基于G I S 的高速公路紧急救援管理系统研究同济大学智能交通运输系统研究中心杨晓光李晓丹吴志周马芳摘要随着经济的快速发展，近十几年来，我国高速公路通车里程迅猛增长，高速公路安全问题成为各界关注的热点和焦点，建立完善的高速公路应急处置体系是国民经济与社会发展的基本保证本文主要研究G I S 在高速公路紧急救援管理中的应用，以充分发挥G I S 在宁问分析等方面的优势，达到缩短救援响应时间，提高救援可靠性，恢复高速公路通行能力，降低直接和间接经济损失及人员伤亡为目的文章在分析技术应用可行性的基础上，对应用系统结构、功能设计和数据组织方法进行了研究引言近年来，随着我国高速公路建设规模迅速扩大，交通事故与交通捌堵事件时有发生，为减少交通事故和交通拥堵，交通运营管理部门追切需要将现代化和智能化技术引入到高速公路紧急救援管理中G I S 是近几年发展起来的融计算机图形和数据库于一体，储存和处理空间信息的新技术，在图形属性数据管理、专题制图、空间分析和地形分析等方面可为高速公路紧急救援管理提供辅助支持基于G I S 的高速公路紧急救援管理系统( 简称G I S —E R M 系统) 能够自动检测高速公路突发事件，并进行突发事件信息的采集、发布、分析，生成救援方案，对救援过程实时跟踪，记录处置流程和效果，为提高紧急救援效率提供依据。
G I S —E R M 系统结构的研究与设计一、系统软件结构殴计G I S —E R M 系统软件体系采用多层结构模式，应用层为c ／s 、B ／s 混合模式，直接面向用户分系统维护客户端和系统应用客户端两类中间层负责处理业务逻辑，并对空间数据、非空间数据进行后台处理数据库服务层实现对空间数据、模型库、文档数据及业务数据的存储管理如图1 所示r 一一一一一一一一一一一一_ 匠甬素吾西i 一一一一一一一一一一一一]二、系统处理流程图l 软件体系结构图2 数据处理流程G I S ．E R M 系统功能设计系统除具备有地理信息系统( G I S ) 的一般功能外，如空间信息及属性信息的输入、存储与维护，数据处理，数值模拟分析与计算，地图的生成与编辑，图形属性的双向查询与空间定位，视图的管理及图层的控制，拓扑生成及空间分析，数据、图表、文件的输出等高速公路交通紧急救援管理系统还应具有如下功能“““：( 1 ) 交通事故信息采集( 2 ) 交通事故检测( 3 ) 救援方案生成与实时跟踪( 4 ) 救援联动机制与信息分析( 5 ) 救援过程中的交通诱导与控制策略( 6 ) 救援信息发布基于此，对G I S —E R M 作出如下功能模块设计：图3G I S —E R M 功能关系图面向高速公路紧急救援管理的功能主要分为5 部分：( 1 ) 检测监控模块该模块是系统运行必要的数据来源之一，主要是事故信息的采集与获取，通过与数据采集子系统之间的系统集成实现数据共享。
模块启动后可对救援过程实施实时的跟踪监控，可使指挥中心实时获取事故现场动态，协调各职能部门及救援资源，最优地完J 戊救援任务 2 ) 预案管理可靠的紧急救援管理系统以丰富的专家库和知识库作为支撑，其中包含经验性、实践性和理论性的应急预案对现有应急预案检索、修改成为必要，同时，面对新的事件类型、事件条件，必然产生新的应急预案以应对不同环境下的突发事件 3 ) 事故分析与处置从值班人员接警开始，对事故进行定位、分析，确定事故的类型与等级，从而启动相应的预案，并根据不同的参数进行优化，为领导决策提供方案支持具体功能流程如图4 ) 危化品事故处置对发生事故的危化品定位，泄漏参数、事故参数的检索，对事故进行分析，根据事故的环境，如风向等，确定化学品泄漏的影响范围和时间预测，便于决策者作出较为合理的决策晟后以专题图、报表等形式输出结果 5 ) 查询统计基于不同模式的救助资源检索、事故检索、历史事件检索，事故统计报表输出等}管基本操作帮助紧急救援事 接警f ’l 事故点监测fll◆事l o rl o r中o r接◆事 | | 事故—- 4 事故卜叫事故◆● 卜叫H T，事图4 事故分析与处置功能流程图G I S ．E R M 数据组织与数据库设计一、线性数据模型的建立高速公路作为本系统晟基本的线状实体，它是紧急救援的前提，也是本系统数据间联系的一个纽带。
下面就高速公路等线状实体在G I S 中的线性数据模型的建立进行探讨和总结在对道路交通系统的表达模型中，平面数据模型被广泛应用，并成为一个主流”模型要求在所有路段的相交处必须产生节点，即使在立交、高架或跨越情况也不例外节点( N o d e )和连线( L i n k ) 是模型的两个基本元素，所有路段上的属性直接作为连线的字段存储，由连线的连通性可自动建立路网的拓扑关系，在几何拓扑和网络拓扑关系上保持一致然而，平面强化模型通常把一条属性相同的道路分离成独立的n 段，使得数据很破碎，数据库中需要存储n ／9 相同的属性数据，存在数据冗余现象，数据完整性和一致性的维护难度增加，给数据显示、分析、统计和编辑都带来很大的麻烦同时在进行网络分析时需要遍历的节点数大量增加影响了网络分析速度在表达多模式交通网络时，其不足显得尤为明显以宁杭高速公路为例，其存在着大量的出入口匝道，若按照平面数据模型，必然存在上述种种问题基于此，本系统采用基于特征的非平面数据模型“此模型在几何上将整个道路要素作为基本建模元素对于几何数据表达，在实际的交叉路口也可以不产生交点，将整条道路作为一个几何对象存储，即除了道路的真实起点、终点外，在路线交叉处一般不产生交点“。
这样保持了交通特征的几何完整性，极大地减少了道路属性数据的重复存储，使地理编码更有效，也更真实地描绘了现实世界的交通网络( 如图6 ) 将网络拓扑数据独立表达，把网络拓扑和几何数据分离开，更有利于网络拓扑和几何数据的维护，在表达多模式的交通网络时显示出优势2 9 7图5 平面数据模型图6 基于特征的非平面数据模型对高速公路这样特殊的交通网络，包括主干道、出入口匝道、立交桥等基于以上分析，我们将建立G I S 高速公路线性数据模型，并作如下处理：( 1 )高速公路的主干道、匝道作为独立的两个图层存储和管理；( 2 )除了主干道起点、终点，主干道在出入口匝道处不产生交点；( 3 )对出入口、主干道上其它设施如信息板等的定位，采用里程桩定位系统或线性参照方法( L R M ) ：( 4 )采用动态分段方法实现行政区域对主干道的管理二、数据库设计面向紧急救援管理的G I S 处理的数据主要是道路和救援设施的窄间数据和属性数据，还有通过G P S 、摄像头和道路监视器获取的道路的实时动态信息( 归于属性数据) 空间数据包括图形数据( 与位置有关的坐标系中点、线、面的基本图形数据) 、图形空间的关联数据( 空间实体的拓扑结构数据) 。
属性数据与空间位置无关，它是对空间实体描述和说明的数据将G I S —E R M 涉及的数据库分为两类：空间数据库和非空间数据库空间数据库主要用来存储和管理以矢量数据为主的图形图像空间数据及其关联数据非空间数据库又分为业务数据库、模型知识库、文档数据库各类数据库分别建有相应的元数据库针对大量的属性数据和文件资料数据，采用关系型数据库进行管理，通过相关技术与指针实现调用和互访数据库中用表格存储多种属性数据，不同的地理实体，建立不同的属性表对于空间数据，本系统也采用关系型数据库进行管理，与属性数据不同的是，在数据库和应用程序之间需要一个专门的空间数据库引擎来完成此项工作在关系型数据库中，采用面向对象的方法进行存取和管理，即每一个对象都作为一条记录来存取空间数据具体可分为如下三类：道路层( 高速公路、普通公路等) 、道路附属物层( 监控设备、里程桩、信息板等) 、救援资源层( 交警、消防、医院等) ，每层作为一个单独的记录集( R e c o r d S e t ) 2 9 8图7 数据库设计结束语G I S —E 删系统是高速公路交通管理系统的中的一个重要子系统完善的G I S —E P , M 系统可以大大提高高速公路突发事件紧急救援的效率，缩短紧急救援响应时间，提高救援的可靠性和有效性，并能降低高速公路事故发生率。
采用G I S —E 跚系统，要想将高速公路突发事件更精确地定位于车道，就需要研究基于高速公路车道的线性数据模型此外，高速公路紧急救援管理对G I S 系统的响应时间要求很高，要缩短救援响应时间，必须缩短G I S 响应时间，如何在海量数据中快速检索与分析数据，有待进一步研究参考文献( 略)。