流決策支持系統[15]（如圖2所示）。針對應急物流的功能需求，基于OpenLayers的WebGIS系統不僅實現了放大、縮小、漫游、全圖顯示等基本地圖功能，還實現了以下主要功能模塊：

圖2 應急物流決策支持平臺

（1）決策支持模塊。該模塊有助于上級領導第一時間對突發公共事件做出正確的決策判斷。系統實現了點標繪、線標繪、面標繪、文字標繪等標繪功能，并提供了標繪屬性信息的編輯、標繪樣式的編輯、標繪信息的保存和加載。上級領導通過標繪功能可以在地圖上及時了解災情、快速制定救援方案，社會各級機構通過標繪信息可以及時了解上級指示并迅速執行任務，從而形成“政府制定對策，各級協同實施”的應急物流響應機制。

（2）應急物資管理模塊。該模塊有助于對各類應急物資進行查詢檢索和維護管理，全面掌控資源狀態。通過查詢功能，不僅可以實時、準確地掌握應急物資的名稱、位置、數量等情況，還可以使全社會各類物流資源得到高效的配置和利用。在突發事件發生時，通過該功能可以精確地為受災區、受災群眾提供多方位、適時、適量的應急物資配送[16]。

（3）配送路徑分析模塊。應急物流注重時間效益的最大化，能否以最短的時間完成物資的配送至關重要。通過量算功能了解事發地與各物資配送中心、救援機構的距離，借助GIS 的網絡分析功能進行路線的優化設計、救援隊伍的安排，從而讓應急救援物資以最快的時間和最低的成本運送到達目的地。

（4）事件定位模塊。將突發事件在地圖上準確定位后，一方面可以了解突發事件的發生時間、地點、詳細情況，另一方面可以方便查找其周邊資源信息，有利于整合各方力量，全面提高突發公共事件的應急反應速度和處置效率。

（5）應急物流選址模塊。應急物流的選址問題在應急事件管理中非常重要，應急物流配送中心的選址一方面與經濟費用相關，選址不當將付出巨大成本代價，另一方面對應急物流活動有著直接深遠的影響，科學合理的選址有利于應急救援的快速響應。該模塊通過GIS的空間分析功能并加入選址的考慮因素（災害因素、人口因素、成本因素、時間因素等）對應急設施進行合理的布局，便于后續應急物流的快速響應。

（6）風險分析模塊。通過GIS的緩沖區分析等空間分析功能及時了解突發事件的影響范圍，查找周邊潛在的安全隱患，以便為后期的應急物流實施過程進行評估。

該系統不僅具有RIA 的特點，而且利用OpenLayers 面向服務的機制實現了不同數據源的融合，即系統只要經過簡單配置就可實現不同地圖服務器發布的WFS 服務的訪問，有利于整合各方資源運用于應急物流的決策工作，提高了應急救援的效率。

3 查詢效率驗證

應急物流追求的是時間效益最大化，時間效率重于經濟效益，因此系統能否快速有效的顯示查詢結果是一個棘手的問題，尤其是在大數據量的情況下對查詢效率的要求更加重要。全部加載顯示的實現方式一方面對客戶端的負載能力要求非常大，有可能造成瀏覽器崩潰，另一方面在大數據量傳輸方面會耗費大量的時間，嚴重影響效率。因此本文采用分頁加載顯示的實現方式，并在內外網環境下進行了實驗驗證。

在本地Geoserver 服務器上發布一個以PostGIS 為數據存儲、數據量約為13 萬條的WFS 服務[17-18]，經過系統多次測試，平均時間消耗為0.077 9s（時間損耗借助HttpWatch 工具給出）。除了在內網環境（本地）上進行測試，本文也在聯網環境（2M 帶寬）上進行測試，主要測試網絡因素對查詢效率的影響。通過多次調用天地圖發布的WFS服務得知平均時間消耗約為1.4s。綜合以上實驗結果分析：無論地圖服務器部署在外網或是內網、數據量大或小，本系統所采用的分頁加載顯示機制都能夠快速有效的對查詢結果進行顯示，滿足了應急物流決策工作的需求。

4 結束語

突發公共事件給人類社會造成了重大危害，應急物流的目的則是消除或減輕它所帶來的危害。目前，我國的應急物流仍存在較大問題，其中一個主要的問題是應急物流信息化程度普遍偏低，地理信息等先進技術還未在該領域得到廣泛的應用，因此本文充分利用OpenLayers 的優勢和特點，引入GIS技術，利用JavaScript/Ajax實現了應急物流決策支持平臺，并在內外網環境下對其中的查詢效率進行了多次實驗驗證，確保了系統的高效運作，有助于政府領導準確分析和判斷事發情況，做出科學合理的決策指揮。雖然GIS在應急物流領域的應用還偏少，但隨著GIS和應急物流的不斷發展，應急物流越來越需要GIS空間決策能力的支持，因此GIS在該領域的應用也將會越來越廣。

[1]孫華麗,王循慶,薛耀鋒.應急物流研究現狀及發展動態分析[J].中國安全科學學報,2010,(10):165-170.

[2]歐忠文,李科,姜玉宏,等.應急物流保障機制研究[J].物流技術,2005,(9):13-15.

[3]高文軍,陳菊紅,胡飛虎.我國應急物流研究綜述與展望[J].物流科技,2009,(8):6-10.

[4]李靜宜.GIS在應急物流中的應用[J].商場現代化,2006,(28):117-118.

[5]楊鵬,鄒時林.基于OpenLayers的WebGIS客戶端的研發[J].測繪與空間地理信息,2012,35(3):131-133.

[6]李光師.基于開源平臺構建WebGIS 應用系統[J].測繪科學,2011,36(6):259-261.

[7]尹芳,馮敏,劉磊,等.基于OGC規范和Open Source項目的WebGIS開發與應用[J].計算機工程與應用,2010,46(30):68-70.

[8]李建勛,解建倉,張永進,等.基于OGC的中客戶端WebGIS解決方案[J].計算機工程與應用,2006,42(23):211-214.

[9]王旭坪,傅克俊,胡祥培.應急物流系統及其快速反應機制研究[J].中國軟科學,2005,(6):127-131.

[10]Maso J,Pomakis K,Julià N.OpenGIS Web Map Tile Service Implementation Standard[S].Open Geospatial Consortium Inc,OGC,2010.

[11]Vretanos P A.Web Feature Service Implementation Specification[EB/OL].www.opengeospatial.org/standards/wfs,2005.

[12]Schut P,Whiteside A.OpenGIS Web Processing Service[EB/OL].www.opengeospatial.org/standards/wfs,2007.

[13]Youngblood B.GeoServer Beginner's Guide[M].Packt Publishing Ltd,2013.

[14]JavaScript Mapping Library[EB/OL].http://dev.openlayers.org/releases/OpenLayers-2.13.1/doc/apidocs/files/OpenLayers-js.html.

[15]李源泰,李紅波,趙俊三.開源GIS 在WebGIS 中的應用初探[J].地理空間信息,2010,8(2):36-38.

[16]王宗喜,趙蕾.“星地一體”應急物流指揮平臺的建設[J].物流技術與應用,2008,(9):96-99.

[17]Zhang L,Yi J.Management Methods of Spatial Data Based on Postgis[A].2010 Second Pacific- Asia Conference on Circuits,Communications and System (PACCS)[C].2010.

[18]Fan Z.Design and Implementation of Open Source WebGIS Based upon RIA[A].2011 International Conference on Internet Technology and Applications (iTAP)[C].2011.