（计算机科学与技术专业论文）基于gis的应急联动指挥系统的设计与实现.pdf

i 声明 _|!liiillll jii i ii i t l li i l l l li i i h j i i i i i y 17 5 8 8 7 3 独创性声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：立如日期： 塑! 盟i 1 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人魏王盎 导师签名： 日期：盟y 二ll ! 【唯一卜 ， r lifillii卜h嘘r-卜-lliiiii_iiii 基于g i s 的应急联动指挥系统的设计与实现 摘要 应急联动系统是应急预案的实施平台，对一个城市的安全和稳定 有着重要的作用，是“城市的生命线 。应急联动指挥系统是应急联 动系统中的一个重要组成部分。新一代的应急联动指挥系统应在现有 的功能基础上，结合有线、无线、数据、短信等多种方式的立体式调 度、基于g i s 的调度预案并构建系统安全保障体系。 本文在对应急联动系统的典型特征和应用需求进行详细分析的 基础上，重点设计并实现了一个基于g i s 的救援车辆调度模块和传感 网信息显示模块。本文共分七章，绪论部分首先介绍了研究背景，包 括应急联动系统的需求和重要性，以及基于g i s 的应急联动指挥系统 在应急联动系统中的定位，并引出本文的主要工作。第二章介绍应急 联动系统的应用场景，提出系统的需求分析，并在此基础上完成系统 的体系结构的设计工作。第三章在重点介绍地理信息系统( g i s ) 的技 术点分析，为g i s 集中显示处理平台子系统的设计与实现提供理论和 软件方面的基础和支撑的基础上，重点介绍g i s 集中显示处理平台子 系统的设计与实现。包括g i s 的构建，以及车辆调度信息和无线传感 器节点信息的地图显示。第四章介绍基于g i s 的应急联动指挥系统中 的其他子系统，这部分的设计与实现工作由同组的其他成员完成，在 这章简单介绍短消息子系统、车辆调度子系统和无线传感器系统的基 本功能。第五章对系统进行功能验证，并完成分析报告。第六章对论 文进行总结，提出不足和下一步改进建议。 关键词：应急联动指挥系统，地理信息系统，无线传感器网络 d e s i g na n dl m p l e m e n t0 f g i s b a s e di n t e g r a t e de m e r g e n c y r e s p o n s ec o m m a n ds y s t e m a b s t r a c t e m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e mi sai m p l e m e n t a t i o np l a t f o r mf o rt h ec o n t i n g e n c y p l a n , h a sa l li m p o r t a n tr o l ef o rt h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo f ae i t y , i s ”t h el i f e l i n eo ft h e c i t y e m e r g e n c yr e s p o n s ec o m m a n d s y s t e m i sa l li m p o r t a n tc o m p o n e n to f e m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e m an e wg e n e r a t i o no fe m e r g e n c yr e s p o n s ec o m m a n d s y s t e ms h o u l db eb a s e do nt h ee x i s t i n gc a p a b i l i t i e s ，c o m b i n e dw i mw i r e d ，w i r e l e s s ， d a t a , m e s s a g i n ga n do t h e rm e a n so ft h r e e - d i m e n s i o n a ls c h e d u l i n g , g i s - b a s e d s c h e d u l i n gs y s t e ms e c u r i t yp l a n sa n db u i l dt h es e c u r i t ys y s t e m ， i nt h i sp a p e r , o nt h e b a s i so fd e t a i l e da n a l y s i so nt h ee m e r g e n c yr e s p o n s e s y s t e mo ft h et y p i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s ，f o c u s i n go nt h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fag i s b a s e ds c h e d u l i n gm o d u l eo fr e s c u ev e h i c l e sa n d s e n s o rn e t w o r ki n f o r m a t i o nd i s p l a ym o d u l e t i l i sp a p e ri sd i v i d e di n t os e v e nc h a p t e r s , i n t r o d u c t i o np a r to ft h ef i r s ti n t r o d u c e dt h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，i n c l u d i n ge m e r g e n c y n e e d sa n di m p o r t a n c eo ft h el i n k a g es y s t e m ，a sw e l la st h ep o s i t i o ng i s b a s e d e m e r g e n c yr e s p o n s ec o m m a n ds y s t e mi nt h ee m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e ma n dl e a d s t h em a j o rw o r ko ft h i sa r t i c l e t i l es e c o n dc h a p t e rd e s c r i b e st h ea p p l i c a t i o no f e m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e ms c e n a r i o s ，p r o p o s e dt h es y s t e mn e e d sa n a l y s i s ，a n do n t h i sb a s i s ，t h ec o m p l e t i o no ft h es y s t e ma r c h i t e c t u r ed e s i g n c h a p t e ri i if o c u s e so n g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) t e c h n o l o g yp o i n ta n a l y s i s ，i no r d e rt of o c u so n g i sd i s p l a yp r o c e s s i n gp l a t f o r mf o rt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs u b s y s t e m s a n ds o f t w a r et op r o v i d et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n ds u p p o r t ，b a s e do nt h eh i g h l i g h t d i s p l a yp r o c e s s i n gp l a t f o r m f o rc e n t r a l i z e dg i s s u b s y s t e m sd e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n i n c l u d i n gt h ec o n s t r u c t i o no fg i s ，a sw e l la sv e h i c l es c h e d u l i n g i n f o r m a t i o na n di n f o r m a t i o no nw i r e l e s ss e n s o rn o d e si nt h em a pd i s p l a y t h ef o u r t h c h a p t e rd e s c r i b e so t h e rs u b s y s t e m so ft h eg i s b a s e de m e r g e n c yr e s p o n s ec o m m a n d s y s t e m ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h i sp a r t i s a c c o m p l i s h e db yt h eo t h e r m e m b e r so ft h es a m eg r o u p ，t h i sc h a p t e rp r o p o s e sab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h eb a s i c f u n c t i o n s i no fs h o r tm e s s a g es u b s y s t e m ，v e h i c l es c h e d u l i n gs u b s y s t e ma n dw i r e l e s s s e n s o rs y s t e m s c h a p t e rvi n t r o d u c e st h ef u n c t i o n a lv e r i f i c a t i o nf o rt h es y s t e m ，a n d c o m p l e t et h ea n a l y s i sr e p o r t c h a p t e rv io ft h ep a p e rt os u m m a r i z ea n dp u tf o r w a r d s u g g e s t i o n sf o ri m p r o v e m e n td e f i c i e n c i e sa n dt h en e x ts t e p k e y w o r d s ：i n t e g r a t e de m e r g e n c yr e s p o n s ec o m m a n ds y s t e m ，g i s ，w i r e l e s s s e n s o r sn e t w o r k 目录 第一章绪论1 1 1 课题背景1 1 2 论文目标l 1 3 论文结构一2 1 4 相关技术背景2 1 4 1 应急联动系统2 1 4 2 地理信息系统( g i s ) 3 第二章基于g i s 的应急联动指挥系统7 2 1 系统网络结构分析7 2 2 系统典型特征分析8 2 3 系统需求分析9 2 3 1 g i s 1 0 2 3 2 车辆管理和调度系统1 1 2 3 3无线传感器信息系统1 2 2 4 系统的体系结构1 3 2 5 本章小结1 6 第三章g i s 集中显示处理平台子系统。1 7 3 1g i s 的技术点分析1 7 3 1 1空间数据及图层处理1 7 3 1 2 空间数据库2 1 3 1 3地图引擎2 4 3 2g i s 集中显示处理平台子系统架构2 9 3 3 g i s 平台的构建：一3 0 3 3 1地图数据服务器3 1 3 3 2 地图引擎3 4 3 3 3 地图数据的渲染3 6 3 3 4地图的显示及操作4 0 3 4车辆调度信息的地图显示4 6 3 4 1定位车辆的当前位置4 6 3 4 2 车辆追踪功能4 6 3 4 - 3 实时i i i i i l 挖功能4 7 3 4 4 历史轨迹功能4 7 3 4 5 单程统汁功能4 8 3 4 6 调度中心功能4 8 3 4 7 区域搜索功能4 8 3 4 8 区域管理功能4 9 3 5无线传感器节点的地图显示4 9 3 6本章小结5 0 第四章其他子系统介绍5 1 4 1 短信息服务系统5 1 4 1 1 设计方案5 l 4 1 2主要功能模块介绍5 2 4 2 车辆调度和任务管理子系统5 3 4 3 传感器信息子系统5 4 4 4本章小结5 5 第五章基于g i s 的应急联动指挥系统验证5 7 5 1验证方法5 7 5 2验证内容5 8 5 2 1地图基本功能的测试5 8 5 2 2车辆监控功能的测试5 9 5 2 3 车辆历史信息的查询6 l 5 2 4区域搜索和管理6 2 5 2 5传感器节点信息查询。“ 5 3验证结果分析6 5 5 4本章小结j 6 5 第六章结束语。6 7 6 1 全文总结6 7 6 2下一步工作6 7 6 3研究生期间工作6 7 6 3 1已录用学术论文6 7 6 3 2参与项目6 7 6 3 3 提交项目文档6 8 i l 图表目录 图2 1 基于g i s 的应急联动指挥系统网络模型图7 图2 2 基于g i s 的应急联动指挥系统系统层次结构图一8 图2 3 地理信息系统结构图1 0 图2 - 4 车辆管理和调度系统结构图1 l 图2 5 无线传感器信息系统结构图1 2 图2 - 6 基于g i s 的应急联动指挥系统的体系结构1 4 图3 1 空间数据和属性数据的关联关系1 9 图3 2r o a d 文件包含的所有道路层2 0 图3 3 城市主干道图层2 0 图3 4 城市支路图层2 1 图3 5g i s 集中显示处理平台子系统架构3 0 图3 - 6o r a c l e 数据库中的地图数据表3 4 图3 7g e o s e r v e r 地图引擎架构3 5 图3 8 图层的基本叠放顺序4 5 图4 1 短消息交互系统用例图示5 1 图4 2 短消息服务器系统方案图5 2 图禾3 车辆调度和任务管理子系统功能图5 3 图4 - 4 传感器信息子系统架构。：5 5 图5 1 系统测试方案拓扑图5 7 图5 2 地图的呈现效果图5 9 图5 3 定位车辆当前位置功能示意图6 0 图5 _ 4 车辆追踪功能示意图6 0 图5 5 实时监控功能示意图6 l 图5 - 6 历史轨迹功能示意图6 2 图5 7 里程统计功能示意图6 2 图5 8 区域搜索功能示意图6 3 图5 - 9 区域管理功能示意图6 3 图5 1 0 区域管理功能示意图产生报警信息6 4 图5 1 1 传感器节点信息查询功能示意图6 4 i i i 堆 二g i s 的i j i 急联动指挥系统的设汁j j 实现 1 1 课题背景 第一章绪论 应对重大突发事件的能力是城市现代化程度的一个重要标志，直接关系到人 民的生命安全和国家的安危。 基于g i s 的应急联动指挥系统，支持有线、无线、数据、短信等多种方式 的立体式调度、基于g i s 的调度预案体系。该系统的核心基础技术是地理信息 系统( g i s ) 。g i s 是- - f - j 新兴的交叉学科，属于空间信息科学，其核心是计算机 科学，基础是数据库技术、地图可视化技术和空间分析技术。g i s 又是一个技 术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时地提供多种 空间的、动态的地理信息，对空间数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和实 现，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系鲥2 1 。另外，短消息系统和车辆 管理调度系统分别为通信系统和调度系统的主要功能模块，在车辆调度定位指挥 系统中占有重要的位置。无线传感器网络也是一个全新的研究领域，它沟通了客 观物理世界和主观感知世界，是一种全新的信息获取和处理技术，是信息感知和 采集的一场革命。无线传感器网络凭借其技术特点，尤其适合用来完成应急系统 中对无法部署固定线路的突发公共安全事件的监测任务。 本文的形成过程中，作者参与了北京邮电大学网络技术研究院宽带网中心的 基于g i s 的应急联动指挥系统的研发工作并承担了项目的组织、需求分析、整 体设计与实现的具体工作。 1 2 论文目标 针对基于g i s 的应急联动指挥系统的应用需求，本文使用g e o s e r v e r 地图引 擎，运用面向对象的思想，设计实现了该系统，实现基于g i s 的对移动车辆的 调度和管理以及对无线传感器网络情况的掌握。本文完成的主要工作如下： 1 分析系统的业务流程和主要需求，从而确定该系统的基本结构和主要功 能模块； 2 在系统需求的基础上深入分析主流g i s 技术，选取g e o s e r v e r 地图引擎， 设计实现了地理信息系统； 3 使用j a v a 编程语言、j s p 技术，实现地理信息系统与后台的车辆调度指 挥系统以及无线传感器网络数据的接口； 4 根据业务需求，分析设计数据库表格，实现移动车辆运行状态信息、报 l 北京邮电大学硕士学位论文 肇于g i s 的应急联动指挥系统的没计与实现 警等f 寿息的存储、管理以及允线传感器刚络状念的佥看。 1 3 论文结构 本文在介绍地理信息系统( g i s ) 架构，并对当前主流g i s 技术进行对比的基 础上，结合g p s 技术和无线通信技术，设计实现了基于g i s 的应急联动指挥系 统。 第一章绪论中，作者首先介绍了研究背景，包括应急联动系统的需求和重要 性，以及基于g i s 的应急联动指挥系统在应急联动系统中的定位，并引出本文 的主要工作。 第二章介绍应急联动系统的应用场景，提出系统的需求分析，并在此基础上 完成系统的体系结构的设计工作。 第三章在介绍地理信息系统( g i s ) 的技术点分析，为g i s 集中显示处理平台 子系统的设计与实现提供理论和软件方面的基础和支撑的基础上，重点介绍g i s 集中显示处理平台子系统的设计与实现。包括g i s 的构建，以及车辆调度信息 和无线传感器节点信息的地图显示。 第四章介绍基于g i s 的应急联动指挥系统中的其他子系统，这部分的设计 与实现工作由同组的其他成员完成，在这章简单介绍短消息子系统、车辆调度子 系统和无线传感器系统的基本功能。 第五章对系统进行功能验证，并完成分析报告。 第六章对论文进行总结，提出不足和下一步改进建议，列出本人在硕士研究 生期间参与的项目与工作。 在基于g i s 的应急联动指挥系统中，本人的主要工作是组织整体架构的设 计工作，负责g i s 集中显示处理平台的设计与开发。因此论文的重点部分是基 于g i s 的应急联动指挥系统整体架构的分析和设计以及g i s 集中显示处理平台 的设计与实现。其余的子系统是由同组的其他同学完成的。 2 1 4 相关技术背景 1 4 1 应急联动系统 应急联动系统大量采用宽带无线通信、异构互联、传感器网络等新技术，研 北京邮电大学硕士学位论文 肇卜g i s 的j 啦急联功指挥系统的哎汁j 实j 见 发具f i 高度伸缩性、。，j 移功接入、多部门信息共享和联动的新一代应急通信系统。 1 4 2 地理信息系统( g i s ) 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 通俗地讲，它是整个地球或部 分区域的资源、环境在计算机中的缩影。严格的讲，它是反映人们赖以生存的现 实世界( 资源或环境) 的现状与变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的 属性【3 】o l 421g i s 的基本功能 g i s 的基本功能包括： l 、空间数据输入。这通常被认为是长期困扰g i s 发展的瓶颈，不仅因为在建立 g i s 的最初阶段，数据采集和转换的经费往往高达整个系统的7 0 0 0 , - - 8 0 ，更 主要的是技术上的原因。空间数据输入通常的做法是把传统地理信息的载体 地图数字化。目前o i s 软件中手持跟踪数字化的方法普遍使用，扫描数 字化技术及转化成矢量数据库的技术也日趋成熟并已商品化。虽然扫描数字 化大大提高了图形数据输入的效率和精度，但数字化后的编辑和属性数据的 输入工作仍然很繁重。 2 、空间数据存储和检索。传统的g i s 将空间数据和属性数据分开管理，空间数 据用文件系统管理，属性数据用关系数据库管理，对空间数据的管理无法满 足客户服务器的环境下多用户共享、安全性、完整性、一致性、并发控制等 要求，在客户端进行空间数据的可视化分析，必须先从服务器端下载。目前， 各大g i s 厂商都推出了自己的解决方案。空间数据引擎技术流行的做法是以 当前的关系数据库为基础，进行扩充和完善。在数据存储和组织上，将空间 数据项作为单独的列加入到关系数据库的表中，用户可像通常那样对表中数 据进行查询、合并等，还可以进行由空间数据查属性和由属性查目标的空间 分布等操作。 3 、数据处理和分析。相比之下，g i s 在这一方面的进展并不令人满意，其问题 在于g i s 的开发者往往对空间数据的分析与模型化，特别是空间统计方面知 之甚少，而精通分析与模型化技术的数学专家却对g i s 了解不多。在标准的 商业系统中，任然没有基本的通用的空间分析程序，而且也没有基本的通用 模型化工具。 4 、数据输出。g i s 与地图有着天然的联系。g i s 的核心功能，即分析功能是在 北京邮电大学硕士学位论文 3 基- j g i s 的j 虹急联动指挥系统的设计与实现 交互式动态数字地图的基础上实现的，g i s 数据处理和分析的结果以地 形式输出给用户，是最直观的，它跨越了语言的障碍。地图输出随着i n t 和w w w 网络技术在g i s 中的应用走进了于家万户，g i s 的地理信息和 数据输出跨越了时间和空间的障碍。任何用户可以在任何时间、任何地 过互联网去访问w e b 服务器上安装的g i s ( w e b g i s ) ，可以在自己的定制 上获得地图信息、制作专题地图、进行地理分析等。 1 4 2 2g 1 s 规范 为了更好的共享g i s 数据和服务以保护用户的投资，业界显然需要一套各 方面都能接受的、格式中立的公开标准，能让每个人都拥护、遵守和实现，而这 正式开放g i s ( o p c ng i s ) 的内容。在本节中，我们将介绍一些公开的g i s 标准一 。g m l 、w m s 、w f s 和w c s 等，它们是g i s 业内公认的行业标准，几乎所有 的开源g i s 软件都支持这些标型4 1 。 l 、g m l g m l 是专门用于地理信息领域的x m l 语言，它作为一种基于i n t e m e t 的地 理交互互操作格式而存在，但在实际应用中，它的作用往往并不限于w e b ，而是 可以应用在任何一种支持g m l 的异构g i s 平台之上。 g m l 的主要特征包括【5 】： ( 1 ) 基于地理信息抽象模型，对地理实体的地理信息和属性信息进行了封 装，其应用已经从传统的2 维领域扩展到3 维空间。 ( 2 ) g m l 包含了地理参考系统，它包括两个逻辑部分：一是可以为继承 自g m l 的10 种类型对象的地理实体提供坐标参考系统和坐标操作； 二是更高层次的地理参考系统。 ( 3 ) 使用x l i n k 和x p o i n t e r 技术将地理对象和其外部属i 生进行关联，这使 其成为一种分布式数据的重要手段。 由于g m l 只是一种地理数据的定义格式，它不像v m l 或s v g 那样能够直 接在页面上显示，因此其显示要么采用专门的软件，要么转换为s v g 或v m l 实现【6 】。但这些应用都并不常见，通常而言，g m l 作为一种与平台无关的、语 言中立的交换语言，更受到用户的关注。 4 2 、 w m s ( w e bm a ps e r v i c e ) 【7 】 w m s 是一种能够将地理数据生成地图的服务。该服务操作的地理数据既可 北京邮电大学硕士学位论文 皋1 二g i s 的应急联动指挥系统的设汁j 实现 以是简单特征数据也i j 以足图层数据，所产生的图像可以在w e b 浏览器或者图 像浏览软件中进行观察。w m s 将地理数据标记成一个或多个图层( l a y e r ) ，每个 图层都对应一个样式( s t y l e ) 。通过g e t m a p 来进行地图图像请求，请求的输入参 数包括空间参考系统( s r s ) 、所需制图的地理范围、输出图像的尺寸以及输出格 式。目前，典型的输出格式包括p n g 、g i f 、j p e g 以及t i f f 等，也可以是基于 矢量图形的，如s v g 。 客户端可以同时向几个独立的地图服务器发送g e t m a p 请求以取得不同的地 图。如果所请求的地图具有相同的地理范围、相同的图像尺寸，且各地图的背景 都是透明的话，那么这些地图可以在同一窗口中进行叠置，从而产生一个复合地 图。例如服务器a 产生一个地形影像图，服务器b 产生一个河流、湖泊图，服 务器c 产生一个水域边界图。尽管各自的服务器维护其各自的数据，但是客户 端用户却能得到三层图的叠置展示。 基本w m s 操作包括【8 】： g e t c a p a b i l i f i e s ( 必须) g e t m a p ( 必须) g e t f e a t u r e l n f o ( 可选) 3 、w f s ( w e bf e a t u r es e r v i c e ) 【9 】 w f s 是一种能从地理数据集中提取地理特征( 点、线、面) 的服务。在w f s 中，基本的或只读操作用来描述并且提取地理特征，而“t r a n s a c t i o n ”操作则能 锁定并且修改地理特征。客户端用户可以通过查询w f s 服务器来得到g m l 编 码的特征数据，这种g m l 编码的数据既可以进行显示给用户，也可以进行修改。 一个查询就是一个过滤器，过滤器中包含了需返回的地理特征的一系列限制条 件。有关w f s 的一系列规范包括地理标记语言g m l ( g e o g r a p h ym a r k u p l a n g u a g e ) ，w e b 地理特征规范( w e bf e a t u r es p e c i f i a t i o n ) ，过滤器编码规范( f i l t e r e n c o d i n gs p e c i f i a t i o n ) ，地理特征标识规范( f e a t u r ei d e n t i f i e rs p e c i f i c a t i o n ) 及事 务处理编码规范( t r a n s a c t i o ne n c o d i n gs p e c i f i c a t i o n ) 。 基本w f s 所包含的操作包括【8 】： g e t c a p a b i l i t i e s ( 必须) d e s c r i b e f e a t u r e t y p e ( 必须) g e t f e a t u r e ( 必须) 4 、 w c s ( w e bc o v e r a g es e r v i c e ) t 1 o 】 w c s 服务是一种获取影像数据或格网化地理数据的服务。w c s 客户用户通 北京邮电人学硕士学位论文 5 基十g i s 的心急联动指挥系统的设计与实现 过发送g e t c o 、，e r a g e 请求米得到影像数据或格网化地理数据，以便于用户进行进 一步的处理或渲染。与w m s 一样，w c s 也提供一个或多个图层，由于不进行 渲染，因此也不提供显示样式。g e t c o v e r a g e 的输入参数包括空间参考系统( s r s ) 、 所需制图的地理范围、输出格式，但不包括影像的尺寸。通常输出的格式包括 g e o t i f f 、h d f - e o s ( n a s a sh i e r a r c h i c a ld a t af o r m a ti m p l e m e n t a t i o nf o rt h ee a r t h o b s e r v i n gs y s t e m ) 以及g m l 的一种图层扩展格式。 对应一般的w c s 客户端用户，可发送g e t c o v e r a g e 请求，并且将返回的结 果传递给帮助者应用程序进行处理或者显示。对于高级客户端用户，帮助者应用 程序则具有直接发送请求并对结果进行渲染的能力 w c s 所提供的操作包括【8 j ： g e t c a p a b i l i t i e s ( 必须) g e t c o v e r a g e ( 必须) d e s c r i b e c o v e r a g e t y p e ( 可选) 6 北京邮电大学硕士学位论文 幕于g i s 的应急联动指挥系统的设计与实现 第二章基于g i s 的应急联动指挥系统 2 1 系统网络结构分析 基于g i s 的应急联动指挥系统归属于应急联动系统中的“新一代应急联动 中心 ，是基于地理信息系统( g i s ) 的立体式预案调度系统。该系统将电子地图应 用与车辆调度和定位、无线传感器网络的感知进行紧密集成，构建成为应急联动 应用平台。该应用平台对后台数据库接口的访问，实现对应急联动平台涉及的车 辆，如警车、消防车、救护车等车辆，执行6 0 s 的循环监控以及报警管理以及对 无线传感器网络中传感器节点状态的查询。 该系统的网络模型如下图所示： 图2 1 基于g i s 的应急联动指挥系统网络模型图 应急联动指挥中心是该系统的主要部署场景。包含了地图服务器和数据服务 器的主要数据存储系统，以及进行监控和操作的管理人员坐席。指挥中心通过网 络设备与外界的通信，其中与传感器子网通过有线网络通信，与移动车辆通过无 线网络通信。 7 北京邮电大学硕士学位论文 基于g i s 的应急联动指挥系统的发计与实现 根据系统网络模型的分析，可以将系统分为以下三个层次：业务层、网络层 和数据层。如下图所示： 图2 2 基于g i s 的应急联动指挥系统系统层次结构图 业务层：该层包括了以g i s 为基础平台的车辆、传感器网络监控和报警处理中 心，指挥调度中心，以传感器子网为基础平台的传感器环境感知功能和传感器网 络s i n k 服务器。该层是面向用户提供最终的使用功能。 网络层：该层主要负责网络数据的传输。其中业务层与数据层的数据通过固定 网络传输，而移动车辆与数据层之间的数据以短信息的方式通过无线网络传输。 数据层：分为空间数据库、车辆信息数据库、调度信息数据库、无线传感器数 据库。空间数据库存储地图数据，与业务层中的g i s 部分交互地理数据。车辆信 息数据库存储车辆的基本信息，与业务层中的车辆、传感器网络监控和报警处理 中心交互车辆数据。调度信息数据库存储任务调度信息，与业务层中的指挥调度 中心交互调度信息。无线传感器数据库汇总各个传感器子网的信息，与业务层中 的以传感器子网为基础平台的传感器环境感知功能和传感器网络s i n k 服务器交 互传感器网络信息。 2 2 系统典型特征分析 目前国内已经建设和准备建设的应急联动系统，以亚洲最大的城市应急联动 中心上海应急联动反应平台为例，主要还是基于传统p s t n 、集群通信等技术来 实现各联动部门之间的流程整合，而缺乏对应急事件态势的精确感知。随着突发 自然灾害和社会公共安全的复杂度不断提高，应急事件愈加复杂和牵涉面愈加广 泛，应急突发事件处置的难度也日益增加，这为新一代应急联动系统提出了更高 北京邮电大学硕士学位论文 - 。 爪 基于g i s 的应急联动指挥系统的设计与实现 的要求。 目前，各国际标准化组织都已开展通信新技术在应急联动系统应用的标准研 究。其中r r u t 制订的草案建议f 7 0 6 对国际应急多媒体业务( i e m s ) 的业务 定义、y 1 2 7 1 演进中电路及分组交换网络支持应急通信的网络要求与能力， 对公众电信网的1 3 种应急通信的要求与功能进行了规范。而i t u ts g l 3 负责 e t s t d r 的网络体系结构和网间互通的问题；s g l 6 负责研究用于e t s t d r 能 力的多媒体业务体系架构和协议以及e t s t d r 的框架；s s g 负责研究为支持 e t s t d r 能力3 g 移动网络的一些特征以及它们与其它网络的互通要求。美国的 t i a 也开展了p p d r ( p u b l i cp r o t e c t i o nd i s a s t e rr e l i e f ) 标准的执行工作，欧洲的 e t s i 和t i a 两个标准组织也启动了m e s a ( m o b i l i t yf o re m e r g e n c ya n ds a f e t y a p p l i c a t i o n s ) 合作项目。中国通信标准化协会也于2 0 0 9 年成立了应急通信特设 任务组( c c s a s t 3 ) ，并发布了国家应急通信综合体系和相应标准体系的研究， 制订了紧急情况对应急通信的需求、应急通信标准体系和标准规划。 从技术层面上看，新一代应急联动系统应具备如下几个明显特点和要求： l 、宽带和多媒体通信：能够实现将语音、数据和视频等融合于一体的通信 能力，为指挥中心和事发现场之间提供反映现场真实情况的宽带音视频通信手 段，支持应急响应指挥中心和现场多个车载指挥系统之间的高速数据、语音和视 频通信，支持对移动目标的实时定位。 2 、无线和移动：由于事发现场的不确定性，应急联动指挥平台必须具备移 动( 或准移动) 的性能，具备在任何地方、任何时间均能和指挥中心信息共享的 能力，利用移动计算设备，减少应急呼叫中心对固定场所的依赖，实现接处警座 席、调度席的“移动化”，提高应急联动核心机构在紧急情况下的机动能力。 3 、现场信息精确感知：实现对应急事件的多元信息采集和报送，与应急联 动综合数据库和模型库的各类信息相融合，形成较为完备的事件态势图，并结合 电子地图，基于信息融合和模糊动态预测技术，对突发性危机公共安全的事件发 展趋势，如火险蔓延方向、蔓延速率、危险区域等进行动态预测，进而为辅助决 策提供科学依据，有效地协调指挥救援。 因此，如何实现事件突发现场、指挥中心以及移动指挥车三者之间有效的信 息通信，对科学、快速和准确处置突发事件具有非常重要意义。 2 3 系统需求分析 根据对系统模型的分析，基于g i s 的应急联动指挥系统将地理信息系统、 北京邮电大学硕士学位论文 9 基于g i s 的应急联动指挥系统的设计与实现 无线传感器系统等技术与应急联动信息平台相结合，完成对急救车辆的监控和调 度，对传感器网络的信息查询等基本功能。系统还向用户提供g i s 相关的定位 查询等功能。因此，将系统的主要功能分为三大部分：g i s 、车辆管理和调度系 统和无线传感器信息系统。 2 3 1g i s 根据之前对地理信息系统的了解和分析，该指挥系统中的g i s 部分采用 g e o s e r v e r + o p e n l a y e r s + p o s t g r e s q l 加以实现。g i s 的主要结构如下图所示： 地图显示 z 芒 q 奢 鼍 o o 1 7 地图引擎 、 矗 毫 8 o 7 地图数据存储 图2 3 地理信息系统结构图 该部分的主要功能包括： 地图的显示及基本操作：包括放大、缩小、拖动、标记、清除等。 一 当前位置：所有车辆都必须实现实时监控，时时都可以查询当前位置。 车辆追踪功能：实时定位特定车辆的当前位置。 实时监控功能：以车队为单位，实时定位车辆的当前位置。 历史轨迹功能：选择起始和结束时间( 精确到分钟) ，以车辆为单位，画 出历史轨迹。 里程统计功能：选择起始和结束时间( 精确到小时) ，以车辆为单位，计 算行驶罩程