交通应急指挥调度“一张图”系统研发

何海斌， 张健钦， 郭小刚， 王 青

(1.北京建筑大学 测绘与城市空间信息学院， 北京 100044； 2.北京语言大学 信息科学学院， 北京 100083)

交通作为一个国家的血脉，在给予国家经济和人民生活重要帮助的同时，也经历着考验. 自然灾害对交通行业的正常运营和维护带来了极大的冲击和破坏. 暴雨导致的洪水灾害和城市内涝是影响交通行业的重要灾害，是自然灾害中普遍高发的灾害之一. 北京是一个城市内涝、道路积水多发的城市，如何做好首都的防汛应急，是许多专家学者探究的问题. 暴雨导致的自然灾害若没有及时处理，或者应急响应迟缓，则会导致灾害持续时间延长，造成更大的损失[1]. 防汛应急工作对指挥调度的时效性和交互性要求比较高，这便对防汛应急系统的研发增加了难度[2].

我国交通信息化已取得很大成效，但随着智慧交通建设的日益加快，目前的应急系统已不能较好满足交通应急指挥调度的需求. 传统的交通应急系统习惯将应急事件、应急资源、应急指挥分别展示，三者交互性不强，对防汛应急工作的开展造成很大阻碍[3]. 因此，本文以交通防汛应急为主要目标，集成ActiveX音视频插件、GeoServer地图服务、Oracle数据库技术和Java Web开发技术，以近两年北京市交通行业应急人员数据(应急队伍、专家)、交通设备数据(道路监控、下凹式立交桥、雨水泵站)、应急隐患数据(道路积水隐患点、地质灾害隐患点)和应急事件数据作为数据支撑，将应急事件、应急资源、应急指挥三者进行融合，设计并实现了交通应急指挥调度“一张图”系统.

1 关键技术

1.1 “一张图”融合技术

将应急事件、应急资源和应急指挥三者以“一张图”的形式进行可视化展示，首先需要构建应急资源专题地图，再在其基础上嵌入应急事件预警模块和应急指挥调度模块，才能构成应急指挥调度“一张图”.

1.1.1 应急资源专题地图

应急资源专题地图的实质是多要素、多数据的集中展现，是集信息融合、数据可视化的一种专题地图[4]. 该图展示了应急人员、交通设施、应急隐患、应急事件图层的基本信息，并叠加了交通实时路况信息图层，为“一张图”提供了数据基础.

1.1.2 应急事件预警模块

通过手机APP或指挥中心服务器上传应急事件信息，经Oracle数据库实时更新预警模块，将最新的应急事件在“一张图”上以窗口通知和动态点渲染2种形式进行应急事件的预警，通过模态框交互可以进一步对事件进行初报、续报、终报的业务处置.

1.1.3 应急指挥调度模块

接收到预警信息后，在专题地图的基础上，通过ActiveX插件，可以完成应急事件接报—应急事件处置—周边队伍查询—视频指挥调度的应急调度全流程作业，如图1所示[5].

图1 突发事件处置过程Fig.1 The incident handling process

1.2 音视频通讯和实时位置接入技术

系统的音视频通话和实时位置接入功能是通过C++语言开发的ActiveX插件实现的，通过使用 ActiveX插件，可以很快在网址中加入自己开发的功能. 系统充分利用了ActiveX 的技术优势，实现了音视频通讯、实时位置接入的功能，将应急人员的位置信息实时传输到系统前台，使指挥人员在查看应急人员位置的同时，可以即时与应急人员通过音视频通讯进行指挥调度[6].

1.3 底图及图层发布技术

系统的底图和图上的要素图层通过GeoServer服务发布. 系统将矢量地图和存储到Oracle数据库中的多元应急资源数据，通过GeoServer地图服务以图层形式进行发布，并允许用户对特征数据进行更新、删除、设置操作. 之后便可以通过访问服务地址进行设置与调用，并在地图上进行渲染. GeoServer高度自由的地图元素符号设定，满足了特定应急资源使用专属符号的要求[7].

2 总体设计

2.1 系统体系构建

交通应急指挥系统采用5层体系结构，分别为：用户管理层、系统应用层、系统业务层、系统逻辑层、系统数据层，如图2所示.

图2 系统的层次模型Fig.2 The hierarchical model of system

1)用户管理层：系统服务于交通行业管理人员、调度人员和巡检人员等用户，通过HTTP请求输入账号密码接入系统，获得系统功能支持，同系统进行数据交换.

2)系统应用层：满足用户所需的各项操作，如事件报送、预警发布、资源查询、周边队伍查询、路径规划、视频对讲等前台交互功能.

3)系统业务层：本系统采用B/S (Browser/Server)架构，在应急指挥“一张图”的基础上，分为首页、事件应急、资源管理、隐患点管理、统计分析、信息简报6个模块.

4)系统逻辑层：主要包括交通路况信息可视化、应急资源的分布式存储和查询、专题地图的可视化渲染、音视频通讯服务的调用、应急事件报表定制和生成等后台逻辑判断.

图3 系统的功能模块Fig.3 The function module of system

5)系统数据层：系统基于编码标准、共享标准处理采集到的数据，并且存储Oracle数据库中，主要包括路网矢量信息、实时路况信息、应急人员信息、应急事件信息、交通设施信息、应急隐患信息、应急事件信息等[8].

2.2 系统功能设计

本系统从城市应急通用系统功能出发，进行系统架构设计，主要功能模块如图3所示：

1)首页模块：具有预警信息发布、雷达图降水图接入、音视频通讯卫星图街道图切换、实时路况展示并预测、应急资源展示、桩号解析、音视频通讯、短信发布、视频会议生成等功能，并可以支持应急指挥调度“一张图”大屏展示的需求.

2)事件应急模块：将突发事件处置流程结合具体业务分为初报—续报—终报3个环节. 同时还可以查询已录入突发事件周边应急资源的分布情况，并可以叠加当前路况信息，生成到周边驻点到事件点的实时最优路径，达到辅助工作人员处理突发事件的目的.

3)隐患点管理模块：对道路积水、地质灾害等突发事件多发的隐患点路段进行基本信息的查询、新建、更新、删除等维护操作，同时可以对隐患点周边的驻点进行统计.

4)资源管理模块：对队伍驻点、下凹式立交桥、雨水泵站、道路视频、专家等应急资源的基本信息进行查询、新建、更新、删除的维护管理，同时可以生成指点范围内的资源报表.

5)统计分析模块：分为总体情况分析、基本情况同比环比分析、突发事件原因分布分析以及突发事件地域分布分析. 事后对突发事件的进行统计分析，以报告+统计图+表格的形式输出.

6)信息简报模块：该模块分为防汛时报、降水量表、天气简报、其他文件4个信息专栏，支持预案、文件的上传和下载. 同时关联了4个突发事件处理过程中常用的网址，便于辅助决策[9].

2.3 系统数据库设计

将调研得到的近两年北京市交通行业应急资源与事故灾害风险源数据，根据系统6个子模块的功能需求，并结合GIS相关内容与可视化展示需要，建立相应数据库并构造表空间. 其中文件和图片以相关路径链接的形式存储进Oracle数据库，文件和图片存储在服务器中，加载时通过访问相对路径进行调取. 具体说明如表1所示：

表1 数据库中数据表说明

3 系统功能介绍

根据上文系统架构和数据库表空间设计，在MyEclipse软件开发环境下，基于GeoServer地图服务、ActiveX插件进行开发，然后按照不同模块所需要实现的功能进行详细开发设计. 本系统设计的特色功能如下：

3.1 首页模块

3.1.1 应急资源专题地图

通过桩号解析和GIS定位，对调研得到的多源应急资源EXCEL数据进行预处理，分类并存储到Oracle数据库，通过GeoServer地图服务进行图层发布，在网页端对服务地址进行加载并渲染. 指挥人员在图上一目了然地看清应急人员、交通设施、应急隐患、应急事件等的空间分布情况. 可通过右上角图层控制对相应图层进行的开关设置，并在地图上叠加实时路况(以绿、黄、红进行区分)，如图4所示，图中可以看出，当前在西二环和东二环拥堵情况较严重，为红色和黄色.

图4 资源“一张图”Fig.4 The “one picture” of emergency resources

3.1.2 指挥调度“一张图”

在应急资源专题地图的基础上，嵌入应急事件预警模块和指挥调度模块，构成了指挥调度“一张图”. 巡检人员通过手机等方式发布突发事件信息传入Oracle数据库后，系统会通过后台接口接收，以事件通知的形式在左上显示，并在图上以跳动的红色感叹号预警，点击后可查看事件详情. 点击图上人员图层要素，可以调用ActiveX插件，通过云端服务器，与防汛队伍人员进行短信发送、音视频通讯、发起视频会议(图5)、发布调度指令. 指挥人员在查看应急人员位置的同时，可以即时与应急人员通过音视频通话进行指挥调度. 也可以调取道路监控，查看实时情况.

图5 视频会议功能展示Fig.5 The display of video conferencing function

3.2 突发事件模块

3.2.1 突发事件周边资源查询

点击左上突发事件预警信息，便可输入缓冲区查询半径，在地图上绘制圆形缓冲区，通过要素叠加分析，捕获缓冲区内应急资源信息，包括突发事件、队伍驻点、隐患点、雨水泵站、下凹式立交桥、视频监控要素等，以表格的形式在下方生成，如图6所示，可以在图中看到该突发事件10 km范围内中只有2个瑞通五处的队伍驻点，相应设备明细在表格的最右边. 点击相应的行，会跳转到该资源点或队伍，可以查看详情或者通过ActiveX插件进行语音视频连线.

图6 缓冲区查询功能展示Fig.6 The display of buffer query function

3.2.2 最佳路径生成

点击左上窗口突发事件预警信息，在定位的同时，通过后台路径分析，会分别运算出距离突发事件距离最近、时间最短的5个队伍驻点信息，在左侧中部窗口显示. 点击相应队伍驻点，会显示通过路径分析得到的该队伍驻点到突发事件的最优路径，并在右下方生成路径面板，如图7所示. 在图中右下角可以看到该瑞通二处队伍驻点到白马路上突发事件的具体路径说明，方便操作者进行指挥调度.

图7 最优路径生成功能展示Fig.7 The display of optimal path generation function

3.3 隐患点管理模块

隐患点管理是围绕风险隐患点的日常管理、风险事件的识别、风险后果的评估，主要包括积水隐患点和地灾隐患点，可以看出隐患点在地图上的分布，可以提出降低风险事件发生的风险规避建议，如图8所示. 在图9中关闭了隐患点的聚类，可以看出，黄色的地质灾害隐患点主要集中在北京市的延庆、密云、平谷、门头沟4个区，这4个区在汛期应该加强山体滑坡、泥石流的预防工作. 而蓝色的道路积水隐患点主要集中在朝阳区和丰台区，这2个区在汛期应加强道路积水的防范工作.

图8 隐患点管理模块Fig.8 The hidden point management module

图9 积水地灾隐患点总览Fig.9 The overview of the hidden dangers of waterlogged land

4 结论

本文采用WebGIS技术，研发构建面向城市交通行业的应急指挥调度“一张图”系统，提出将应急事件、应急资源和应急指挥三者以“一张图”的形式进行融合，进而实现了分析、监控、指挥、调度的一体化. 本文通过“一张图”技术，将多种应急事件操作融合在一个交互界面内，使调度者在短时间内能完成应急调度全流程作业.

研究发现：系统将应急事件、应急资源和应急指挥三者融合后，与传统的应急系统相比较，应急响应的时间得到了缩短，应急处置的效率得到了提高，进而降低了应急事件升级扩大的可能，减少了应急事件处置过程中造成的损失，为智慧交通在服务防汛应急的过程中提供了科学的辅助决策. “一张图”融合技术在交通应急指挥调度系统中的应用，为智慧交通的建设提供了经验和技术积累，在一定程度上提高了交通应急系统智能化的水平.