基于OpenLayers的应急物流决策支持平台构建及应用

江源通，苏会卫，陆 琳

（1.湖南科技大学建筑与城乡规划学院，湖南 湘潭 411201；2.桂林旅游高等专科学校，广西 桂林 541004；3.贵州财经大学，贵州 贵阳 550025）

1 引言

近几年，各类突发公共事件频繁发生，给人民和社会造成了严重的伤害。我国每年因公共安全问题造成的损失巨大，同时随着经济的快速发展，灾害发生频度以及损失程度都将进一步增加。应急物流正是在这种巨大的需求下产生的，它是以提供事故灾难、自然灾害等突发性公共事件所需应急物资为目的，以追求时间效益最大化和灾害损失最小化为目标的一种特殊物流活动，主要特征是不可预知性、紧迫性、不确定性、弱经济性和非常规性等。应急物流能否高效运作对于能否将应急物资快速、准确地送达事发地从而减轻突发事件造成的危害具有至关重要的作用。因此，近年来众多学者开始从事应急物流这方面的理论和应用研究[1-3]。虽然国内外专家学者纷纷从研究内容、保障机制、实现方法等方面对应急物流进行了深入的研究，然而有关GIS等先进技术应用于应急物流的研究为之甚少[4]。因此本文尝试运用GIS技术构建辅助应急物流决策支持的WebGIS，探讨地理信息系统的空间查询和空间决策能力在应急物流的应用研究。

目前WebGIS 的主要实现方式是通过Flex 技术结合第三方提供的API来实现的，然而随着各种地图服务器（如天地图）的兴起和发展以及Flex在开发、部署等过程中带来的不便，基于OpenLayers的实现方式渐渐突显其优势：（1）扩展性。由于OpenLayers实现了标准格式发布的地图数据访问，可以方便访问不同地图服务器发布的基于OGC 标准的服务（主流的地图服务器发布的服务都支持OGC 标准，如WMTS、WMS 等），而Flex是依据第三方提供的API进行开发设计的，因此一旦地图服务器变更，基于Flex的实现方式将重新开发设计，大大削弱了其扩展性。（2）灵活便捷性。Flex 实现技术需要借助Flash Builder编译器把源代码编译成字节码，最终生成扩展名为.swf的文件，不同于其他应急物流技术支持平台的开发方式，因此如若要在客户环境现场修改功能，则必须部署开发环境，较为不便。相反，基于JavaScript的实现方式则易与其他开发方式整合，可以即时修改功能，不必部署新的开发环境，大大提高了灵活性和便捷性。（3）第三方依赖性。基于Flex的WebGIS需要依赖第三方API，而基于OpenLayers的方式则没有这种情况。由此可见：OpenLayers作为一个完全免费、开源的专为WebGIS客户端开发提供的JavaScript类库包，支持访问以标准格式发布的地图数据，提供地图分幅和预读取功能，实现类似Ajax功能，与Flex技术相比具有其独有的优势[5-6]。因此，本文在OpenLayers的基础上以广东天地图服务和Geoserver地图服务为例构建了GIS支持下的应急物流决策支持平台，实现了多源数据的融合[7-8]。值得一提的是，应急物资多半是用于应急抢险救灾，关系到人类的生命财产和全局统筹，提高应急物流的速度能够极大限度地减轻突发事件所造成的危害[9]，因此时间效率是决定应急物流决策支持平台成功与否的关键。鉴于此，文中对大数据量背景下的系统查询效率问题进行了讨论与分析，通过多次实验验证了系统查询效率的可靠性和有效性。

2 应急物流决策支持平台实现

2.1 基于OpenLayers的WebGIS体系架构

基于OpenLayers 为客户端架构的WebGIS 系统分为显示层、服务层和数据层三个基本层（如图1所示），其中显示层是用户和WebGIS 交互的接口，服务层是整个系统的核心，负责接收和响应客户端的请求，而数据层则为网络服务提供空间数据来源。

2.2 关键技术与规范

2.2.1 WMTS规范。WMTS，即切片地图web服务，目前版本是1.0.0，它实现了WMS 规范，提供了一种采用预定义图块方法发布数字地图服务的标准化解决方案。WMTS 虽然牺牲了WMS原有的定制地图的灵活性，但是取而代之的是利用静态数据（缓存图像）增强了地图的伸缩性，大大加快了地图的访问速度。本服务中包括以下3个操作：GetCapabilities（获取服务的元信息）、GetTile（获取切片）、GetFeatureInfo（可选，获取点选的要素信息）[10]。

2.2.2 WFS 规范。WFS，即web 要素服务，提供了经过地理标记语言GML 格式封装的地理空间数据服务，支持对地理要素数据的增加、删除、更新、查询和发现等操作。本服务包含四个操作：GetCapabilities（返回Web 要素服务的元数据）、DescribeFeatureType（返回指定要素的XML格式信息描述）、Get-Feature（根据查询请求返回符合GML规范的数据文档）[11]。基于这一规范，本系统实现了属性查询和空间查询功能，实现的流程为：构造filter过滤器、生成xml格式请求参数、执行post查询请求、处理GML结果数据。

2.2.3 WPS规范。WPS，即网络处理服务，该服务提供了对地理空间数据的一系列空间几何分析操作，包括算法、计算和模型等。本服务包含三个操作：GetCapabilities（请求服务的元数据）、DescribeProcess（请求有关可运行在服务上的进程的详细信息）、Execute（运行一个由WPS服务实现的进程）[12-13]。

图1 基于OpenLayers的WebGIS体系架构

2.3 系统实现与功能描述

根据上述主要关键技术和规范，本文在OpenLayers[14]的基础上，利用JavaScript 并结合jQuery 及其相关UI 插件（jQuery Easyui等）实现了应急物流决策支持系统[15]（如图2所示）。针对应急物流的功能需求，基于OpenLayers的WebGIS系统不仅实现了放大、缩小、漫游、全图显示等基本地图功能，还实现了以下主要功能模块：

图2 应急物流决策支持平台

（1）决策支持模块。该模块有助于上级领导第一时间对突发公共事件做出正确的决策判断。系统实现了点标绘、线标绘、面标绘、文字标绘等标绘功能，并提供了标绘属性信息的编辑、标绘样式的编辑、标绘信息的保存和加载。上级领导通过标绘功能可以在地图上及时了解灾情、快速制定救援方案，社会各级机构通过标绘信息可以及时了解上级指示并迅速执行任务，从而形成“政府制定对策，各级协同实施”的应急物流响应机制。

（2）应急物资管理模块。该模块有助于对各类应急物资进行查询检索和维护管理，全面掌控资源状态。通过查询功能，不仅可以实时、准确地掌握应急物资的名称、位置、数量等情况，还可以使全社会各类物流资源得到高效的配置和利用。在突发事件发生时，通过该功能可以精确地为受灾区、受灾群众提供多方位、适时、适量的应急物资配送[16]。

（3）配送路径分析模块。应急物流注重时间效益的最大化，能否以最短的时间完成物资的配送至关重要。通过量算功能了解事发地与各物资配送中心、救援机构的距离，借助GIS 的网络分析功能进行路线的优化设计、救援队伍的安排，从而让应急救援物资以最快的时间和最低的成本运送到达目的地。

（4）事件定位模块。将突发事件在地图上准确定位后，一方面可以了解突发事件的发生时间、地点、详细情况，另一方面可以方便查找其周边资源信息，有利于整合各方力量，全面提高突发公共事件的应急反应速度和处置效率。

（5）应急物流选址模块。应急物流的选址问题在应急事件管理中非常重要，应急物流配送中心的选址一方面与经济费用相关，选址不当将付出巨大成本代价，另一方面对应急物流活动有着直接深远的影响，科学合理的选址有利于应急救援的快速响应。该模块通过GIS的空间分析功能并加入选址的考虑因素（灾害因素、人口因素、成本因素、时间因素等）对应急设施进行合理的布局，便于后续应急物流的快速响应。

（6）风险分析模块。通过GIS的缓冲区分析等空间分析功能及时了解突发事件的影响范围，查找周边潜在的安全隐患，以便为后期的应急物流实施过程进行评估。

该系统不仅具有RIA 的特点，而且利用OpenLayers 面向服务的机制实现了不同数据源的融合，即系统只要经过简单配置就可实现不同地图服务器发布的WFS 服务的访问，有利于整合各方资源运用于应急物流的决策工作，提高了应急救援的效率。

3 查询效率验证

应急物流追求的是时间效益最大化，时间效率重于经济效益，因此系统能否快速有效的显示查询结果是一个棘手的问题，尤其是在大数据量的情况下对查询效率的要求更加重要。全部加载显示的实现方式一方面对客户端的负载能力要求非常大，有可能造成浏览器崩溃，另一方面在大数据量传输方面会耗费大量的时间，严重影响效率。因此本文采用分页加载显示的实现方式，并在内外网环境下进行了实验验证。

在本地Geoserver 服务器上发布一个以PostGIS 为数据存储、数据量约为13 万条的WFS 服务[17-18]，经过系统多次测试，平均时间消耗为0.077 9s（时间损耗借助HttpWatch 工具给出）。除了在内网环境（本地）上进行测试，本文也在联网环境（2M 带宽）上进行测试，主要测试网络因素对查询效率的影响。通过多次调用天地图发布的WFS服务得知平均时间消耗约为1.4s。综合以上实验结果分析：无论地图服务器部署在外网或是内网、数据量大或小，本系统所采用的分页加载显示机制都能够快速有效的对查询结果进行显示，满足了应急物流决策工作的需求。

4 结束语

突发公共事件给人类社会造成了重大危害，应急物流的目的则是消除或减轻它所带来的危害。目前，我国的应急物流仍存在较大问题，其中一个主要的问题是应急物流信息化程度普遍偏低，地理信息等先进技术还未在该领域得到广泛的应用，因此本文充分利用OpenLayers 的优势和特点，引入GIS技术，利用JavaScript/Ajax实现了应急物流决策支持平台，并在内外网环境下对其中的查询效率进行了多次实验验证，确保了系统的高效运作，有助于政府领导准确分析和判断事发情况，做出科学合理的决策指挥。虽然GIS在应急物流领域的应用还偏少，但随着GIS和应急物流的不断发展，应急物流越来越需要GIS空间决策能力的支持，因此GIS在该领域的应用也将会越来越广。

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