基于ArcGIS的警务平台的设置方案分析及突发事件下的调度方案设计-毕业论文

南阳师范学院20XX届毕业生毕业论文（设计） 题 目： 基于ArcGIS的警务平台的设置方案 分析及突发事件下的调度方案设计 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 地理信息系统 指导教师： 完成日期： 目 录摘要(1)0引言(1)1问题分析(1)2数据处理(2) 2.1现有数据情况(2)2.2数据预处理(3)2.2.1表格数据空间化(3)2.2.2道路线的分区(3)2.2.3所需数据的提取(3)2.2.4创建网络数据集(4)3问题分析与求解(4)3.1关于A区交巡警平台分析(4)3.2全市范围内交巡警平台分析(5)3.2.1全市交巡警平台的合理性分析(5)3.2.2全市交巡警平台的调度方案设计(5) 3.3突发事件分析(6)4结论与讨论(7)参考文献(7)Abstract(8)基于ArcGIS的警务平台的设置方案分析及突发事件下的调度方案设计 摘要：以2011年全国大学生数学建模竞赛B组题为主题，本文运用ArcGIS10相关软件及现有工具的有效组合，通过相关算法的结合和对数据的有效处理，分别就交巡警平台设置的合理性、相应的调整方案、交巡警平台的有效服务范围、相应的调度方案以及针对突发事件的围堵方案设计等问题进行了深入的分析。研究表明，通过正确组合ArcGIS软件相关模块，可以有效解决城市交通网络中存在的问题，实现警务资源的合理配置，有效提高交巡警解决实际问题的效率，推动城市更好更快的发展。关键词：ArcGIS；数学建模；交巡警平台；调度方案；服务范围；围堵方案；出警时间；OD成本矩阵0 引言交巡警担负着交通管理、刑事执法、治安管理和服务群众的职责，在城市发展中扮演着无可替代的角色1，城市警务平台的设置合理与否直接关系着整个交通网络运行效率的高低。运用GIS 技术解决交巡警工作中的问题是建设现代化交通网络的需要,也是GIS发展的研究方向2。目前，关于这方面的研究还有待完善，2011年全国大学生数学建模竞赛的B组题即是关于交巡警服务平台的设置与调度的问题，GIS强大的空间数据处理与分析能力可以用来分析和解决这些问题。因此，基于ArcGIS的警务平台的设置方案分析及突发事件下的调度方案设计，可以为解决普遍类似城市交通网络问题提供意见参考与决策借鉴3，同时，对GIS自身功能的完善和强化也具有重大意义。1 问题分析 人们常说“有困难找警察”，警察在城市交通乃至整个社会发展中起着重要的作用，为了更有效地服务群众，要在市区的一些交通要道和重要部位设置职能和警力配备基本相同交巡警服务平台，但由于整个城市的警务资源是有限的，如何缓解警力资源紧张和警力资源需求大之间的矛盾，如何根据城市的实际情况与需求合理地设置交巡警服务平台的数量和位置、分配各个平台的管辖范围、有效调度警务资源成为当前警务部门面临的一个实际问题4。本文试着就某市设置交巡警服务平台的相关情况，建立简单的数学模型，设计警力资源的分配和调度方案，分析研究以下问题：（1）根据当前交巡警服务平台的设置，分析该市现有交巡警服务平台在数量、位置、工作量的设置上是否合理，若不合理，指出其不合理性和提出改进方案，确定需要增加或减少交巡警服务平台的具体个数和插入位置后，尽量满足整个区域的交巡警服务平台的工作量均衡和出警时间适当，同时扫除3分钟左右无法到达的盲点区域。（2）合理分配各交巡警服务平台的管辖范围，发生突发事件时，每个交巡警平台在其所管辖的范围内尽可能保证在3分钟内能够到达事发地，在满足一个交巡警服务平台只能封锁一个路口的条件下，考虑各个区域的面积、人口、案发率、巡警服务平台配置数量等因素，快速有效调度全区80个交巡警服务平台的警力资源，对进入该区的各个交通要道实现快速封锁，这里运用“OD成本矩阵”进行分析。（3）假设该市地点P处发生重大刑事案件，在案发3分钟后接到报警，犯罪嫌疑人已驾车逃跑，设计出最佳围堵方案。要求围堵时间尽可能的短、围堵区域尽可能的小、动用警力尽可能的少，这其中最关键的因素是时间，制约时间因素是该区内封锁距离最远、时间用的最久的警务平台，因此使其在这一封锁过程中用时最短即可。2 数据处理2.1现有数据情况2011年全国大学生数学建模竞赛B组题提供的数据包括：两个Word文档（题目规范和A区和全市六区交通网络与平台设置的示意图），一个Excel表格（全市六区交通网路和平台设置的数据表）。这里主要使用5个分表的表格数据，它们分别是：（1）全市交通路口节点数据，字段包括：全市路口节点标号、路口横坐标X、路口纵坐标Y、路口所属区域和发案率（次数）；（2）全市交通路口的路线，字段包括：路口起点（节点）标号和路口终点（节点）标号；（3）全市交巡警平台，字段包括：交巡警平台编号和平台位置标号；（4）全市区出入口的位置，字段包括：出入市区的路口标号和出入A区的路口标号；（5）六城区的基本数据，字段包括：城区标识号、城区面积和城区人口。该表格数据中坐标的长度单位为毫米，比例尺为1:100000，同时，可以得知全市六个城区基本相关数据：全市分为A、B、C、D、E、F六个城区，对应设置的交巡警平台数量分别为20个、8个、17个、9个、15个、11个，全市共有582个交通路口节点。2.2数据预处理2.2.1表格数据空间化所谓表格数据空间化就是把给出的Excel表格数据添加到ArcMap软件中后，通过该软件中的Display XY Date工具转化成空间数据显示出来。其中，路口节点可以通过直接添加显示，而线状道路的空间化相对复杂，首先要把每段道路的起点坐标数据和终点坐标数据连接到“全市交通路口的路线”一表中，并保存为，然后严格按照“CreatFeatureFromTextFile(从文本文件创建要素)”工具要求的输入数据格式对输入文件进行编辑，即可连成线状道路。2.2.2道路线的分区通过表格数据空间化得到的线状道路并未包含所属区的信息，因此道路线的分区可以根据每条道路的起点节点号所属区和终点节点号所属区来确定，如果二者属于同一区域，则该道路属于这一区域，反之，则该道路属于不同区域间的区间道路。2.2.3所需数据的提取研究所需要提取的数据主要有：各区交巡警服务平台相关数据、各区路口节点数据、出入A区的路口节点数据、出入市区的路口节点数据以及各区道路数据。根据给出的已知数据可知，该市的交巡警服务平台设置位置都是在路口节点上，因此只要把与交巡警服务平台相关的数据，使用Join Data工具连接到路口节点图层上导出保存即可。 2.2.4创建网络数据集网络数据集的创建是实现ArcGIS网络分析模块的前提，因此在创建网络数据集时，成本以时间（单位：分钟）来计算出警车辆在每条道路上的行驶时长。已知警车时速为60km/h，比例尺为1:100000，根据公式“Minutes=Length*100/1000/60*60”（Length为计算的路段长度）可以计算出每个路段上的行驶时间。3 问题分析与求解3.1 A区交巡警服务平台管辖范围分析和调度方案设计A区交巡警服务平台的管辖范围，指的是在该区内各个交巡警平台所管辖的范围内出现突发事件时，3分钟内有交巡警可到达事发地点。即研究交巡警平台的服务区问题，因此只要生成A区各交巡警平台3分钟的服务区，就可以得到各平台的管辖范围，如图1所示。图1 A区各交巡警服务平台管辖范围及调度方案设计当A区出现重大突发事件时，要求利用A区的20个交巡警服务平台的警力资源快速全面封锁该区的13条交通要道，限制条件是一个平台的警力最多封锁一个路口。要封锁A区的13条交通要道，只要封锁住出入A区的13个路口节点即可，关键是如何实现“快速全封锁”，使调度方案的最优化。这里使用“OD成本矩阵”进行分析。以出入A区的13个路口节点作为源，以A区20个交巡警平台作为目标，关键在于满足限制条件的前提下，判断一个路口最少需要找几个交巡警平台才能完成调度，经分析最少需要7个，最佳调度方案如图1所示。3.2全市交巡警服务平台综合分析3.2.1全市交巡警服务平台设置的合理性分析判断该市交巡警服务平台的设置是否合理，即根据出警时间最短原则，运用Netword Analyst Tools(网络分析模块)工具计算每个路口节点的出警时间及工作量，对全市主城六区现有交巡警服务平台基本情况的统计结果如表1所示。表 1 主城六区现有交巡警服务平台基本情况统计表区域A区B区C区D区E区F区平台平均工作量4.609.139.065.786.879.82平台工作量的标准差2.715.235.083.613.837.23超过3分钟路口数百分比0.070.080.300.230.300.29超过5分钟路口数百分比0.010.000.090.130.090.09超过3分钟路口出警时间4.223.484.527.675.494.74超过5分钟路口出警时间5.700.005.8210.209.746.21超过3分钟出警标准差0.800.451.023.733.631.25超过5分钟出警标准差0.000.000.562.864.390.97最长出警时间5.704.476.8616.0619.118.48最大工作量101724131429 分析可知：交巡警平台工作量的标准差值越大，工作量越不均衡，反之越均衡。出警时间超过3分钟和5分钟的路口数占总路口数的百分比越小，平台的空间布局越趋于合理；反之越不合理。出警时间超过3分钟和5分钟的路口节点的平均出警时间值越小，平台空间布局越趋于合理；反之越不合理。出警时间超过3分钟和5分钟的路口节点的平均出警时间的标准差值越小，出警时间过长的平台存在的可能性越小越合理，反之越不合理。 综上所述：A区平均工作量适中且均衡；B区和C区平均工作量大但较均衡；D区和E区平均工作量适中但不均衡，存在相对数量较多的出警时间过长的路口；F区平均工作量大且不均衡，也存在数量较多的出警时间过长的路口。3.2.2全市交巡警服务平台的调整方案设计 全市交巡警服务平台的调整方案主要考虑出警时间和工作量两个要素，参考发案率值大于1的路口节点的500m缓冲区分析，可作如下调整：A区当前的调度方案相对合理；B区需添加3-4个并作均衡化调整；C区需添加5-9个并作均衡化调整；D区优化现有平台布局即可；E区必要时可添加0-2个；F区需添加5-7个并作均衡化调整；新添加的平台位置均为路口节点位置。调整后的结果如图2所示。图2 调整后的交巡警服务平台工作情况3.3突发事件分析 假设该市地点P处发生重大刑事案件，在案发3分钟后接到报警，犯罪嫌疑人已驾车逃跑，设计出最佳围堵方案。基于调整后的交巡警平台设置方案，首先做P点3分钟的服务区，该边界即为犯罪嫌疑人能出逃的最远临界线；其次找出与服务区边界线相交的路段的外节点，判断围堵这些外节点是否可行。如果P点到某外节点的时间减去3分钟大于等于离该外节点最近的交巡警平台到该点的时间，则封锁该外节点可行，否则不可行，仅当封锁所有外节点均可行且满足一个平台最多封锁一个外节点的条件时，围堵方案才可行，当围堵方案不可行时，选择不能成功围堵的最长时间，并作出该时间的服务区，直到得到最佳的围堵方案为止。第1页（共8页）图3 P点的最佳围堵方案4 结论与讨论 通过对2011年全国大学生数学建模竞赛B组题的深入分析和求解，基于ArcGIS的警务平台设置方案分析及突发事件下的调度方案设计，很好地解决了城市交通网络中的实际问题，显示了ArcGIS软件在解决城市交通网络问题中的优势和前景。但在调度方案设计和围堵方案设计中使用的网络分析扩展模块提供的功能仍不能完全智能化，部分工作需要手工或自己编程或结合其它运筹软件完成。参 考 文 献1 周扬基于GIS的交巡警平台的选址方法研究J重庆文理学院学报（自 然科学版），2011,30（5）：63-662 姜素芳，陈天滋基于GIS的交巡警地理信息系统J微计算机信息， 2007,23（7）:231-2343 孙玉奎利用GPS、GIS、GSM/GPRS实现高速公路交巡警指挥调度、勤务考 核的研究与应用J中国交通信息产业,2004（5）：109-1124 张树萍，杨良华，杨昌玉，等基于GIS的安徽省区域旅游资源群开发潜力 研究J合肥工业大学学报（自然科学版），2011，34（3）：462-4665 汤国安，杨昕ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程M北京：科学出 版社，2006:183-195.6 吴转璋，孙世群，王辉，等基于GIS技术的大气环境质量评价方法J 合肥工业大学学报（自然科学版），2006,29（10）:1256-1269第7页（共8页）7 袁锋，周涛发，李湘凌，等基于GIS的矿产资源预测现状及关键问题J 合肥工业大学学报（自然科学版），2004，27（5）：486-4898 祁轶宏，袁锋，李湘凌，等基于GIS的矿区三维重建J合肥工业大学 学报（自然科学版），2005,28（7）:727-729Study on the setting and scheduling of traffic and patrol police platforms based on ArcGIS Abstract：The thesis is based on the 2011 national college students mathematical modeling competition of group B, use ArcGIS10 related software and the effective combination of existing tools, through the combination of algorithms and the data processing effectively, analysis the problem such as the rationality of the JiaoXunJing platform setting, the corresponding adjust