基于GIS的城市道路应急资源评估与应用探究

本文是工程管理论文，在评估体系的基础上建立了交通应急资源评估WebGIS系统，为交通行业应急管理提供了帮助。本文主要的研究工作与成果如下：（1）整理并分析了常见的城市道路应急资源数据，形成了应急力量布控图和灾害事故分布图。对应急资源数据进行数据清洗后，通过桩号解析算法，赋予应急资源数据经纬度坐标，将难以处理的空间语义转换为易于分析的空间位置信息。再通过ArcGIS分析应急资源数据的空间分布特征与属性数据特征，初步了解北京市的应急力量和灾害事故的布控，为接下来建立评估体系和WebGIS系统提供了数据基础。（2）建立城市道路应急力量和事故风险的评估模型，定义了应急力量指数EP和事故风险指数AP。阐述了城市交通应急资源评估的必要性，介绍了常见的评估方法的计算流程、优缺点和应用，利用层次分析法和G1赋权法并结合归一化方法，计算权重建立了道路应急力量和事故风险的评估模型。（3）基于网格阵点、下凹式立交桥、行政区划实现对评估模型进行多维度评估应用与可视化分析。通过热力图、三维柱状图和风险地图对评估结果进行了可视化分析与对比，并分析总结了各种评估方法的优劣。本文的主要研究目标是：以北京市内的城市道路应急队伍数据、应急探头数据、应急预案等数据、突发事件数据、灾害事故数据等数据以及北京市行政区划轮廓、北京市路网、网格阵点等要素的矢量数据等作为研究的数据基础，依据处理后道路应急资源数据之间的时空关系，综合运用层次分析法、G1赋权法并结合文献研究和数理统计的方法，构建道路应急力量评估模型和事故风险评估模型

第一章绪论

如何评估解决由于灾害事故和突发事件所带来的交通应急问题的应急能力和突发事件发生的事故风险，是城市管理者与相关行业人员不得不考虑的重要问题。因此，本文将以交通应急资源评估和应用为目标，建立交通应急力量和事故风险的评估模型，并进行多维度评估应用与可视化分析，在此基础上研发基于评估模型的交通应急资源评估系统，以期为城市道路应急工作服务。本文通过对于交通应急资源评估的研究，第一，提升了交通行业在面对自然灾害与突发事件的能力，完善了应急救援力量，提高了城市处理突发事件的效率。将事故灾害信息、应急队伍驻点信息、应急物资信息、应急资料与预案信息整合到一起，借助WebGIS技术，将应急调度、应急资源和应急事件整合到一起[24]。第二，通过Arcgis软件整理与分析北京市内的城市道路应急资源数据，形成北京市应急力量布控图与灾害隐患分布图，为评价模型的建立提供数据支持[25]。第三，对比常见的应急评估方法，选择合适的评估方法和评估指标，得到交通应急力量和事故风险的评估模型。再以网格阵点、下凹式立交桥、行政区划为模型应用对象，通过WebGIS技术，将评估模型的评估结果以不同形式进行可视化展示，并分析其中的相关规律；在此基础上，建立基于WebGIS的交通应急资源评估系统，进行应用验证。

研究数据基本情况

第二章应急资源数据处理与特征分析

2.1数据支撑

本文以2017年1月1日到2018年12月31日两年期间的北京市城市道路突发事件数据、灾害事故数据、应急队伍数据、应急探头数据、应急预案数据等以及北京市各项要素的矢量数据等作为研究的数据基础。研究数据的基本情况如表2-1：这些数据均为从相关单位采集到的原始数据，具有冗余度高、噪点数据多、只有桩号没有坐标等特点。在进行研究工作之前，需要对这些数据进行清洗、存储等处理工作。word格式的文件，例如应急队伍和应急预案，需要将重要信息提取成excel格式，按照excel文件的处理形式进行处理。shp格式的文件，例如区划边界、网格阵点等，需要通过Arcgis转成json格式，以外部js文件的形式接入MyEclipseProfessional平台中进行研究。在评估模型的基础上，量化单一区域的交通应急力量，量化结果通过热力图和风险地图的方式可视化，让用户比较各区域交通应急力量和事故风险差异，从而进行调度，加强防范[26]。在发生灾害或事故时，可以及时解决突发事件，降低突发事件的影响，从而减少突发事件造成的损失[27]。因此，对基于上述评估模型的交通应急资源评估系统进行研究及应用，将会对交通突发事件发生时的应急救援力量的布控与调度提供帮助。

数据清洗流程

2.2数据处理

数据清洗手段包括填补遗漏数据、消除异常数据、添加位置数据和统一数据格式等，主要用于解决数据感兴趣属性缺失、数据中存在错误或异常、数据没有位置坐标、数据多格式的问题，数据清洗流程如图2-1所示。数据清洗主要分为四步：第一步是通过人工操作来对数据进行查漏补缺，填补遗漏数据和消除异常数据。因为数据主要是通过日常上报汇总得到数据，存在数据错位或者数据缺失的情况，需要先进行数据的查漏补缺，再可以方便进行桩号解析和格式转换的工作。第二步是统一数据格式，主要是将excel、word、shp等不同格式的文件转换成适合存入Oracle数据库的格式。excel格式数据，例如突发事件数据和灾害事故数据，需要先转成csv格式，再在数据库创建表头来存储。第三步是添加数据坐标，主要是通过js编写的桩号解析工具来完成。因为数据上报的位置格式是依据桩号来上报的，例如G108京昆线k37+260。桩号在gis研究中是不能直接使用的，需要将其转换成经纬度来方便研究。首先通过”k”这个字符，将G108京昆线k37+260分为”G108京昆线”和”k37+260”,通过前段”G108京昆线”在WebGIS中调出G108京昆线这条有方向的道路，并返回道路上所有节点到起点的里程，如图2-2（a）所示。通过后段”k37+260”可以计算出该处到起点的里程，”k”表示km，”k37+260”即表示里程为37260米。通过快速选择排序算法来计算将各节点到起点的里程与桩号点到起点的里程来进行比较，选择出距离桩号点最近的节点，获取该节点的经纬度，如图2-2（b）

第三章道路应急资源评估模型的建立............................................................17

3.1城市应急资源评估的必要性分析.............................................................................17
3.2评估方法概述.............................................................................................................17
3.3评估模型搭建.............................................................................................................20
3.4评估模型的应用.........................................................................................................24
3.5本章小结.....................................................................................................................26
第四章多维度评估应用与可视化分析............................................................27
4.1基于网格阵点的应用与热力图可视化分析.............................................................27
4.2基于下凹式立交桥的应用与三维柱状图可视化分析.............................................29

4.3基于行政区划的应用与风险地图可视化分析.........................................................30

4.4本章小结.....................................................................................................................33
第五章基于评估模型的交通应急资源评估系统............................................34

5.1系统架构和软硬件环境.............................................................................................34
5.2系统功能实现与测试.................................................................................................36
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第五章基于评估模型的交通应急资源评估系统

5.1系统架构和软硬件环境

本章在应急力量和事故风险评估模型的基础上，应急队伍数据、应急探头数据、应急预案等数据、突发事故数据、灾害事故数据以及北京市各项要素的矢量数据等数据，进而编程实现基于评估体系的交通应急资源评估WebGIS系统，实现风险热力预警、风险区域识别、应急力量对比、应急资源评估、事故应急演习、应急数据管理六个功能模块。交通应急资源评估WebGIS系统采用B/S架构，系统的结构主要分为5层，包括用户管理层、系统应用层、系统业务层、系统逻辑层以及系统数据层。系统的设计体系采用标准规范体系和安全运维保障体系。系统架构图如图5-1所示。（1）用户管理层：这一层主要面向相关的用户，例如，管理人员、巡检人员、调度人员以及其他人员等。用户可以通过Https请求完成登录和退出系统，得到系统功能的支持，实现数据的交换与操作。（2）系统应用层：这一层主要满足用户的一些基本操作，例如，应急资源评估、隐患风险分析、隐患区域识别、隐患点与资源点的信息查询与评估、应急调度路线规划等。（3）系统业务层：这一层主要是满足用户的功能需求。本系统主要分为风险热力预警、风险区域识别、应急力量对比、应急资源评估、事故应急演习、应急数据管理这六个模块。（4）系统逻辑层：主要包括交通应急资源评估可视化、应急资源的分布式存储和查询、专题地图的可视化渲染、应急事件指挥调度等后台逻辑判断.（5）系统数据层：这一层描述了系统数据的存储。系统根据编码标准、共享标准和管理机制来处理获取的数据。数据的种类主要有：应急队伍驻点数据、隐患点数据、路网数据、高速摄像机数据等。处理后的数据将储存在专题数据库中。（6）标准规范体系：遵循国家电子政务有关标准、行业要求等各类信息化标准规范，为各平台内部数据采集管理，平台之间及系统外部数据信息交换和共享提供技术规范。（7）安全运维保障体系：为保证平台运行提供统一的安全认证、运行管理、维护管理等服务[59]。

5.2系统功能实现与测试

根据前文所述系统总体设计，交通应急资源评估WebGIS系统的功能可分为风险热力预警、风险区域识别、应急力量对比、应急资源评估、事故应急演习、其他功能六个功能模块，以下将阐述六个功能模块的主要设计思路和运行结果。二维风险地图是依据第四章第三节中各乡镇的事故风险指数AP值，匹配北京市乡镇区划地json文件后，对各乡镇行政区域按AP值值域进行分级渲染，得到的结果，如图5-3所示。在图5-3（a）中展示的是北京市整体地城市道路事故风险情况，可以看出北部地区和西南部地区的事故风险在全北京是颜色较红，说明该地区的事故风险指数较高，需要加强城市道路突发事件的预防。在图5-4（b）展示的是房山区各乡镇道路事故风险情况，因为区域由北京市切换到了房山区，AP值分级渲染的只与范围发生了变化，各乡镇的颜色也相应改变。可以看出房山区西北部地区事故风险AP值相对整个房山区而言是偏大的，在进行资源部署时需要加以倾斜。三维风险地图则是在二维风险地图的基础上，结合三维建筑物的白盒模型shp数据，进行了颜色编码的分级渲染。首先将各乡镇区划的json数据与白盒模型各区域匹配，再将各乡镇的颜色编码赋值给对应区域建筑物，便可得到三维风险地图，结果如图5-4所示。相对于二维风险地图，有了建筑物的参考，应急人员可以更方便的对各区域进行识别，便于应急工作的开展。

第六章总结与展望

在城市道路应急资源评估模型和可视化方法的基础上，利用现有的城市道路应急数据，建立了交通应急资源评估WebGIS系统。系统实现了风险热力预警、风险区域识别、应急力量对比、应急资源评估、事故应急演习和应急资源管理等功能，研究成果可为交通行业人员在日常管理和突发事件发生时的指挥调度提供帮助。本文针对城市道路应急资源进行研究，初步利用层次分析法和G1赋权法建立了评估模型，确定了量化指标，同时利用可视化方法对评估结果进行了量化。但就目前的研究而言，仍然还存在一些地方可以继续改进和深入研究。（1）评估体系的建立。本文利用层次分析法建立了评估体系，对交通应急力量开展了评估，得到了各个指标的权重。但是评估体系还是比较简单，计算的权重还不够精确。另一方面，评估指标的量化采用了较为简单的归一化方法，得到的分值较为弹性。可以考虑更多的指标和评估方法，指标量化可以选择更严谨的方法，使得评估模型更加科学化与实用化。（2）可视化方法的选择。本文中虽然利用三种可视化的方法对于交通应急力量评估结果进行了展示，使得城市区域内各个地方应急力量的布控更加直观。但是可视化效果的美观程度仍然不够。因此，在接下来的研究中，可视化方法的选择与参数的设置上需要进一步深入研究。（3）WebGIS系统的实现。由于系统中数据种类比较单一，主要考虑了常规的灾害应急和突发事件，对危化品运输、人群聚集、避难疏散等情况没有涉及。因此，未来可以把更多的情况考虑进去，使得系统更加完善。

参考文献（略）