挑战杯基于Web GIS的应急物流联动机制与公共信息平台的构建Word文档下载推荐.docx
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2.1GIS的技术特点9
2.2GIS数据库内容设计10
2.3GIS数据库逻辑模11
2.4GIS数据库的物理模型13
3GIS共享平台的建立14
3.1建设流程14
3.2软件选型和软件开发16
3.3关键技术16
43S集成技术在应急物流配送中的应用19
4.1GIS与RS的集成19
4.2GPS与RS的集成20
4.3GPS与GIS的集成21
5基于GIS技术的应急物流模块系统22
5.1系统设计的目标22
5.2系统的工作原理22
5.3车辆定位功能模块24
5.4路径优化功能模块24
5.5路径引导功能模块25
5.6地图匹配功能模块26
5.7人机交互功能模块27
6线路划分与单车线路优化求解算法关键源代码分析28
6.1Dijkstra算法源代码分析28
6.2Dijkstra算法的完整实现版本算法的源代码29
结论36
参考文献37
前言
城市化进程的加快使人口和经济高度聚集，各种突发事件的危害程度、危险系数也明显提高。
突发事件造成巨大的人员伤亡和经济损失，必然需要调动大量的物资和人力进行救助，因此往往会跨区域大规模的组织物流行为。
应急物流是指以提供自然灾害、公共事件等突发性应急事件所需物资为目的，以追求时间效益最大化和灾害损失最小化为目标的特种物流活动，旨在消除或缓解突发事件的影响。
社会信息化进程的加快，促成了政府、企业和个人对空间信息需求的不断扩大；
计算机科学技术、无线网络技术的日新月异为地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）的应用带来了无穷的活力，以移动智能终端为载体的移动GIS已成为地理信息系统的一个新的研究领域。
应急物流具有如下四个突出的特点：
突发性、不确定性、若经济性和非常规性。
基于应急物流的如上特点。
为了保护应急物流配送车辆顺利完成任务，减少其配送事件，提高安全性，对于应急物流配送车辆导航定位系统的研究具有极其重要的意义。
本文根据应急物流业务的需要，建立跟踪与应急决策系统，对物流过程中涉及的问题如即时跟踪和车辆的动态监控、第三方物流公司的选择、应急预案决策的生成等都进行了有效的模拟和实现。
本文重点讨论基于移动GIS的应急物流决策优化以及面向应急物流的移动GIS。
1我国应急物流发展现状
1.1应急物流产生的背景
尽管当今世界科技高度发达，但突发性自然灾害、公共卫生事件等“天灾”，决策失误、恐怖主义、地区性军事冲突等“人祸”仍时有发生，这些事件有的难以预测和预报，有的即使可以预报，但由于预报时间与
应急物流发生时间相隔太短，应对的物资、人员、资金难以实现其时间效应和空间效应。
从宏观层面上看，从我国唐山大地震到美国“911”事件，从到SARS、“禽流感”到近年频发的矿难，人们在突发事件目前表现出的被动局面均暴露出现有应急机制、法律法规、物资准备等多方面的不足，而我国属于自然灾害高发国家，公共卫生设施、国家处突的经验等方面均存在诸多亟待改进的地方，急需对应急物流的内涵、规律、机制、实现途径等进行研究。
从微观层面来看，一方面企业决策所需的信息不完备以及决策者的素质限制等原因，任何决策者都无法确保所有决策均正确无误，另一方面，因道路建设断路等使货物在途时间延长、交货期延长，因信息传递错误而导致货到而不能及时提取等也会产生应急需求，企业迫切需要制定预案，对不可抗拒的和人为造成的紧急状况进行有效地防范，将应对成本降到最低。
1.2应急物流的发展状况
通过对欧美与我国应急物流现状的比较可以发现：
由于欧美国家对应急管理体系建设的比较早，所以各方面明显优于我国，表现为：
完善的应急管理协调机制，成熟的应急管理行动流程，完善的应急管理法律和应急管理平台。
而我国现有的救灾管理体系是实行政府统一决策，各部门按决策和职能分工负责、互相配合；
以地方政府为主；
按行政区域统一组织指挥，统一调配人力、机械和物资；
军队在抢险救灾中发挥着主导作用，由于军队是一个服从指挥、组织严密、机动力强、反应迅速的具有强大战斗力集体。
在我国的救灾物资管理体系中，救灾物资主要来源于中央救灾物资储备库和未受灾地区的社会捐赠，救灾物资的收集、运输、管理、发放主要依靠各级政府。
现在的救灾物资体系虽然发挥了巨大的作用，但在突发性重大灾害的紧急救助方面也会表现出明显的不足。
由于捐赠物资缺乏有效地统一调配管理方法，使得救援物资的发放就会出现物品发放重复或不足、人员调配的混乱等众多的矛盾和冲突，造成了救灾物资和救灾人力的不必要的浪费。
1.3应急物流的发展及其特点
应急物流是由突发事件引起的，所以它最明显的特征就是突然性和不可预知性。
应急物流的时效性要求非常高，必须在最短的时间内"
以最快的流程和最安全的方式来进行应急物流保障，通常使用的一套物流运行机制已经不能满足应急情况下的物流需要"
必须要有一套应急的物流机制来组织和实现物流活动。
相对于平日物流量比较平稳的特点而言，应急物流则是高峰物流。
物流量显著增加，服务功能进一步增强，要求做到更加及时、准确、保质保量。
应急物流呈现出以下特点：
1）物流量大幅增加。
物流量是伴随着消费需求的变化而增减的。
为满足日益高涨的消费数量，应急物流量也较平时大幅增加。
2）时效性强。
应急物流对时效性的要求非常的高，比如，玉树地震、汶川地震、重庆武隆山体垮塌事故及其他的一些灾害与事故，都要求在非常短的时间内，要把尽可能多的救灾物资运送到灾民的手中，特别是在严冬等恶劣自然条件下，时间显得就尤其突出。
3）不确定性。
应急物流的不确定性源于突发事件的不确定性。
存在着与竞争对手的恶性竞争和供不应求、通货膨胀、自然灾害、社会动荡等多种不确定因素。
由于人们无法准确地估计突发事件的爆发时间，持续时间，因而，应急物流的不确定因素特别多。
特别是自然灾害以及瘟疫这样的突发事件，不确定因素特别的多，就需要我们果断的采取措施来尽可能的减小灾害造成的损失。
4）弱经济性。
在发生突发事件时，比如说汶川地震、重庆武隆山体垮塌事故以及众多的矿难事故时，我们首先想到的是如何救人，如何把被困群众及时的救出，送到附近的医院，以保证群众的生命，而不是考虑在救助过程中的经济性。
为了救出被困群众，可以说是不惜一切代价的，因而具有弱经济性。
1.4应急物流存在问题
（1）应急物流不计物流运作成本和代价
危机一旦发生，各级政府就会组成相应的危机处理领导小组，以危机的及时处理作为压倒一切的中心工作。
这种运作机制是一把“双刃剑”。
一方面，以行政强制力为基础，统一组织指挥应急物流保障活动，整个物流运作流程表现得更加紧凑，确保了所需应急物资迅速到位，对危机的及时解除起到了物资保障作用。
另一方面，由于没有正规化、法制化的应急保障机制，全民齐上阵，整体秩序紊乱，应急物流成本高、效率低、遗留问题多。
（2）应急物流配送指标体系不健全
目前，我国各地（市）国防动员委员会都建立有相应的交通战备办公室，但现行体制不尽合理。
交通战备办公室只对本地（市）交通道路、运输专业人员和运输机具的数、质量等情况有个大概的了解和掌握，而不能对辖区所属专业人员、器材物资、运输机具进行区分配置和组建交通战备保障力量，更不能明确战时任务和实施战时保障计划，从而导致了应急保障能力差。
（3）应急物流法规体系不健全
目前国内尚没有任何法规性文件对于应急条件下交通线路的维护和抢修、临时场（站）建设等方面的领导体制、相关设备的征用、预案的制定、实施的程序、补偿和抚恤、经费保障以及平时演练等方面进行规范，导致了应急物流交通运输保障“无法可依”。
长期以来，国内大部分地区多以铁路和公路作为物资输送的主要形式。
由于经济发展水平的不平衡，物流运载的区域差别相当大。
运输工具的落后严重影响了应急物流的运输保障效率。
（4）应急物流信息化程度偏低
当前世界上一些发达国家已经在使用一些先进的信息系统来处理非常规情况下的各类数据和信息。
国内一些信息学专家在评价信息化在SARS疫情中的作用时，都以美国作为例子。
他们指出，美国是全球人流、物流最频繁的国家，面对这场传染性极强的疫情，其境内病例却一直保持在两位数。
从目前掌握的情况来看，美国高度发达的信息化水平功不可没。
（5）应急物流指挥体系不完善
应急物流往往同时涉及部队与地方，由于部队内部没有建立绝对权威的组织指挥机构，外部也没有建立军地联合的指挥体系，这样就造成了应急物流的联系渠道不畅、多头指挥、各自为战、责任不明，严重制约了应急物流的效率和效果。
2基于GIS的配送车辆调度系统的设计与实现
2.1GIS的技术特点
导航系统主要组成分为硬件、软件和电子地图三大部分。
导航用电子地图是整个导航应用体系的核心，包括基础地理信息相关的背景数据、道路交通、各种兴趣点以及实时信息数据。
基础地理数据包含道路、地名、水系、居民地、境界、铁路等信息，这些信息是导航应用不可缺少的基础信息。
表1所示导航电子地图与基础地理数据在数据内容、数据组织结构、拓扑关系、数据的准确性等方面的差异。
表1基础地理数据与导航电子地图的对比
基础地理数据
导航电子地图
数据内容
◆以同样的重要程度描述地表地物特征，着重表达各类要素的位置、形状和基本属性
◆主要刻划道路网络信息，充分表达道路交通关系及各类POI信息
数据组织结构
◆用“比例尺”的概念来描述地图对现实世界不同详尽程度的表达
◆不同比例尺数据按照相应图幅组织
◆较小比例尺要素通常需进行“综合取舍”，以消除对空间对象繁杂细部的表达
◆道路与POI数据的描述与表达无比例尺的概念
◆数据集的存储分区和图层按照路径优化、地址查找及决策支持的效率进行组织
◆不同详细程度、不同综合程度、不同抽象程度的数据在应用时需要建立相互之间的链接关系
托补关系
◆通常定义数据中点、线、面的拓扑关系
◆不表达道路之间的交通关系
◆表达道路网络的连通关系
◆表达道路之间的交通关系，包括优先、禁行、限制等
准确性要求
◆1:
1万精度5M，1:
5万精度25M
◆现势性：
根据经济建设需要几年更新一次
◆动态性：
无
◆城市导航定位精度不低于5M，城际导航定位精度不低于25M
一般以每年4次或更高频率更新
动态交通信息非常重要
导航的重心是道路及与道路相关的地名与交通数据，道路数据必须客观、完整地表达现实世界中道路连通关系。
由于基础地理数据并非面向导航应用，因此其道路数据无法很好地满足导航应用需求，体现在：
1）基础地理数据中的道路以道路中心线表示，而在导航应用中有物理或法定隔离带的道路需要按照交通流方向表达道路上下行关系。
2）基础地理数据中立交桥以点或图示符号的方式表示，不表达立交桥匝道与其它道路的连通关系
3）基础地理数据在表达两条或数条道路的交叉处时，不论道路在此处是平面交叉还是立体跨越，在图面视觉上能够得到反映，但在数据上不能反映或没有完备的模型描述道路连通关系。
这些问题在利用基础地理信息生产导航电子地图的时候，必须进行要素重构，有些还需要实地调查测量进行补充和完善。
2.2GIS数据库内容设计
由于基础地理数据与导航电子地图共享平台在数据内容、数据组织结构、拓扑关系等方面存在差异，因此需要对基础地理数据进行加工处理生成导航电子地图共享平台，亦即导航应用的电子地图共享平台是在基础地理数据的基础上经过加工处理生成的面向导航应用的基础地理数据集，主要包括道路网络数据、POI（兴趣点）数据、地址数据与背景数据。
我们在导航电子地图共享平台的建设过程中，根据导航应用对数据内容详细程度要求的不同，划分为城际与城市两个表达区域。
城际导航的主要数据源为1:
5万基础地理数据；
城市导航的主要数据源为1:
1万基础地理数据。
（1）从内容的划分上说，导航应用的电子地图共享平台由以下四部分内容构成：
A．道路网络数据：
满足导航应用的拓扑需求，能够完整表达道路间的连通关系，真实反映交通流的实际通行情况，同时还包含桥梁、隧道、加油站、收费站、高速公路出入口、服务区、车渡等道路附属信息；
B．POI数据：
包含各类与导航定位相关的各类社会经济设施
居民地名称：
城市小区、村庄、农场、林场及渔、牧业点等；
企事业单位名称；
交通要素名：
空港、机场名、海港名、内河港口名、渡口名、铁路车站名、地铁站名等；
纪念地和古迹名：
公园、古建筑、纪念地等；
C．地址数据：
包括地址名称、地址拼音、所在行政区划名称；
D．背景数据：
包括行政区划、水系、铁路、居民地、植被。
（2）从数据尺度上说，导航电子地图共享平台由城际导航电子地图共享平台与城市导航电子地图共享平台构成。
如图研究区的高程分析图2.1所示。
图2.1研究区的高程分析图
A．城市是交通活动最频繁的区域，在单位面积内，道路的面积、长度，POI的密度，道路信息的变化频率都是郊区农村无法比拟的，因此需要表达的内容和细节都比城际高的多;
B．城际导航电子地图共享平台表达城市之间道路的连通关系，主要以1:
5万基础地理数据为数据源；
城市导航电子地图共享平台表达城市内部道路之间的连通关系，主要以1:
1万基础地理数据为数据源；
C．城际导航电子地图共享平台中只需表达城市内重要的交通干道数据。
2.3GIS数据库逻辑模
图2.2逻辑模型图
城际导航电子地图的地图数据由道路网络、POI、背景及地址四大类数据组成，每类数据又包含若干个子类，子类下是最基础的小类，共包含138个小类。
城市导航电子地图的地图数据则按照城市来组织，覆盖整个浙江省的所有县市区，每个城市地图数据内部的组织结构则与城际地图数据相似，但在小类划分上更为详细共包含183个小类。
2.4GIS数据库的物理模型
城际导航电子地图与城市导航电子地图在数据库中分开存放，最后使用时由导航提取工具提取。
城际导航电子地图的地图数据不区分图幅存储为一个数据集（dataset），小类以featureclass的形式存储于数据集（dataset）中；
城市导航电子地图的地图数据分城市不区分图幅存储为多个数据集，每个数据集中又包含多个小类。
城际导航电子地图和城市导航电子地图的元数据则均以单独表（table）的形式存储于数据库中。
3GIS共享平台的建立
3.1建设流程
（1）资料收集
资料收集阶段主要是尽可能多收集与数据采集区域相关的数字地图（DLG）、航空影像、卫星影像、交通旅游图、行政区划图等资料。
在资料收集中应特别注重所收集资料的质量（精度、现势性等），在资料收集过程中，要对所收集的资料进行整理，形成相应的文档，并入库管理，方便以后查找。
（2）数据预处理
依据所收集的资料加工成工作底图，作为外业作业的基础。
在资料加工过程中，先对前一阶段所收集的资料进行分析，对资料不完整或不符合作业要求的要进行重点标注，以便在外业作业的过程中进行实地检校与处理。
在资料预处理完成后，成果要入库并形成记录文档。
（3）外业作业准备
完成的工作主要包括外业作业规划及外业采集资料、设备准备等。
在外业作业规划中需要制定外业数据采集的进度安排，形成作业分区索引图及作业小组分工说明文档等。
并在该过程中为外业数据采集准备必要的地图图形拷贝、数据采集手薄、专用采集软件，以及采集数据所需的车辆、计算机、定位设备等。
（4）外业作业
外业阶段是对数据进行实地采集和质量检查，该过程又分为外业数据采集、采集成果质量检查、采集成果整理及资料成果移交等几个主要阶段。
主要工作内容即是按照作业要求和规范采集指定作业区内的道路信息及POI信息并在作业底图上详细标注，采集成果执行严格的质量控制，检验合格后作业人员上交作业底图及其他相关资料。
（5）内业作业
内业作业的主要任务是对外业作业成果进行统一处理，主要工作包括数据录入、数据编辑、数据拼接及关系建立。
数据录入：
将外业采集时记录在工作底图或其他记录信息录入或导入到地图数据库中，并增加地理编码。
数据编辑：
使用专门编辑软件，对采集的几何、属性和关系信息进行编辑处理，包括要素合并、几何要素规整、属性赋值。
数据拼接：
将不同工作区（图幅）的数据合并起来，进行几何接边、属性规整、关系一致性处理，包括接边处理、分幅拼接。
关系建立：
包括拓扑关系和交通关系建立。
建立道路网的连通拓扑并按照实际交通流的通行情况建立交通关系。
（6）质量控制
内外业数据质量检查是根据预定的规则对数据的几何表达、属性、关系的正确性、合理性，以及一致性进行检查、控制。
所有质量检查应以数据标准书与作业手册为依据。
（7）更新维护
数据更新时须首先从数据库中提取需要更新区域的数据集，按照作业流程进行更新作业，更新结束通过专门的软件提交。
（8）数据安全
在数据生产的各个阶段均需对原始数据和成果数据进行备份，并将相关资料归档。
3.2软件选型和软件开发
（1）导航内业处理软件
使用专业的地理信息系统软件ArcGIS来处理所有的内业数据并开发相关的辅助处理工具提高作业效率。
（2）导航数据管理软件
过程数据管理软件:
过程数据存储为PersonalGeodatabase格式，采用专业的数据库管理软件——MicrosoftAccess。
结果数据管理软件:
结果数据存储在Oracle数据库中，并开发相关的数据库管理软件提取数据、支持数据库的在线更新。
（3）导航数据检查软件
在内业处理软件中开发一系列辅助工具以检查数据的各种图面及内在的逻辑错误。
（4）相关辅助软件
主要用于辅助内业编辑，包括自动连接、自动接边、自动转换、自动融合等工具。
3.3关键技术
导航应用的电子地图共享平台建设是一个庞大而复杂的工程，其中涉及多方面的关键技术。
（1）海量数据存储与管理技术：
数据库范围覆盖全省的1：
5万和城镇的1:
1万地图，数据库中存储了大量与导航应用紧密相关的道路规制信息、POI信息等，信息量大内容丰富，为此系统构建了Oracle9i+ArcSDE8.3的数据存储环境，全省数据在分图幅完成编制后通过批量入库工具导入到Oracle数据库中，数据合幅则通过自动处理程序在数据库中完成。
使用数据时通过数据更新服务平台自动按照用户需求提取。
通过这一系列数据管理辅助工具的开发和应用有效的减少了人工干预，提高系统自动化程度，保证了数据在生产、传输过程中的一致性。
（2）快速更新技术：
地图数据库建成后的生存周期依赖于数据库的更新周期，更新速度快则数据库的生存期就长，反之则短。
在平台建设中通过设定最佳更新周期和采用新的更新技术建立了一种快速稳定的更新机制，以保证地图数据库获得更长的生存期。
（3）多源多尺度数据的整合处理技术：
为建立统一的导航应用的电子地图共享平台，需要对各类数据进行分析，遵照导航地理框架数据标准，针对不同类型数据制订具体的数据生产技术细则，通过对不同资料和数据的要素编码、分层、坐标系、投影、数据格式等进行一系列的标准化和规范化处理，将多源、多尺度的数据进行综合处理，协调相互间关系，实现各种数据的整合。
（4）道路网络数据模型的构建：
导航电子地图的核心要素是道路网络，道路网络必须正确表达道路之间的连通关系。
现有基础地理数据显然不符合这种表达。
因此，需要针对导航电子地图的要求构建道路网络数据模型，采用连通拓扑的数据模型来表达道路间的连通关系。
（5）空间数据连通拓扑关系的建立：
导航电子地图的路段结点间要实现基于非平面的连通拓扑的表达，而基础地理数据都是基于平面的完全拓扑的数据模型存储数据的，需要处理其中道路的连通拓扑关系，按照导航电子地图的道路网络数据模型要求，开发软件实现自动、半自动建立和维护道路的连通拓扑关系。
（6）高效质量控制技术：
导航电子地图来源于面广，多尺度、多类型数据，数据量很大。
需要开发出比较智能化的数据生产质量控制软件，减少人工检查工作，切实做好大批量数据的质量控制。
图3.2共享平台截图
43S集成技术在应急物流配送中的应用
现代科技的发展，3S定位功能以及实现方式得到了增强和发展。
然而，仅仅独立采用其中某种技术往往不能满足某些实际应用的需求，其效能也将受到极大的限制。
应急物流配送中采用3S集成技术奖能充分发挥其各自的效能和动用，使其各自的功能得到互补与衔接，高效、准确地搜集、存储、处理和应用信息，从而极大的提高配送效率和安全性。
车载设备，GPS导航设备，GIS设备成为实现集成技术的关键，如图所示车载设备
图4.1GPS移动GIS监控系统
图4.2车载设备
4.1GIS与RS的集成
在突发事件发生后，路网以及周边环境的状况往往发生了很大的变化，如地震依法的泥石流掩埋了道路；
地震、洪水扥搞破坏了桥梁或隧道；
物流通道周边将要发生破坏性的地址灾害；
洪水淹没了道路等，及时将GIS与GPS结合适应也无法及时将这种变化反映出来。
这将给应急物流车连带来不可预知的风险，并且极大地影响应急物流配送的效率。
而RS技术的加入则能以最快的方式提供受灾地区的路网以及周边环境的现状信息，及时更新GIS数据，事实反应突发事件发生后的地区最新情况。
因此，RS能为GIS的数据更新提供稳定、可靠的数据源，同时GIS也为RS的摇感数据处理提供所需要的辅助信息，以提高遥感图像的清晰度。
4.2GPS与RS的集成
GPS与RS的集成技术主要目的是利用GPS的精确定位功能为RS影像的实时处理与快速编码提供了可能，其基本原理采用GPS/INS方法。
GPS与RS集成结构图如图4.3所示。
图4.3GPS与RS集成结构图
4.3GPS与GIS的集成
GPS与GIS的集成技术在物流配送中的应用研究已经相当丰富了，它是一项利用GIS中的电子地图结合GPS的实时定位技术。
应急物流配送车辆装上GIS系统后，可以将受灾地区的地理信息存储起来，在加上GPS技术后，关于配送区域路网、车辆空间位置及行驶状态等相关信息仅能实时地显示在电子地图上。
图4.4车辆位置及信息在电子地图上的显示
5基于GIS技术的应急物流模块系统
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