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GIS技术在交巡警平台设置和调度中的应用.rar

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    编号:20180915222605401    类型:共享资源    大小:392.00KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    GIS 技术 巡警 平台 设置 调度 中的 应用
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    第 1 页 共 11 页GIS 技术在交巡警平台设置和调度中的应用作 者:翟瑞平指导老师:张海军摘要:本文针对城市交巡警服务平台管辖范围的分配、不同任务下服务平台的调度、服 务平台的设置、罪犯围堵等问题,在分析相关数据的基础上,分别建立了优化模型,并讨论了问题 解决过程中涉及的主要 GIS 技术。关键词:网络分析;交巡警平台;调度方案;GIS 0 引言每个市区的一些路口节点设置交巡警服务平台,交巡警平台建立的目的是为了提高警务系统的工作效率,优化警力配置,达到相关部门要求,但由于警务资源有限,如何根据城市的实际情况与需要合理设置服务平台、分配各平台的管辖范围、在突发事件时调度警务资源,是需要思考解决的几个实际问题,而 GIS 又有强大的数据空间分析功能,将 GIS 技术应用于交巡警平台的设置和调度是具有重要意义的。在这里我们先认识一下交巡警平台,它是外形看似灯塔的工作平台。交巡警平台的设置是在现实条件的制约下,根据对交巡警工作效率最优化有着重要影响的各种要素的比较结果来选择一个最理想的工作平台的过程,交巡警平台的调度和应用明显具有空间特性,利用GIS来辅助调度和设置必然会提高其工作效率和科学性以及有效性。在这里我们通过对具体事例,即对GIS技术在某市的交巡警平台的设置和调度的具体应用来分析,充分应用GIS技术中网络分析的能力,实现交巡警平台合理的设置和调用,我们先将数据进行空间处第 2 页 共 11 页理,再结合需要应用的GIS技术,在这里我们用到的主要是服务区设置,最佳路径分析和最近设施分析等技术,来一步步实现平台的合理设置和调用的解决方案。1现有数据及处理某市设置交巡警服务平台的相关数据情况[1]:1,全市交通路口节点数据库,(包括全市路口节点标号 ID、路口的横坐标 X、路口的纵坐标 Y):表 1全市交通路口节点数据表2,全市交通路口的路线数据库(包括路线起点(节点)标号、路线终点(节点)标号):表 2 全市交通路口的路线数据表3,全市交巡警平台数据库(包括交巡警平台编号、交巡警平台位置标号):第 3 页 共 11 页表 3 全市交巡警平台数据表4,全市区出入口位置数据库(包括序号、出入市区的路口标号、出入区口标号):表 4 全市出入口的位置数据表5,六城区的基本数据库(包括全市六个城区、城区的面积、城区的人口):表 5 六城区的基本数据表ID 全市六个城区 城区的面积 城区的人口1 A 22 602 B 103 213 C 221 494 D 383 735 E 432 766 F 274 53第 4 页 共 11 页2 交巡警平台的设置和调度2.1 利用网络分析中产生服务区范围来实现平台调度在这里我们需要解决为各交巡警服务平台分配管辖范围,使其在所管辖的范围内出现突发事件时,尽量能在 3 分钟内有交巡警(警车的时速为 60km/h)到达事发地。根据所给出的全市交巡警平台设置的相关的数据信息,运用GIS 添加数据和处理数据的技术,我们可以在 Arcgis 中利用所给出的数据创建 Arcgis 分析图层文件,使用 Arcgis 中的 ET geowizards工具将图层点转化为线(要注意根据其转换的规则制作数据表格) 。这样便可得到本市交通道路图,然后我们再根据全市交通路口的路线数据划分六城区(注意交叉的部分,我们可以命名为交叉区) 。针对问题我们单独分析城区 A,利用 Arcgis Network Analyst[4]中的 New service area 为中心城区 A 区各交巡警服务平台分配管辖范围,在新建 Service Area 的属性设置中,点击分析设置,键盘输入服务区的最大距离为(3/60)*60*1000=3000 米,最后得出如下图 1,使其在所管辖的范围内出现突发事件时,尽量能在 3 分钟内有交巡警(这里我们设警车的时速为 60km/h)到达事发地。第 5 页 共 11 页图 1 各交巡警平台的服务区范围这里我们用到的gis中网路分析的设置服务区分配范围[4],将每个平台3min所能服务的范围表示出来。 网络分析是通过研究网络状态,模拟分析资源(物质、能源和信息)在网络上的流动和分配,以实现网络上资源的优化配置,网络分析是是根据空间中的各种属性数据和位置关系建立的网络拓扑结构,其中构成网络与这些实体的连接交汇点的最基本元素是线性实体。网络分析方法很多,有产生最佳路径,查找最近设施,产生服务区,在这里用的是服务区的设置,服务区是对路径分析的扩展,给定交通成本,产生离开服务区所有方向的最远路径,将路径的最远点连接起来,形成最大范围,就是服务区。在同样的条件下,基于网络的服务区范围比同心圆式的邻近区明显小。交巡警平台建立的目的是为了提高警务系统的工作效率,优化警力配置,达到相关部门要求,即在3分钟内,集中6~8台巡逻车,24~32名警力,接警后5分钟内到达现场,出警、处置、施救能全面达到欧美警务水平,交巡警平台反应速度要尽可能地快,也即在最短时间内赶到,以使被服务者达到最大可能的满意 ,这样的时间反应也可以看成交巡警平台完成最佳服务半径。因此,我们可以将公路看作网络中的链,将交巡警平台看作网络上的结点来进行分析.点在网络连接中的辐射范围以及交巡警平台每天分派出的各路巡查队伍以怎样的路线都可以使用GIS网络分析功能,将其在最佳的服务半径内的效率最大化,同时也是在处理紧急案件发生时提供最短路径最快反映的警力支持的保证。我们在这里利用节点数据、全市交巡警分布数据,道路交通数第 6 页 共 11 页据、这些对交巡警平台调度和应用有影响的数据进行网络分析,来进行服务区设置,确定一个或者多个设施点的服务区,绘制服务区范围的条件可以是多个,例如,同时列出 3 分钟、6 分钟、9 分钟的服务区 ,这里我们使用 3 分钟内来设置服务区,为各交巡警服务平台分配管辖范围,使其在所管辖的范围内出现突发事件时,尽量能在 3 分钟内有交巡警(警车的时速为 60km/h)到达事发地,在这里用的新建服务区范围(new service area),使得每个交巡警服务平台能够在 3 分钟之内赶到事发地,高效的解决交巡警出警路径选择,从而优化了警力配置路径,提高了抓捕效率。2.2 最佳路径分析与平台设置和调度的结合在上面中我们大概确定了各个交巡警服务平台的管辖范围,利用 ArcGIS 属性选择,我们可以看出 28、29 、38、39、61、92 节点在三分钟内没有交巡警能够到达,如下图 2 中黑色点:图 2 未被服务的区域第 7 页 共 11 页接下来我们需要解决对于重大突发事件,需要调度全区 20 个交巡警服务平台的警力资源,对进出该区的 13 条交通要道实现快速全封锁。实际中一个平台的警力最多封锁一个路口,给出该区交巡警服务平台警力合理的调度方案。结合发案率进一步对其行优化。这里我们用到的 GIS 技术最优化服务设置,设置成本矩阵(OD Cost Matrix) ,结合发案率来得出每个平台的工作量,从而进行最优化分配,其实质也就是最佳路径分析,最佳路径分析即在 ArcGIS 网络分析可以查找两点之间的最佳路线以及遍历多个点的最短路在 ArcGIS 中用最佳路径模块分析就可以得出交巡警服务的最佳路径。这里我们可以将道路看作网络中的链,将交巡警平台看作网络上的结点来进行最佳路径分析,最佳路径分析是GIS网络分析的一个基本的问题,国内外学者都对此进行了大量的研究。如经典Dijkstra算法和Floyd算法,还出现了一些诸如利用节点—弧段联合结构来表示图并利用深度优先算法实现最短路径的自动判断与获取的方法等算法。结合其它技术,这些算法成功的应用在了交通车辆最佳路径调度问题,及无线通信网络实时分组最优路径问题分析等。从分析得到已确定的各个平台的管辖范围之间有所重复,如:1号平台与19号平台的管辖范围有所重复,为标号79、80、18的路口。1号平台所需管辖的路口包括8个且管辖范围内的发案率相对较高,此时考虑到最优化,我们将79、80、18这几个路口划分给19号交巡警服务平台。依照发案率和每个平台的工作量这两个标准,对各个平台的管辖范围进行精确的划分。在设计出现突发事件时,交巡警服务平台的调度方案也需要充分与 GIS 技术结合,利用 ArcGIS 中属性选择我们可以看出进出中心城区 A 的道路节点为第 8 页 共 11 页12、14、16、21、22、23、24、28、29、30、38、48、62(如下图4) ,要实现对进出 A 区的这 13 条交通要道快速封锁,在此问题中我们既要考虑节省交巡警服务平台的资源又要使交巡警在最短时间内能够将 13 个路口进行封锁。图 3 平台和路口的显示首先,利用 ArcGIS 分析中的 OD Cost Matrix[5],以时间为前提,得出出入城区的我们可以得到所需封锁的 13 个节点与 20 个服务平之间的分配关系,打开其属性表,再结合上图,我们很容易看出分配不合理,一个交巡警平台在紧急情况下只能封锁一个路口,而其却出现了一个平台封锁多个路口的情况,所以我们需要再重新分配得出其最合理分配。最终分配结果为:表 4 分配结果封锁节点 12 14 16 21 22 23 24 28 29 30 38 48 62平台 12 14 9 10 11 13 15 8 16 7 3 17 42.3 最近设施分析在问题的分析中,我们还需要找到在案发 3 分钟后接到报警,快第 9 页 共 11 页速搜捕在逃嫌疑犯的最佳围堵方案。在这里我们需要找案发 3 分钟后最近的交巡警平台,利用的就是建立最近设施技术[5],当查找最近设施时,可以指定查找的设施个数或者查找方向,最近设施的原理和路径相似,设施和事件之间的关系相当于 2 个站点之间的关系。可以为每个事件查找单个最近设施,也可以同时查找多个设施,得到一个事件和多个设施之间的最佳路径,已经得知每个交巡警服务平台的覆盖范围,由于现有交巡警服务平台分布的有些不均衡,还存在未被覆盖的节点,并且每一个交巡警服务平台的工作量也不均衡,造成部分服务平台出警时间过长,负担过重。从在 Arcgis 中我们可以很直观地反映出各个服务平台工作量的分配情况:平台 1、平台 5 和平台 18 的工作量相对较大。根据局部优化,我们在这三个平台服务区域内分别添加 3 个交巡警服务平台,并且将其管辖的部分节点转移到新增加的服务平台上,使整个的工作量得到合理的分配。5 号平台的管辖路口包括49、50、51、52、53、56、57 和 59。我们在 52 路口这添加一个平台,会使两平台的工作量达到最小。同理我们可以得到在 71、83 路口增加平台会使 1 号、18 号平台和新增平台的工作量得到合理的分配。2.4 综合 GIS 技术得出交巡警平台的设置和调度最合理方案按照设置交巡警服务平台的原则和任务,通过计算出各个区域交巡警服务平台到各路口的距离,依据在所管辖的范围内出现突发事件时,能在 3 分钟内有交巡警到达事发地,综合考虑出警时间、案发率、人口密度等因素,可对现有交巡警服务平台设置方案中每个交巡警平台工作量进行分析,确立全市 80 个交巡警服务平台的工作量。在 ArcGIS 中分析后我们可以清晰的看出有 3 个平台的工作量太第 10 页 共 11 页大,并且有一个平台的工作量相对与其它平台太小。15、31、45 的加权工作量太大,79 的交巡警服务平台的加权工作量较小。明显可见现有的交巡警分布是不合理的,通过分析得到解决方案:在15、31、45 周围分别添加 3 个交巡警服务平台,使其工作量大大的减少。删除 79 号交巡警服务平台使得各个交巡警服务平台的加权工作量能得到合理的分配。3 总结通过应用 GIS 技术中最短路径分析来解决交巡警平台设置和调度的问题,得到合理的解决方案,结合实际情况对所提出的问题进行求解,使系统更贴近实际,通用性推广性强,该系统很好的解决了交巡警服务平台的设置与管辖范围的分配问题,有助于对警力资源的优化,同时提高治安水平和办事效率,对犯罪的嫌疑人的追捕提供了合理的围追堵截方案,但是由于技术的局限性和作者能力的有限,还有现实的不确定因素等,所求的可能不是最优方案。过去,GIS 往往被认为是一项专门技术[2],其应用主要限于测绘、制图、资源和环境管理等领域。随着技术的发展和社会需求的增大,GIS 应用日趋广泛,它不但在资源和环境管理与规划中成功应用,而且是设施管理和工程建设的重要工具,同时,还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育,乃至人们的日常生活领域之中。GIS的社会地位也发生了明显的变化,它和数据库、信息处理、通信等技术一样,成为信息技术(IT)的重要组成部分。 GIS 在交巡警平台的调度与应用得到了更广泛的应用,通过这次应用,更加深了对交巡警平台技术方面的理解,也更好地学习了 GIS 技术,以后会更努力学习。参考文献
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