基于移动GIS的复杂环境下城市火灾救援决策支持系统研究Word下载.docx

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LiZengbin

Supervisor:

Prof.JiangDongmin

AcademicDegreeAppliedfor:

MasterofManagement

Specialty:

ManagementScienceandEngineering

DateofOralExamination:

December2012

University:

QingdaoTechnologicalUniversity

学位论文答辩日期：

指导教师签字：

答辩委员会成员签字：

青岛理工大学学位论文独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个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的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青岛理工大学或其它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。

研究生签名：

日期：

青岛理工大学学位论文使用授权声明

青岛理工大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、CDMD和DMD有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。

除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。

论文的公布（包括刊登）授权青岛理工大学研究生处办理。

导师签名：

目录

摘要I

AbstractIII

第1章绪论1

1.1研究背景和意义1

1.1.1研究背景1

1.1.2研究意义3

1.2国内外研究现状4

1.2.1国外研究现状4

1.2.2国内研究现状6

1.3研究的主要内容及框架10

1.4研究方法及技术路线11

第2章相关技术分析13

2.1移动地理信息系统（移动GIS）13

2.1.1移动GIS的概念与特点13

2.1.2移动GIS的体系结构15

2.1.3移动GIS的关键技术16

2.2决策支持系统（DSS）20

2.2.1DSS的概念20

2.2.2DSS的基本结构21

2.3移动GIS与DSS结合22

第3章城市火灾救援决策支持系统模型研究24

3.1基于案例推理CBR24

3.1.1CBR的工作原理24

3.1.2城市火灾的特征因素分析26

3.1.3权值的确定27

3.1.4案例检索的算法31

3.1.5案例的检索与匹配33

3.2基于规则推理RBR34

3.2.1RBR的工作原理34

3.2.2RBR的架构35

3.3决策方案的生成40

3.3.1决策方案的生成介绍40

3.3.2CBR与RBR推理的工作流程41

第4章城市火灾救援决策支持系统的设计43

4.1系统分析43

4.1.1系统可行性分析43

4.1.2系统需求分析43

4.2系统设计46

4.2.1系统设计原则46

4.2.2系统体系结构框架设计46

4.2.3系统逻辑结构设计48

4.2.4功能模块设计49

4.2.5数据库设计51

第5章城市火灾救援决策支持系统的应用实例59

5.1系统开发环境59

5.1.1硬件开发配置59

5.1.2软件开发配置59

5.2移动端功能模块的实现59

5.2.1地图加载功能模块60

5.2.2地图操作功能模块61

5.2.3GPS定位功能模块63

5.2.4数据采集功能模块64

5.3PC端功能模块的实现65

5.3.1案例管理功能模块65

5.3.2案例推理功能模块66

5.3.3辅助决策功能模块67

5.3.4帮助功能模块67

第6章结论与展望69

6.1结论69

6.2展望70

参考文献71

攻读硕士期间发表的学术论文及科研工作74

致谢75

摘要

随着我国城市化进程不断加快，城市规模不断扩大，城市火灾发生起数一直居高不下，由此每年造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失，科学快速的救援方案及措施对减少由火灾事故造成的人员伤亡和财产损失具有重要意义。

因此，迫切需要计算机决策支持系统来对城市火灾救援过程中所需要的信息进行管理，针对不同的火灾事故，通过分析与处理多方面的信息及时生成决策预案，为火灾事故现场的决策人员提供决策支持，辅助现场指挥人员结合实际情况快速做出救援方案，最大限度的降低火灾事故造成的人员伤亡和财产损失。

本文针对城市火灾救援过程中由于救援不及时或救援方案不当所造成的人员伤亡和财产损失等问题，提出并开发了基于移动GIS的复杂环境下城市火灾救援决策支持系统，本系统把移动GIS和GPS等技术综合运用到火灾现场定位、实时数据采集、数据传输等业务中，应用CBR和RBR对城市火灾救援过程做出决策预案，为火灾事故现场的指挥人员提供决策支持。

本论文的主要研究内容包括以下六个方面：

（1）阐述论文的研究背景和意义，分析国内外城市火灾的研究现状，提出本论文的主要内容、框架、研究方法和技术路线。

（2）分析论文所应用的理论及相关技术，包括嵌入式技术、移动通讯技术、移动定位技术、移动终端技术、服务器技术和决策支持系统等相关技术，为基于移动GIS的复杂环境下城市火灾救援决策支持系统的开发提供理论基础和技术支持。

（3）研究城市火灾救援决策支持系统的相关模型。

首先城市火灾救援决策支持系统应用CBR方法进行相似案例的检索，做出决策预案，如果没有检索出相似案例或检索出相似案例的相似度较低，应用RBR方法做出决策预案。

（4）详细设计基于移动GIS的复杂环境下城市火灾救援决策支持系统，包括系统分析和系统设计。

（5）以青岛市为研究对象，建立青岛市基于移动GIS的复杂环境下城市火灾救援决策支持系统。

（6）总结所做的工作，提出本系统需要进一步改进的方向和对未来的展望。

关键词移动GIS；

CBR；

RBR；

城市火灾

Abstract

WiththeacceleratingurbanizationinChina,thescaleofcityisexpanding.ThenumberofCityfirehasbeenhighinChina.Andcityfirecausesalotofcasualtiesandhugepropertydamageineachyear.Itisimportanttoreducecasualtiesandpropertydamagebyscientificrapidrescueplansandmeasures.Therefore,firedepartmenturgentneeddecisionsupportsystemwhichmanagesinformation.Inallusiontodifferentfireevents,analyzemany-sidedinformation,timelyestablishdecision-makingplan.Thenprovidedecision-makingplantodecisionmakerstodecisionsupport.Auxiliarydecisionmakersmakerescueplantoreducecasualtiesandpropertydamagewhicharecausedbyfireaccident.

Inthisdissertation,consideringcasualtiesandpropertylossesbycityfirerescuewhichisnottimelyorimproperrescueplan,putsforwardanddevelopsanewcityfirerescuedecisionsupportsysteminthecomplexenvironmentbasedonmobileGIS,whichcombinesmobileGISandGPStechnologyforthepositioningoffirescene,real-timedataacquisition,datatransmission,etc.AndthenusingCBRandRBRtomakedecision-makingplansforcityfirerescue,andprovidedecisionsupporttodecisionmakers.Themaincontentsofresearchareasfollowssixareas：

（1）Elaboratingresearchbackgroundandsignificanceofthedissertation,andanalysisthecurrentresearchstatusathomeandabroadaboutcityfire,andputsforwardthemaincontent,framework,researchmethodsandtechnologyrouteofthedissertation.

（2）Analysistheoryandrelatedtechnology,includingEmbeddedtechnology,Mobilecommunicationtechnology,Mobilepositioningtechnology,Mobileterminaltechnology,Servertechnology,decisionsupportsystemandsoon.AndalltheaboveprovideatheoreticalbasisandtechnicalsupportforcityfirerescuedecisionsupportsysteminthecomplexenvironmentbasedonmobileGIS.

（3）Researchonthemodelofcityfirerescuedecisionsupportsystem.UsingCBRandRBRtoretrievalandgetsimilarcases.Andthenmakingdecision-makingplan.Ifthere’snosimilarcaseorthesimilaritylowerofthesimilarcases.Thenmakingdecision-makingplanbyRBR.

（4）MakingthedetaildesignofcityfirerescuedecisionsupportsysteminthecomplexenvironmentbasedonmobileGIS,includingsystemanalysisandsystemdesign.

（5）TakingQingdaoastheresearchobject,establishingcityfirerescuedecisionsupportsysteminthecomplexenvironmentbasedonmobileGISofQingdao.

（6）Makingthesummaryofalltheworkinthisdissertation,andproposingtheneededdirectionoffurtherimprovementandtheforecastofthefurtherresearch.

keywordMobileGIS;

CBR;

RBR;

CityFire

第1章绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1研究背景

我国目前进入全面建设小康社会、加快推进社会主义现代化的历史阶段，城市化进程也在不断的加快，城市内聚集着大量的人口、物资和资金。

历年来，多种自然灾害和人为灾害对城市都造成了巨大的人员伤亡和经济损失，其中火灾是这些灾害中发生频率高、涉及面广、影响大、造成损失严重的突发性灾害。

火灾是指由于物质燃烧或爆炸，在时间与空间上失去控制，造成人员伤亡与财产损失，甚至对社会造成负面影响。

国内外的相关研究表明，火灾对城市安全的威胁性很大，它可以造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失，甚至可能造成城市的严重瘫痪，并且城市发生的重特大火灾特别多。

近年来，我国城市重特大火灾如哈尔滨的天潭酒店、镇江的华东泰克西汽车铸造有限公司、西安市某煤气公司的液化石油气所、河北省唐山市古冶区的开滦建材厂、上海静安的居民楼等，这些救援难度大，救援环境复杂，致使救援过程中不能及时、有效的做出合理、准确的决策，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。

因此，在城市火灾救援过程中，尤其是在可燃物种类多、地形复杂、建筑物密集和人口密度大等的环境复杂下，深入开展分析火灾救援工作，及时获取并处理数据，迅速了解火灾的基本情况，建立城市火灾救援决策支持系统，利用已有的系统模型做出决策预案，为决策人员做出科学决策提供依据和预案，从而缩短决策时间，降低火灾所带来的大量的人员伤亡和巨大的财产损失。

据统计，我国2002年城市发生火灾74377起，2011年为43171起，如表1-1所示[1][2][3]。

由统计数据可以看出我国每年的城市火灾发生起数一直居高不下，其趋势如图1-1所示，占全国火灾起数的比例较大，造成的人员伤亡人数占全国人员伤亡人数的比例也较大。

在2002-2005年，城市火灾起数逐渐增加，但是随着科学技术的快速发展，社会管理水平的不断提高，人们素质的不断提高等一系列人为因素的影响，从2005年开始城市火灾发生的总起数和城市火灾所造成的直接经济损失所占得比例保持稳定，并且逐步下降，但是城市火灾死亡人数和受伤比例一直处于比较稳定的状态。

表1-12002年～2011年城市火灾的相关指标

年度

城市火灾起数

占火灾总数比例（%）

城市死亡人数

占死亡总数比例（%）

城市受伤人数

占受伤总数比例（%）

城市火灾损失（亿元）

占损失总数比例（%）

2002

74377

28.79

1269

53.03

2264

66.32

6.3

40.68

2003

75447

29.71

1201

48.39

1996

64.66

7.0

43.74

2004

76535

30.29

1265

49.45

2069

69.69

7.8

46.52

2005

80034

33.92

1257

50.36

1771

70.67

8.9

65.52

2006

50053

22.48

491

32.37

638

44.78

1.7

21.73

2007

59000

37.11

440

27.21

377

38.91

2.6

23.46

2008

48574

36.52

433

31.26

317

46.35

5.8

38.67

2009

47317

37.26

295

27.42

163

28.10

5.3

40.15

2010

49389

37.50

395

35.65

233

40.66

4.9

27.68

2011

43171

34.43

331

29.93

196

34.27

5.5

29.43

图1-1城市火灾发生起数的趋势图

但是传统的GIS已经越来越不能满足城市火灾救援的需求，如使用单机版的地理信息系统是孤立的、封闭的系统，数据难以及时更新，无法直接进行应用系统之间的数据共享，所以移动GIS作为GIS领域内的新型技术越来越广泛的应用于城市中，这使城市的信息化进度不断加快。

移动GIS是随着无线网络技术、移动通信技术和移动终端技术的普遍推广和应用，传统GIS与移动设备相结合产生的移动GIS，可以让用户利用移动终端设备进行采集和处理空间数据、属性数据和多媒体数据信息，并且可以对空间数据、属性数据和多媒体数据进行操作的移动GIS系统。

移动GIS系统的相关关键技术有嵌入式技术、移动通讯技术、定位技术、移动终端技术和服务器技术等，使移动GIS系统的应用领域更加广泛，移动GIS系统在数据采集、处理和传输等方面的方便性和实时性得到了很大的提高[4]。

移动GIS是集成了多种先进技术的系统，它提供了一种迅速可靠的数据采集和数据查询的手段，并且能够满足了以对信息需求要求实时性、移动性为特征的生活需要，人们可以在移动过程中利用移动GIS系统获取空间数据等数据。

随着移动终端设备越来越多人能够使用，并且其性能的逐步提高，移动通信技术的应用越来越广泛，移动定位服务的环境也逐渐的成熟，新的科学技术的广泛应用和移动终端设备性能的逐步提升带来了许多新的功能应用。

移动GIS在城市火灾救援过程信息采集中能够快速、准确地定位、采集、分析和管理数据，并且为决策人员提供应急决策救援方案的依据和预案。

1.1.2研究意义

我国城市火灾每年发生的起数一直居高不下，尤其是在救援环境复杂的情况下，救援过程中由于不能及时获取足够的信息，不能及时、有效地做出正确、合理的决策，就造成不必要的大量的人员伤亡和巨大的财产损失，所以建立复杂环境下城市火灾救援决策支持系统是十分重要的。

本论文通过建立复杂环境下城市火灾救援决策过程的特征因素，并确定各个特征因素的权重，利用CBR和RBR方法进行决策预案的生成，构建复杂环境下城市火灾救援决策支持系统，降低城市火灾救援过程中造成的不必要的大量人员伤亡和巨大财产损失有着非常重要的意义。

基于上述理解，本论文的理论意义和实际应用价值[5]在于：

（１）本论文通过运用层次分析法确定各个特征因素的权重，利用CBR和RBR方法进行决策预案生成，构建复杂环境下城市火灾救援决策支持系统的总体模型框架及功能结构框架，为我国复杂环境下构建城市火灾救援决策支持系统提供一种思路。

（２）城市火灾救援决策支持系统可以提高火灾救援效率。

当火灾发生时，决策人员可以通过现场传回的数据进行案例检索，系统生成决策预案，将决策预案与实际情况相结合，做出更加准确合理的决策方案。

1.2国内外研究现状

面对越来越多的突发灾害及突发事件的发生，世界各国都迅速采取行动、寻求对策以降低灾害所造成的人员伤亡和财产损失。

发达国家面对城市发生的火灾事故的应急处理上，充分使用先进的科学技术，确保相关部门能够迅速发现火灾隐患、及时采取措施有效的控制火灾的发生和蔓延，并能够及时进行救援，从而降低火灾所带来的大量的人员伤亡和巨大的财产损失。

我国在火灾方面的研究明显落后于这些发达国家，尤其是重特大的火灾事故有着明显的差距，没有对火灾事故的系统性研究。

1.2.1国外研究现状

在国外，关于城市火灾的研究主要包括以下几个方面：

城市火灾风险评价，城市火灾救援调度，移动GIS在火灾的应用和其他角度。

（1）城市火灾风险评价

LoS.M.（1999）[6]提出了一种基于火灾风险排名技术的模糊消防安全评估的方法，该方法可以对现有建筑的组成部分进行安全评估。

HolbornP.G.（2002）[7]提出在伦敦需要对工作场所的火灾风险提前评估，为了在工作场所提供一个有效的火灾风险评估，帮助伦敦消防设计一个合适的检查项目实施防火条例，定量分析在不同类型的工作场所火灾信息，得出火灾发生的可能性。

本文提出了一种在不同类型的工作场所分析火灾的概率和风险数据量化和相关火灾发生风险的可能性。

RafiMuhammadMasood（2012）[8]通过介绍在巴基斯坦的大城市中处理火灾的基础设施严重缺乏，调查卡拉奇，在调查结果中展示火灾威胁的程度，提出一个能够对应急资源和消防部门进行评估的方法。

（2）城市火灾救援调度

JayShively（1995）[9]采用EcologicalTaskAnalysis（ETA）方法对突发事件调度做出辅助决策，考虑突发事件发生的等级，可用应急资源与突发事件的空间关系，并设计出了相关的用户界面。

BriggsMG（1996）[10]对计算机辅助调度系统的应急响应图形显示进行了改进，提供了关于调度过程的图形、图像和文本信息。

HamitFrancis（1997）[11]运用了GPS/GIS系统对火灾的救援和医疗事故的急救进行调度，通过建立在GIS平台上获取事故的发生地点、事故现场周围的环境及应急救援力量的分布状况等救援的相关信息，并利用GPS定位系统实时显示应急救援力量的分布状况。

RhodenizerLori（2000）[12]通过搜集突发事件的大量数据，并对数据进行分析，获取如何有效地控制应急机构过多的工作的策略，以及如何改进通信的手段。

TsaiYichangJames（2002）[13]通过分析美国的911报警应急系统，提出缩短救援时间所需要的三个关键环节：

一是要对巡逻车辆位置进行定位，实时获取其相关信息；

二是要对各种应急物资的位置、能力和状态进行实时获取；

三是要能够随时利用空间进行搜索最佳的应急救援力量，建立了基于GPS/GIS方法的应急救援系统，得出最短路径的方法。

KevanyMichaelJ（2003）[14]给出了GIS及其相关的空间分析技术，并将此分析技术应用到了美国“911事件”的应急响应、救援和恢复工作中去。

（3）移动GIS在火灾的应用

CherylHowerton（2006）[15]中提出自911事件后，城市消防