基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的设计与实现

1、摘 要在社会现代化的进程中，公路交通的调度成为一个越来越重要的问题。为了解决应急处置中和日常运营管理中存在的资源掌握不足、信息沟通不畅、监测监控不到位、决策不科学等问题，实现应急资源、路网基础信息、路网实际运行状况的全面掌握和动态监测，为山东高速公路股份公司促进可持续发展、构建良好的交通服务新形象提供有力支撑。因此，建立一个具有智能性的高速公路日常调度与应急系统显得尤为重要。本课题主要针对基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统开展研究工作：首先，介绍了基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的研究这篇文章的研究背景、研究意义和国内外关于这方面的研究现状及发展趋势。然后讲述了开发基于GIS

2、的高速公路日常调度与应急指挥系统所依赖的理论知识，包括数字视频整合技术、基于SOA的GIS技术、GIS-T技术等。，对GIS及GPS等相关的技术知识进行了深入的研究。然后，通过对系统的需求分析，确立了我们需要建立一个什么样的系统，该系统应该具有什么样的功能需求和非功能需求，又通过我们对高速公路日常调度与应急指挥系统的设计环节，进行功能设计和数据库的设计，确立了我们要如何开发出高速公路日常调度与应急指挥系统，最后通过对高速公路日常调度与应急指挥系统进行实现，最终解决了业主运营中问题，实现了系统的预定目标。目前，系统已经在山东省投入使用，并且在实际使用的过程中取得了良好的效果。关键词：高速公路，日

3、常调度，应急指挥，GIS AbstractIn the process of social modernization, highway traffic scheduling become an increasingly important problem.In order to solve the daily operation management and emergency disposal of insufficient monitoring does not reach the designated position, resource control, command coordi

4、nation work, sharing of information, decision-making problem such as unscientific, realize network based information, emergency resources and a comprehensive grasp of the road network actual running status and dynamic monitoring, in order to promote the sustainable development of shandong expressway

5、 co., new image, build good transport service to provide strong support.Therefore, the establishment of an intelligent highway daily scheduling and emergency system is particularly important.This topic mainly aimed at the highway daily scheduling based on GIS and emergency command system to carry ou

6、t the research work: first of all, this paper introduces the highway daily scheduling based on GIS and emergency command system research of this article research background, research significance and the present situation and development trend at home and abroad about the research.Then tells the sto

7、ry of the highway development based on GIS daily scheduling and emergency command system relies on theoretical knowledge, including digital video integration technology, GIS technology based on SOA, GIS - T technology, etc.For the GIS and GPS related technical knowledge of further research.And then,

8、 through analyzing the demand of the system, established the what kind of system, we need to build a this system should have what kind of functional requirements and non-functional requirements, and through our daily scheduling and emergency command system for highway design, function design and dat

9、abase design, established the daily scheduling and how do we develop highway emergency command system, finally through to the highway daily scheduling and emergency command system implementation, finally achieved the highway daily scheduling and emergency command system.At present, the highway daily

10、 scheduling and emergency command system has been put into use in shandong province, and in the process of actual use has obtained the good effect.KEYWORDS：Highway;Daily Scheduling;Emergency Command;GIS目 录摘 要4Abstract4目 录71 绪 论91.1 论文研究背景91.2 论文研究的意义101.3 国内外研究现状及发展趋势101.4 本章小结112 相关技术介绍122.1 VS2010

11、和C#122.2 SQL Server 2008132.3 ASP.NET技术142.4 用户认证技术142.5 数字视频整合172.6 基于SOA的GIS172.7 GIS-T技术182.8 本章小结193 基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的需求分析203.1 功能需求分析213.2 非功能需求分析263.3 本章小结294 基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的设计314.1 系统设计概述314.2 设计原则344.3 功能设计354.4 数据库设计384.5 本章小结475 基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的实现495.1 系统开发环境495.2 系统管理实现5

12、05.3 调度指挥实现665.4 统计分析实现715.5 本章小结726 结论736.1 总结736.2 展望74致 谢75参考文献761 绪 论本章首先介绍基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的研究的论文研究背景，然后对论文研究的意义，国内外研究现状及发展趋势等一一作以介绍。1.1 论文研究背景本课题来源于山东高速公路股份有限公司调度指挥中心系统工程项目。为了解决应急处置中和日常运营管理中存在的资源掌握不足、信息沟通不畅、监测监控不到位、决策不科学等问题，实现应急资源、路网基础信息、路网实际运行状况的全面掌握和动态监测1，实现现场、分公司及总公司调度指挥中心之间之间通畅的应急通信，建立

13、统分结合、反应快速、智能联动的调度指挥系统，全面提高山东高速股份的应急处置能力、运营管理效率、路网检测水平、信息服务水平，保障高速公路运行的安全和通畅，为山东高速公路股份公司构建良好的交通服务新形象、促进公司的可持续发展。具体来说，本方案设计目标为：（1）建立智能联动的调度指挥系统：通过网络，实现公司总部的统一接警，统一调度，统一管理，统一监督；实现现场处置方案、信息发布方案、应急资源调度方案、路网疏散方案智能化决策；实现信息、养护、路政等各部门在该系统的引导下协调一致、合理分工；实现系统高速运转，增强应急调度能力 4。（2）实现集中管理和统一调度公路应急资源：实现对公路沿线分布的所有应急资源

14、包括：人员、机械、车辆、物资的技术状况、位置、数量的全面掌握和及时跟踪，实现统一调度应急资源3。（3）实现高速公路动静态信息资源的有效整合，大大提高路网监测水平：实现对高速公路沿线附属设备、基础设施的基本信息、变化情况的掌握，建立功能较完善的信息采集和路网监测体系，实现对路网运行状况的监测2。1.2 论文研究的意义利用物联网技术、通信信息技术、计算机技术能够将指挥调度所需要的各类信息和功能整合到统一的信息大平台，从而解决目前高速公路运营管理所面临的问题，使得信息系统对路网运营管理起到更全面的支撑作用，提高高速公路管理部门保障出行安全、道路畅通的能力具有丰富的社会和经济效益5。本研究将拥堵和安全

15、作为高速公路运营管理的核心内容，探索利用近年来出现的信息技术解决交通流扰动与拥堵和安全之间的关系，实现对路网的全面、准确、及时监控，提高道路交通事件的响应时效和处置效率，提高路网协调监管的智能化、信息化，将技术手段和管理手段相结合，最大程度的减少交通事件对社会生产和人民生活造成的影响，减少对生态资源的污染和能源的过度消耗，同时保障道路基础设施状态良好，国有资产不受到过度损害6。1.3 国内外研究现状及发展趋势从国内来看，目前的研究与技术开发都集中于若干独立点，比如近年来为监控道路运营情况而兴起的高速公路全程监控系统和交通事件视频检测系统、接受咨询、求援报警的高速公路服务热线系统10。然而，从调

16、度指挥功能角度而言，以上研究内容更像是构成调度指挥系统整体的若干组件18。由于国内研究侧重于构成调度指挥系统的组件，缺乏将组件整合的系统性架构，不仅难以发挥各个组件的整体性功能，同时也限制了各个组件自身功能的发挥1。同时，由于在技术预测结果和出行行为上存在明显的博弈行为，在诸如交通流预测等智能化领域的效果与人们的期望仍存在较大差距2。另外一个明显的例子就是高速公路事件检测，由于技术、外界条件等因素的限制和影响19，诸如视频事件检测、基于车流量和拥堵的事件检测都不能同时保证较高的准确率、及时率和较低的误报率，因此，若想较好地实现交通事件检测这一功能，必须探索多途径综合进行报警信息辨伪、验证等功能

17、，其中很重要的一种途径就是将传统事件检测模块与其它交通信息采集模块进行联合验证，从而保证信息的准确、及时、低误报率3。从国外来看，美、欧等发达国家的调度指挥体系建设已经从对各个模块功能的研究、建设发展为系统级的整合、完善20，因此，它们使用的调度指挥系统也最为先进。这种先进性主要体现在三个方面：先进的通信底层平台、丰富的信息承载内容，以及较高的智能化和分析决策支持能力4。跟踪国外调度指挥中心的建设及构成可以发现，调度指挥系统的建设中必须注意人-人和人-机信息交互机制、信息承载地理信息平台、事件检测（报警）和处理机制的解决。以上几个方面对系统整体功能的稳定性、可靠性、以及系统功能的有效发挥具有决

18、定性的影响。只是，由于国内外高速公路的管理体制、职责划分等具有各自不同的特点，在管理侧重面上也有所区别，因此，需要根据国内高速公路运营管理行业的特点进行调度指挥系统建设规划与设计8。调度指挥体系的建设与智能交通技术和以计算机、通信为代表的信息技术的发展密切相关。近年来，新技术为调度指挥系统的研究注入了新的内涵，使得高速公路路网日常调度和应急指挥更加全面、准确、综合，系统的智能化、信息化、科学化也有了更为坚实的基础9。1.4 本章小结本章主要讲述了基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的研究这篇论文的研究背景、研究的意义和国内外研究现状及发展趋势。2 相关技术介绍2.1 VS2010和C#V

19、S2010是有微软公司开发一种编程工具，它于2010年上市，是目前最流行的Windows平台下开发环境。VS2010版本提供可视化的VS2010（Visual Studio 2010），是Visual Studio的一个经典版本，相当于当年的6.0版。VS2010开发工具是一款以C#开发语言为基础的一种开发工具，它属于微软公司，现有的技术有XNA、WPF、窗体应用程序、Silverlight等，在目前来说利用VS2010可以开发手机应用程序、网络游戏、窗体应用程序、三维程序以及网站等，用处非常广泛。在VS2010中IDE经过重新的设计，提高了可读性，减少了各种杂乱，针对不必要的行和各种渐变也都

20、已经删除。同时VS2010的代码编辑器使代码更容易阅读。我们可以通过按住Ctrl键，同时滚动鼠标的滚轴来进行放大和缩小操作。在VS2010中，从应用程序生成任何类型的文本文件都变的更加容易。VS2010支持了Windows Azure和微软云计算架构。助力易懂与嵌入式装置的开发。实践了当前最热门的Agile/Scrum开发技术，升级了测试功能和工具，同时搭载了Windows7,Silverlight4与Office发挥了多核并行运算的能力。C#与Java虽然有着几乎一样的语法和编译成中间代码再运行的过程，但是C#和Java有着明显的不同之处，它借鉴了Delphi的一个特点，与组件对象模型直接集

21、成。它是一种简单、安全、优雅和稳定的面向对象的开发语言。它由C和C+衍生出来的编程语言。它继承了C和C+强大的功能，同时去掉了它们比较复杂的部分，以其强大的操作能力和优雅的语法风格成为.net开发的首选语言。C#所开发的程序源码和Java类似，它被编译成中间代码，然后通过.net虚拟机进行执行。尽管C#语言拥有很多的优点，但是它也有其自己的缺点。比如在比较旧的Windows平台上，C#程序不能运行，因为C#语言必须要以.net的运行库作为基础，不同版本的操作系统可能.net的运行库版本是不同的。而且不同的版本之间的兼容性并不是非常好，所以导致了它的致命性的弱点。C#目前来说已经在Windows

22、平台中占有主角的角色。但是JAVA语言在UNIX和Linux这些平台中大展拳脚。C#作为一门高级程序语言来说，主要应用于微软所开发的平台当中，VS系列居多。C#语言的特点是，它是一门面向对象的高级程序语言，它的封装性特别好，对于首次开发应用程序的开发人员来说非常容易上手，也简单易学。所以如果想轻松掌握一门开发语言的话，C#高级程序语言是一个不错的选择。2.2 SQL Server 2008SQL Server 2008 是到目前为止最强大和最全面的SQL Server版本，它也属于微软的一种开发产品和VS2010同属一家。因此它们具有比较好的兼容性。SQL Server 2008 具有可信任、

23、高效和智能三个特点。本系统主要适用SQL Server 2008作为存储工具，存储中小学综合应用竞赛平台的所需要记录的数据。SQL Server 2008 推出了许多新的特性和改革，与以往的版本有很大的不同。可以说是目前为止最强大和最全面的的版本。此版本的愿望是满足数据爆炸时代应用程序的需要。在当前时代，信息储存爆炸，也出现了各种新的信息类型，例如图片、视频等等。SQL Server2008可以满足这些要求，它的存储类型包括XML、e-mail、时间/日历、文件、文档、地理信息等。同时提供了数据的交互作用。具有数据的搜索、查询、数据分析、报表、数据整合和强大的同步能力。SQL Server 2

24、008 提供了可信任的、高效的和智能的三个特点。可信任的指的是公司可以有很高的安全性、可靠性和扩展性来运行他们最关键的应用程序。高效的指的是SQL Server 2008 可以提高公司的开发效率和管理他们数据所需要的基础设施以及时间和成本。智能的指的是SQL Server可以提供一个非常全面的平台，当用户需要的时候可以提供给他发送观察以及信息。SQL Server 2008 可以对数据库、数据文件和日志文件等等进行加密，而且无需改动应用程序。通过加密，可以满足公司遵守规范和关注数据隐私的要求。SQL Server 2008 为加密和密钥提供了一个相当全面的解决方案，为了满足安全性的需求，公司提

25、供给供应商安全密钥。SQL Server 2008 主要是通过主持第三方密钥管理和硬件安全模块产品这种方式，来满足需求。2.3 ASP.NET技术A是一种开发Web程序的一种架构。它的基础的底层为网页，它支持HTML和XHTML两种网页内容。A的控件分为内置和外置两种，内置的有HTML控件和用户控件两种，外置的控件，如果需要使用它，我们需要在未使用之前添加它到vs.环境中，然后就可以使用这个新控件了。如果想成为一个优秀的程序员，我们不仅仅要掌握它的框架，明白它的原理，而且我们还要熟悉DHTML。同时对各种浏览器以及不同版本的浏览器都有有所了解。因为往往存在一个浏览器之间不兼容的问题，在这个浏览

26、器中，可以正常使用的一个网站，换到另外一个浏览器或者其余版本的浏览器就会出现页面变形甚至显示不全等等各种情况。目前有很多人对asp和认识不清，误以为是一种东西，asp是一种解释性的编程框架，而则是编译性的框架。A的后缀采用.asp和aspx.cs两种形式，实现代码的分离。这样显得更加的直观和易懂。Asp是微软公司的一项技术，它可以嵌入到网页中的一种脚本，可以由因特网服务器执行的服务器端脚本技术。它通常运行于IIS之中的程序。它是技术的前身。A开发的往常通常使用微软公司的IDE进行开发，本课题使用的是微软公司开发的VS2010开发工具，目前最新的版本应该是VS2012。ASP.NET是建立在通用

27、的开发语言之上的，也就是开发语言，它的实现完全依赖于虚拟机，因此它拥有跨平台的特性。它可以使用微软公司的IIS进行发布。ASP.NET的原始设想是希望可以让开发人员像VB这些开发工具一样，使用事件驱动的模式，来开发网页和应用程序。ASP.NET巧妙的利用了窗体字段和JavaScript脚本把事件的传递模型隐藏起来了。为了确保事件可以被引发，让时间驱动能够被运行，控件事件引发的命令需要的参数是由JavaScript脚本在用户端引发的。2.4 用户认证技术1、身份认证与系统授权提起这些我们都不陌生，在一个学校内，教务查询系统必须有你的身份认证，只有通过相关的系统认证，才能进入系统，进行系统内部功能

28、的操作。所以说，身份认证主要是指根据用户输入的密码和口令，判断其是否有权限对系统进行访问，是保证信息安全、用户合理使用和访问信息资源的一种比较简便有效的方法。在身份认证时，系统应该设置安全管理阀门，对于非法用户进行警告和拒绝其访问，这个阀门在保证信息安全和系统安全方面起着重要的作用。在现阶段，在各个系统中，主要存在以下几种有效的身份认证方式，下面进行简单的介绍，其中很多认证方式是其中多种方式的综合：（1）初级身份认证：这种身份认证方式是最简单和使用最广的，其主要是为每个合法用户设置一个标识，并把此标识在系统中进行存储和维护，达到系统和用户都能够共同认可的水准。通常的应用方式为用户名和口令。（2

29、）中级身份认证：中级身份认证机制的安全性要比初级身份认证要高，使用起来的资源占有率也高，在进行使用的时候，一般把原始标识经过一定的算法和手段进行加密，使其在计算机系统中存入的信息和用户信息不通，以保证其安全性，这种身份认证一般采用公用密码和私用密码相结合，共同验证，需要进行两重密码，这个也是一种不对称的认证形式。在这种方式下，首先为部门内部的人，再者有着对于某一个人的专属身份验证，操作起来的安全性也较高。（3）高级身份认证：这种方式同初级以及中级身份认证相比，具有了更多特有的物理特征，其中的物理特征有我们也比较了解和成熟的指纹识别技术、声音辨别技术、瞳孔视网膜鉴别技术，上述特征都是某一个人所特

30、有的特征，可能某一项在人群中的概率只有几千万分之一，当几项配合时，概率基本上为零，这样既避免出现模仿的发生，因而具有更高的安全系数。所以这就意味着对于这些生物学信息的认证，相比设置密码机械式的保密措施来的更加安全，但是相对应的带来的成本也比较高、必须由本人亲自到达现场才行，这种要求高花费，在实际应用中要考虑到实际收益，在现实中的网络应用系统一般不会采取这种方式。安全认证子系统主要有：认证服务模块、客户端安全管理模块和授权服务模块等三部分组成。对于认证服务模块，主要是针对系统的使用者用户，进行身份认证工作，包含以下内容：用户信息统计（用户名和令牌）和用户数据库。用户认证引擎和一般的用户认证管理方

31、式不同，在现实应用中，它通过相应的代理软件实现一个图形化的用户管理界面达到对用户的认证，这样既可以实现用户管理又可以提高系统的可操作性。对于安全客户端而言，本系统主要采用COM方式实现对身份的认证。上面是对于部件系统的设计与支持技术，下面对系统整体身份认证进行详细的设计，其主要在SOAP基础之上建立的，这样带来众多好处的同时，也产生了一个问题，那就是建立客户端时应该基于SOAP环境进行设计和运行，但是，在实际的操作中，这部分设计工作相当复杂，而且会随着SOAP的不同而不同，这样软件的实现带来了很大的困难。在实际的设计应用中，创建了一个应用在客户端的中间层对象。对于该中间层对象，也有着不同的要求

32、，首先，让该对象使用表转化的COM对象，使用相关的技术，对系统内部所有的SOAP协议进行分装，使数据的调用和沟通高效化。与此同时，该接口必须实现和WSDL服务器端实现完美的统一化的接口，这样就能达到客户端在SOAP环境下完美展现。再者，在系统内部，可以通过SDK工具实现不同组件接口的完美结合，具体情况应该以实际情况中系统的效率以及使用的环境所定。实际应用中，对于每个具体的模块，需要相应的具体的操作人员，所以，系统的管理人员在进行系统操作配置时，需要对每位操作员在该模块的操作许可进行设置，不越权但是也不能将权限设防不够，否则都会对系统的实际应用产生很大的影响，只有权限开放合适，才能达到更好的实际

33、操作效果，在实际应用过程中，我们一般以权限点为基础设置，这样在系统总体部署的时候，就可以方便的对各个子系统的安全权限进行审查和登记，随后，在上述安全等级和核查的基础上，对新纳入的权限按照一定的方法进行角色配置。一般情况下，在数据安全保护上一般采取SSL技术完成，这种技术已经在网页服务器等各种类型的开发手段中得到了广泛的应用，其目的就是用来进行数据传递安全的保护，主要是确保浏览器和服务器之间关键数据安全传递。相对而言，它具有以下三个特点：（1）能够利用简单的技术，快速方便的实现；（2）对硬件设备要求相对较低；（3）系统整体性和安全性能能够满足设计的要求。2.5 数字视频整合实现了视频的数字化，数

34、字化的视频包括全部道路视频，收费站广场视频。通过视频的全部数字化编码，减少故障点、减少与原先监控系统的冲突、缩小单编码设备故障的影响范围、杜绝浏览图像被切换或者根本浏览不到期望视频的情况。实现了计算机桌面的视频的点播、控制5，实现了通过手机进行视频的浏览。 采用分布式部署的点播服务系统，实现视频的集中控制分发，提高视频传输效率。实现了事件检测仪录像的播放。通过视频整合平台，可以对道路情况、应急人员、应急车辆等实现现场监控。为3G无线网络提供视频监控信息，有权限的用户可以进行远程控制。2.6 基于SOA的GIS全面基于SOA的架构体系，方便系统集成和扩展。应用支撑平台担负着对下管理汇集数据，对上

35、支撑应用的核心作用，并提供全系统信息共享服务，平台的设计实施以SOA理念为指导，实现内部软件层次化、构件化设计。GIS服务是平台建设的重要内容之一，它覆盖了平台服务的各个层次。合理运用SOA理念35，将GIS平台软件提供的各类服务恰当地封装、部署到平台的各个层次，以保证其在逻辑上成为一个有机的整体，实现数据和软硬件资源共享并为总体系统工程服务是招标文件的重要任务。遵循SOA理念，GIS平台软件和支撑平台的其他重要软件、数据共同构成应用资源和数据资源，它们所提供的功能服务可以在这一层进行必要的定制或扩展；基本功能服务和业务应用服务直接通过连通服务和适配器进行连通和转接，适配器和连通服务实现现有服

36、务的统一封装，能够实现系统服务的互操作并保证系统模块间的松耦合性。 在地图上标记各种应急资源所在位置。能够根据应急资源管理的情况，动态调整应急资源所在位置、资源数量等属性信息。2.7 GIS-T技术基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统将采用了GIST技术。下面对GIS概念、GIS在交通中的发展、GIST关键技术、问题及解决方案进行简单描述。1）GIS概述GIS（Geographic Information System，地理信息系统）是一门综合性学科，起源于20世纪60年代，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计

37、算机系统。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理。GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作集成在一起。GIS与其他信息系统最大的区别是对空间信息的存储管理分析，从而使其在广泛的应用在公众和个人企事业单位，包括环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、航空、市政管理、城市规划等领域。比较成熟的GIS软件公司有：美国mapinfo公司的mapinfo，ESRI公司的arc/info，超图，四维等。2）GIS在交通中的发展随着高速公路的大力发展，在日常运营管理和应急处置过程中，当前系统存在的决策不科学、指挥协调不灵、监测监控不到位、信息沟通不畅、资

38、源掌控不足等问题，对当前路网实际运行状况、路网基础信息、应急资源及路网实际运行状况的缺乏全面掌握和动态监测。通过GIS在高速公路中的应用，即交通地理信息系统GIS-T，可以有效解决这些问题。GIST具有强大的交通信息服务和管理功能，通过GIST的应用，收集、整理、存储、管理、综合分析高速公路的所有应急资源（包括：人员、机械、车辆、物资）的技术状况、位置、数量，事故处理进展，实现统一调度应急资源，建立智能联动的调度指挥系统。3）GIS在本平台中的应用基于GIS平台技术，实现对高速公路动静态信息资源的有效整合，在全矢量化的电子地图基础之上实现交通空间信息和属性信息的全面管理，实现对高速公路沿线附属

39、设备、基础设施的基本信息、变化情况的掌握，建立功能较完善的信息采集和路网监测体系。GIS平台架构图如图2-1所示。图2-1 GIS平台架构图路网监测运行分析系统与其他系统的接口图GIS和页面展示视频分析结果视频设备状态、交通流、气象信息事件、设备状态、交通流信息事件信息、设备状态视频、设备状态视频质量检测系统视频控制系统济莱路交通监控系统济青路图文发布系统事件监测系统全程监控系统路网监测运行分析系统新建接警单空间数据库引擎空间数据库空间数据库客户配置管理端空间数据空间数据是GIS系统的重要组成部分，主要包括比例尺设计、地图投影、分层数据、专题图数据等。本系统将图层数据分成两部分：高速公路相关的

40、图层和底图。高速公路相关的图层主要有收费站、服务区、机构、路况信息、消防单位等；底图包含行政区划、水系、桥隧、路网等主要信息；，这些数据需要相应的算法进行加工整理，并与属性数据相结合。GIS平台对空间数据提供显示、控制、查询、输出等多项功能。2.8 本章小结本章主要讲述了基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的相关技术，包括数字视频整合、基于SOA的GIS、和GIS-T技术。3 基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的需求分析日常调度与应急指挥系统架构在统一的交通地理信息系统（GIS-T）之上，系统主要功能包括：接案(警)管理、应急资源管理、调度指挥管理、应急辅助决策和事后分析与评估。

41、下面对系统的功能结构进行描述11。接案(警)管理主要功能包括：快速接案(警)、案(警)情初步分析等功能。实现对电话、人工、路网检测分析等报案(警)方式的快速响应，实现对接案(警)信息的记录和存储12。应急资源管理主要功能包括：应急预案管理、管理机构管理、应急车辆管理、应急物资管理、人员队伍管理、典型案例管理等功能。实现应急处置过程中所需的各类资源类型、位置、数量、状态等信息的动态管理13。调度指挥管理主要功能包括：日常调度管理和应急指挥等功能。利用GPS定位技术实现对所有车辆定位，根据接案(警)管理的信息，各级管理机构人员调度权限范围内的车辆和人员，做到结合巡查排班计划，合理地调度最近的巡查车

42、辆处理各种事件14。根据应急辅助决策分析事件应急程度，对所有应急车辆、机械设备、人员物资进行统一调度。应急辅助决策主要功能包括：信息发布方案制定、现场处置方案制定、疏散方案选择、应急资源调度、突发事件分析等功能15。实现在突发事件发生后，通过接案(警)管理模块采集突发事件的信息，结合事件进展跟踪，对危害程度、持续时间、影响范围、事件级别等进行综合分析，根据应急预案的匹配和专家意见，辅助生成应急方案。事后分析与评估实现对事件本身及其应急处置效果的分析和评估。高速公路日常调度与应急指挥系统的总体业务流程图如图3-1所示。图3-1总体业务流程图3.1 功能需求分析日常调度与应急指挥系统架构在统一的交

43、通地理信息系统（GIS-T）之上，通过采集各类动静态信息，实现日常和突发事件情况下的接案(警)管理、应急资源调度、应急辅助决策及事后分析和评估功能5。日常调度与应急指挥系统的总体功能如下：1、实现对系统自动报案(警)和人工报案(警)的快速接案(警)，案(警)情定位及确认，案(警)情初步分析，及时联系相关责任区域的应急通讯组，并向相关下属部门和外部单位电话通知案(警)情，案(警)情录入及查询、统计功能。2、采用知识库管理技术实现对各种应急预案的数字化管理，实现对典型案例的数字化管理。3、实现对调度指挥管理机构、应急车辆、应急物资、人员队伍等各类应急资源的统一管理，对这些资源位置、数量、技术状态进

44、行管理和维护，并提供电子地图和列表形式的查询功能。4、实现车辆查询、车辆搜索和最近车辆定位、智能调度、时间估算、现场信息反馈、应急决策信息接收等调度指挥功能。5、在突发事件情况下，实现对事故级别、程度、影响区域的分析，实现对应急资源选择和调度方案的自动生成以及最佳运输路径的推荐，实现疏散方案（含收费站封闭/放行方案）、现场处置方案、信息发布方案的系统推荐，为领导进行应急调度指挥提供辅助决策支持。6、对应急处置过程进行记录，对事件处置效果的事后分析和评估。下面我们通过用例图来展示高速公路日常调度与应急指挥系统的功能需求。接案管理的用例图如图3-2所示。图3-2 接案管理用例图用例说明：在接案管理

45、中，调度指挥中心调度人员可以接警、确认案情、调取视频、分析案情、查询预案、查询案例等操作。应急预案管理用例图如图3-3所示。图3-3 应急预案管理用例图用例说明：在应急预案管理中，调度指挥中心调度人员可以录入预案、编辑预案和查询预案。管理机构管理用例图如图3-4所示。图3-4 管理机构管理用例图用例说明：在管理机构管理中，调度指挥中心调度人员可以录入机构数据、编辑机构数据、查询机构数据、查询机构数据。应急车辆管理用例图如图3-5所示。图3-5应急车辆管理用例图用例说明：在应急车辆管理中，调度指挥中心调度人员可以导入车辆信息、录入车辆信息、修改车辆信息、查询车辆信息、定位车辆位置。应急物资管理用

46、例图如图3-6所示。图3-6应急物资管理用例图用例说明：在应急物资管理中，调度指挥中心调度人员可以导入应急物资、录入应急物资、修改应急物资、查询应急物资。人员队伍管理用例图如图3-7所示。图3-7人员队伍管理用例图用例说明：在人员队伍管理中，调度指挥中心调度人员可以录入人员信息、修改人员信息、查询人员信息、录入值班表。典型案例管理用例图如图3-8所示。图3-8典型案例管理用例图用例说明：在典型案例管理中，调度指挥中心调度人员可以录入案例、修改案例、查询案例。调度指挥用例图如图3-9所示。图3-9 调度指挥用例图用例说明：在调度指挥中，调度指挥中心调度人员可以应急指挥、日常调度、权限管理、应急方

47、案管理、智能调度、车辆查询等等。3.2 非功能需求分析1）性能需求分析基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统属于面向突发事件的应急指挥系统，也属于面向公众的服务系统，也属于面向管理部门的业务应用系统，因此，系统的性能应该从多方面考虑，满足以下几点：（1）系统可用性由于工程涉及到山东高速股份的安全应急管理，对系统的可用性要求较高，系统能够7*24个小时高效运转，系统的可用性（A=MTBF（平均无故障工作时间）/MTBF+MTTR（平均维修时间）应达到99.99%。（2）保证系统响应速度能在用户心理能接受的范围内，并不影响业务工作，或造成工作的低效率。在各业务非高峰期间内进行简单搜索，能在2秒

48、内返回结果；高峰期间的简单查询操作，能在1秒内返回结果16。在各业务非高峰期间内，进行特定条件的一般查询，能在1秒内返回结果；高峰期间的简单查询操作，能在2秒内返回结果。在各业务非高峰期间内进行多条件组合查询、统计分析，能在10秒内返回结果；高峰期间的复杂查询操作，能在15秒内返回结果。（3）系统可扩展性基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统，随着社会的不断发展，调度指挥的业务模型需要进行不断的完善。因此，系统需要有较强的可扩展性17。（4）系统安全保密性系统需要较高的网络安全性，能防止病毒、黑客等侵入和攻击，禁止未授权的用户访问系统；因为工程所需的数据包括应急资源、路政执法等，有较高的保

49、密要求，需要保障数据的安全性。2）安全性需求分析基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统属于一个面向群众、政府的系统，需要处理各种应急事件和日常事件，因此在安全性的需要方面应该满足以下几条：（1）会话在一定的闲置期后应失效。（2）通过策略支持不同级别的系统访问，访问级别由有限的用户来控制。（3）系统访问策略应根据以下方面来定义：管理员、维护员、普通操作员。（4）口令：区分大小写。（5）授权：不同用户有不同的授权级别，按角色授权。（6）数据：口令和敏感数据对所有用户都是隐藏的，数据传输时加密敏感性数据。（7）日志：对于用户的登录、参数及数据的更改记录日志，并可进行日志查询。3）界面展现需求分析

50、界面展现需求分析主要分为对主体功能布局和交互模式约定两个方面进行分析，下面分别进行描述。（1）主体功能布局主界面中应该有不需要登陆就可以使用的功能，同时提供登陆功能（2）交互模式约定功能使用模式：系统提供工具栏，通过工具栏调出相关功能的浮动窗口。浮动窗口默认居中显示，位置及大小可定制。空间地物属性查看方式：默认采用单击的方式，比如要查看地图上某个车辆的信息，通过在地图上左键单击车辆图标，弹出车辆信息浮动窗口。列表功能处理模式：在列表最后一栏提供“操作”列，用于组织相关的针对行的业务动作，一般情况下业务动作以超链接的方式。对于列表功能，如果数据项比较多，采用分页的方式显示。4）实时性需求分析实时

51、性需求分析分为对数据的实时性和对信息传递的实时性进行需求分析。下面针对这两个方面进行分别描述。（1）数据的实时性数据的实时性是指外部系统提供的数据如何及时的推送或抽取到指挥调度中心项目中去。影响数据实时性的因素及应对策略如表3-1所示。表3-1 影响数据实时性的因素及应对策略表影响因素应对策略外部系统的稳定性和采集数据的实时性等不可控软硬件技术设施的处理能力（网络、数据库服务器）不可控数据库的性能及负载数据库性能调优数据抽取工具的性能工具调优、优化抽取规则数据抽取的策略（包括采集频率、采集方式）针对不同类型的数据确定合适的采集频率，降低对数据库的压力；尽量采用增量采集和减少抽取数据项的方式，减

52、少采集数据量。（2）信息传递的实时性信息传递的实时性是指发生某个事件以后，事件能够及时的推送到客户端的过程。影响信息传递实时性的因素及应对策略如表3-2所示。表3-2 影响信息传递实时性的因素及应对策略表影响因素应对策略外部系统的稳定性和采集数据的实时性等（如果需要与外部系统交互）不可控软硬件技术设施的处理能力（网络、应用服务器、数据库服务器）不可控应用服务器中间件集群和调优GIS平台中间件集群和调优数据库的性能及负载集群和调优客户端浏览器的处理能力使用高性能客户端浏览器程序本身的处理逻辑优化处理逻辑（使用缓存、减少与数据库交互、优化业务逻辑等），客户端和服务端的数据压缩，减少客户端和服务端的

53、交互等等。3.3 本章小结本章主要讲述了基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的功能需求分析和非功能性需求分析。在功能需求分析中主要通过业务流程图和相关的用例图来对本系统的功能进行需求分析。在非功能需求分析中主要通过对性能需求、安全性需求、界面展现需求和实时性需求进行分析。4 基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的设计本章主要讲述基于GIS的高速公路日常调度与应急指挥系统的设计，分别从系统的总体设计和详细设计两个部分进行说明。4.1 系统设计概述大量实践统计表明，在大规模软件开发中有70%的错误来自需求和设计阶段。良好的需求分析和软件设计过程不公可以提高软件开发效率，也是确保软件产品

54、正确、可靠的基础。软件设计是软件开发的重要阶段之一26-28，是把软件需求转换为软件表示的过程，也是将用户需求准确转化为软件系统的唯一途径。在需求分析质量得到保证的前提下，软件设计质量就是最重要的，关系到软件的最终实现，包括对软件编程、测试和维护的直接影响。软件设计质量管理工作主要从以下几个方面开展：（1）软件设计评价标准。软件设计质量的分析和评价包含3个方面：质量属性、质量度量以及质量分析与评价技术。对于软件设计的质量属性（可维护性、可移植性、可测试性、可追踪性、正确性、健壮性、目的的适应性）的实现，也就是软件设计的目标。当然，还可以进一步区分这些软件设计的质量属性：1）软件运行时间评价的质

55、量属性：性能、安全属性、可用性、功能性、可使用性。2）软件维护时间评价的质量属性：可修改性、可移植性、可复用性、可集成性、可测试性。3）与体系结构本质质量相关的质量属性：概念完整性、正确性、完备性和可构造性。软件设计的评价还依赖于软件规模、结构、质量的度量，包括复杂度、耦合性、内聚性等的度量。使用度量可以评定或定量估计软件设计的不同方面，对于软件设计度量方法，根据设计方法，可以分为两类：1）面向功能（结构化）设计的度量。通过功能分解得到的设计结构，通常表示为结构图，可以计算其多种度量。2）面向对象设计的度量。设计的总体结构通常表示为类图，可以计算多种度量，也可以计算每个类内部的内容的度量。软件

56、设计的评价工具和技术比较多，以帮助设计人员确保软件设计的质量，包括：1）软件设计评审。有正式的和非正式的，通常是以小组方式进行，来验证和保证设计结果的质量。2）静态分析。正式或非正式的静态分析技术，可以用于评价一个设计 。3）模拟与原型。软件设计通过软件系统设计模型来表示，软件设计评价可以转化为软件系统设计模型的评价，这是评价设计的动态技术。（2）软件设计原则。可以把它分为基本原则、设计的思想原则和设计的技术原则。设计的基本原则是软件设计的宗旨，设计的思想原则可以指导设计的技术原则。软件设计的基本原则是设计过程中，始终以质量为目标，设计始终以质量目标设计目标而展开。设计越简单越好，只要满足质量

57、目标和功能需求，越简单越有利于编程、测试和维护，系统的可靠性、性能会越高。软件设计的思想原则包括：1）用户需求远比技术重要。2）需求其实很少改变，改变的是对需求的理解。3）接受变化。4）不要低估软件规模的需求。5）在软件设计中没有捷径可以走。6）不要对某一种设计模式、体系结构崇拜，任何体系结构都有它身的优点和缺点，设计模式也一样。7）沟通对设计质量的提高同样重要。8）工具只是手段，不能代替一切。9）理解完整的软件开发过程。10）常做验证，早做验证。软件设计的技术原则关注耦合度和内聚性，耦合度是程序结构内不同模块之间相互关联的度量，内聚性是模块独立性的另外一个形象因素，它们影响软件的复杂程度和设计质量，高耦合性或低内聚性的系统是很难维护的。体系结构设计的准则如下。1）改进软件结构，提高模块独立性，降低软件模块间的耦合度和提高模块间的内聚性。2）模块适当的尝试、宽度、扇出和扇入。3