基于GIS的粮食应急调度系统研究设计

摘要：在粮食应急调度车辆路径规划问题上，由于受灾需求点分散、路况通行不畅、时间紧急等因素，传统的配送模式已不能适应应急的需要。该文在对粮食应急调度研究的基础上，结合GIS空间分析技术，将GIS技术引入到粮食应急管理中，对系统的总体结构、功能模块进行了概要分析与设计，对系统的核心模型库进行了重点设计。实现了基于GIS的粮食应急调度系统，为粮食应急调度提供智能化空间决策分析支持，快速做出参考方案，真正实现对粮食应急调度可视化指挥。

关键词：粮食应急调度，路径优化，地理信息系统，模型库设计

中图法分类号：TP183文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)18-4423-03

The Food Emergency Scheduling based on GIS System Study Design

ZHOU Lun-gang

(Henan Province Industrial School, ZhengZhou 450011, China)

Abstract: On the problem of food emergency dispatch vehicles path planning, the traditional emergency distribution mode can’t meet the need of emergency because of scattered disaster needs, clogged road traffic, emergency time and other factors. In this article, based on the research of food emergency scheduling and combined with GIS spatial analysis technology, introduce the GIS technology to the food emergency management, analysis and design the overall structure of system, function module on the summary. Among these, the core model libraries of the system is key designed. Food emergency scheduling system based on GIS is realized, and it provides intelligent spatial decision analysis for food emergency dispatch making decision fast, and makes truly realize visualization command on food emergency dispatch.

Key words: food emergency dispatch; route optimization; geographic information system; model base design

1 GIS在粮食应急调度系统决策中的应用

GIS是一门介于信息科学、空间科学和地球科学之间的交叉学科和新兴技术学科，它将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过将真实世界模型化到计算机中，结合计算机图形学以及其他算法，来实现空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题[1]。在粮食应急方面引入地理信息系统，将会大大提高我国粮食应急管理的水平。

通过GIS的强大的空间数据和属性数据集成的方式在电子地图上直观而生动的了解粮食应急各个方面的发展状态，包括粮食应急供应点分布情况、受灾现场情况、受灾需求点分布情况和道路交通情况等。采用本文研究的蚁群智能辅助功能得到粮食指挥调度的参考方案，合理选择粮食应急供应点、组织优化运粮车辆的运输路线和可根据当地自然条件情况选择粮食应急设施的临时存放点等，在地图上对全局的应急救援物资进行科学调配，提高粮食应急调度的效率[2]。

2 系统的总体分析设计

2.1 系统总体框架设计

GIS平台下的粮食应急调度系统主要涉及决策者、受灾需求点、道路、粮食储备库、应急实施人员和设备、应急调度决策子系统、应急车辆路径规划决策子系统等等许多对象，数据量庞大、结构复杂，配置演示电子地图，其具有定位、定向、识别地物、对空间数据进行储存、显示、查询等多种功能。整个系统的体系结构可分为基础设施、基础数据层、资源整合、系统支持层和应用服务层五个层面，系统总体框架如图1所示。

基础设施：整个系统的顶层是信息系统的基础设施，这包括网络与通讯设施、主服务器及储存系统、操作系统等，它们是系统最基本的运行基础。

基础数据层：数据是真个系统的基础，基础数据经过采集、处理、标准化、传输、存储，形成系统资源库，为系统提供了高效的业务分析、决策、交换、共享数据环境。主要包括模型库、知识库、方法库、地理信息数据数据库等。

资源整合：粮食的应急指挥调度需要多部门、多系统联合配合，如果彼此孤立，不能实现信息共享，就会形成“信息孤岛”。造成缺少可比数据、缺乏分析、缺乏管理。难以获得全面的粮食应急活动信息，就会影响粮食应急实施和决策的效率和准确性。通过提供应用整合服务、业务整合服务、数据整合服务连接相关职能部门的系统、业务、数据，最大程度的解决信息孤岛，最大限度的利用现有的数据资源。

系统支持层：系统支持层的设计直接影响系统的稳定性、安全性及可靠性等重要因素，采用低耦合、高内聚的设计思想，基于开放的标准在部署应用部件，为系统可靠，高效的运行提供保障，主要包括决策支持系统、业务支持系统、GIS引擎、数据通用接口等。

应用服务层：主要是系统的平台的功能子系统，主要包括专题数据录入、查询定位、统计分析、应急策略、数据输出和系统管理等。

2.2 模型库设计

模型库是决策支持系统的重要组成部分，它是存储在计算机中的各种模型模块的集合，由多个计算机程序模块组成，并通过模型间的动态组合支持不同层次的决策活动，主要的类型有：通用模型库、专业模型库和智能模型库。粮食应急调度系统平台的用户可以通过模型库管理系统(Model Base Management System，MBMS)方便灵活地访问、生成和运行模型。模型库对的系统的决策支持流程如图2所示。

由于应急调度决策子系统和应急车辆路径规划决策子系统是基于GIS的粮食应急调度系统平台的核心组成部分，模型库处于系统中的核心地位。结合所研究蚁群算法解决相关模型，建立系统的模型库，同时根据地理基础数据库和系统输入条件，优化粮食应急调度方案和粮食应急配送中车辆路径规划方案，在满足受灾需求的前提下，降低应急活动成本，为粮食应急指挥决策者提供支持[3]。

3 信息平台的功能设计

系统应用功能模块主要包括社会经济信息子系统、粮食网点信息子系统、交通运输子系统、粮食监测预警子系统、粮食应急调度决策支持子系统、车辆路径规划决策支持子系统、GIS地图管理、数据管理和用户管理九大核心子系统，此外，系统中还可以包括实时监控子系统、通讯子系统等。应用网络地理信息系统技术结合多种表达方式对分析结果进行可视化表达。其模块结构图如图3。

主要功能模块介绍如下：

1）粮食资源管理子系统

粮食网点信息子系统分别对粮食应急储备网点、粮食加工、供应网点数据的属性信息、分布信息，通过数据整合、数据挖掘、数据分析等手段，有效地为各级管理层提供网点信息的分类决策支持。该子系统功能包括网点信息模糊查询、超标网点动态监测、历年指标统计分析等功能，分析结果将以图形、报表、表格、数据等多种方式，并提交给决策者和相关人员。

2）交通运输信息子系统

交通运输信息子系统主要对应急区域内的道路分布、流通量、道路通行状况等信息通过数据的采集分析，在GIS地图上进行区分显示，为粮食的应急调度方案的生成准备条件，为车辆的路径优化提供参考依据。该系统与GPS/GPRS技术结合实现对运粮车辆的实时监控跟踪。

3）粮食监测预警子系统

粮食监测预警子系统动态监测各行政辖区范围内的粮食产量、粮食进出口总量和需求量、粮食库存、粮食消费量、粮食市场价格及指数等。就具体监测品种而言，主要以本地区习惯性消费的原粮及其制成品为主，对监测收集的相关数据要注意分类整理、分析预测，特别是对能迅速反应粮食市场供求信息的重要品种的市场价格及其指数进行跟踪监测。

4）粮食应急调度决策支持子系统

粮食应急决策子系统主要是以模型库位依托，在粮食应急状态下快速给出优化的粮食应急调度方案，为应急指挥提供可靠支持。子系统的主要功能是综合考虑供应点粮库到应急点的距离因素、粮食消耗速率因素以及应急成本因素等，运用本文给出的“基于蚁群算法的对多受灾点多出救点组合的粮食应急调度问题求解”给出一个能够满足实际粮食非恒定可连续性消耗、应急开始时间最早和参加出救点最少的粮食应急调度方案。

5）车辆路径规划决策支持子系统

车辆路径规划决策支持子系统的功能主要是利用建立的车辆路径优化模型库，在根据车辆基本信息、粮食储备信息、路况信息和受灾点需求量信息等，利用遗传算法和蚁群算法的融合对模型进行优化求解，输出每辆车运输的粮食量、车辆的运输路线、和预计到达受灾点的时间等，最后，使用GIS技术进行路线可视化显示，实现粮食应急物流配送中对车辆指挥调度。

4 系统的实现

本文以河南省地图数据为例对基于GIS的粮食应急调度系统平台进行实现，主要实现智能决策支持模块中的应急粮食资源优化调度和运粮车辆路径优化问题，并对辅功能模块的粮食的实时跟踪、路径轨迹回放及模糊查询等功能进行实现。下面以粮食应急调度预案的快速生成模块实现为例介绍系统的实现。

粮食应急调度预案的快速生成模块包括如何快速根据应急事件的范围、类型、涉及人口等快速生成粮食应急调度预案，或对已有预案进行动态调整，并实现预案的数字化管理，提供动态跟踪与调度管理；根据粮食应急区域周边区域或粮食供应区域各粮库库存量信息，分析粮食应急资源调配资源量的分布情况；研究不同粮食调配方案（调拨节点位置、调拨量和调拨时间、运输距离与方式）的模拟分析技术，以评价不同预案的应急效果，为应急调度决策者提供可靠的理论依据。

5 结论与展望

本文首先介绍了GIS的特点及其在公共应急管理领域应用的优势，提出将GIS技术引入到粮食应急管理中，具体是在GIS地理信息系统平台上构建粮食应急调度系统。结合实际需求分析给出系统建设的目标和原则，对系统总体框架、模型库和系统功能进行了概要的设计分析，重点是对粮食应急调度优化模型库和应急配送车辆路径规划模型库进行了分析设计。最后，初步实现了系统的基本功能，为粮食应急调度提供智能化空间决策分析支持，快速做出参考方案，真正实现对粮食应急调度可视化指挥，另外，也使相关人员之间的协调更加充分、决策更加有据。由于此平台系统涉及面宽，是一个比较复杂的系统，因此需要在实际应用中进行进一步的研究和完善。

参考文献：

[1] 靳肖闪,张国富,李军,等.基于GIS的应急调度关键技术研究与实现[J].计算机工程,2004(20):180-182.

[2] 王国丰.粮食应急运输调度问题研究[J].河南工业大学学报,2008(1):9-12.

[3] 孟参,王长琼.应急物流系统运作流程分析及其管理[J].物流技术,2006(9):15-17.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文