1、863课题申请基于地球空间信息科学的应急交通指挥决策支持技术与软件研发课题类型：探索导向类申请受理编号：SQ2007AA11Z126618国家高技术研究发展计划（863计划）专题课题申请书 技术领域名称：现代交通技术领域专题名称：综合交通运输系统与安全技术申请指南技术方向：交通安全新技术课题名称：基于地球空间信息科学的应急交通指挥决策支持技术与软件研发申 请 人：蔡先华依托单位：东南大学中华人民共和国科学技术部2007-04-26基于地球空间信息科学的应急交通指挥决策支持技术与软件研发 东南大学（蔡先华） 窗体顶端对该课题申请所涉及主要研究内容的熟悉程度：很熟悉比较熟悉一般 评议内容评分一、研
2、究目标和内容的重要性与必要性（10分）所涉及到的关键技术或产品是否重要？研究内容是否符合国家重大技术需求？主要研究内容是否符合本专题指南的技术方向？ 二、研究内容的创新性与前沿性（40分）研究内容是否具有突出的原始性创新内容？研究内容是否体现了新的原理、方法的创新内容？研究内容是否具有突出的集成创新内容？研究内容是否体现了集成应用或集成产品的创新内容？研究内容是否处于国际或国内技术发展前沿？研究内容如果成功能否在国际或国内产生较大影响？研究内容是否在国内已有相同或接近的成果？研究内容是否有望获得发明专利等知识产权？ 三、技术实力与研究基础（20分）课题申请负责人是否能够胜任课题组长？课题组人员
3、构成和时间投入是否合理？课题组现有研究基础是否处于国内领先行列？课题依托单位（及协作单位）的支撑条件是否较强？ 四、研究目标和研究方案的可行性（20分）预期研究目标是否明确、集中？技术经济指标是否具体、适度？对国内外技术发展趋势是否把握？主要技术的知识产权分析和对策是否恰当？技术路线和研究方法是否合理、可行？依托单位和协作单位的分工合作是否合理？ 五、预期成果及前景（10分）课题预期成果是否可取得一定的经济社会效益？课题预期成果是否具有较大的市场（潜在的市场）前景？课题成果是否能对相关技术发展起到带动作用？课题研究是否可实现预期的人才、队伍培养目标？ 综合评议得分综合评价结论根据分项评议意见，
4、对该课题申请进行综合评价，给出总体结论性意见。 评价结论意见：同意立项（A） 不同意立项（C） 总体评议意见：（对该课题申请给出综合评价意见，阐述同意立项或不同意立项的理由，说明需要说明的有关问题。本部分内容为必填内容，文字不超过300字。） 窗体底端课题名称基于地球空间信息科学的应急交通指挥决策支持技术与软件研发 行业领域交通运输预计完成年限2.5课题密级公开级预期成果类型计算机软件、论文论著申请(负责)人信息姓名蔡先华 性别男 出生日期1963-4-19 职称高级职称 最高学位博士 从事专业交通运输类 所在单位东南大学 依托单位信息单位名称东南大学 单位性质大专院校 所在地区南京市 单位主
5、管部门教育部 组织机构代码466006770 单位成立时间1902-6-6 协作单位信息单位名称单位性质组织机构代码课题经费来源预算(万元)总经费80 申请863计划资助80 其他国家级资助(包括部门匹配)0 地方政府匹配0 银行贷款0 自有资金0 其它资金0 经费备注 序号姓名性别出生日期职称职务专业为本课题工作时间(人月)课题组中职务(组长、副组长或成员)在课题中分担的任务所在单位1万千男 1980年10月其他人员博士研究生交通运输类20成员集成空间分析、系统开发东南大学 2蔡先华男 1963年4月高级职称系主任、教授交通运输类15组长时空数据管理技术，系统设计东南大学 3吕云飞男 198
6、0年11月其他人员博士研究生交通运输类20成员数据挖掘技术东南大学 4李盛盛男 1983年12月其他人员硕士研究生测绘类20成员系统开发东南大学 5柏春广男 1971年1月中级职称讲师地理科学类10成员软件系统设计东南大学 6窦 闻男 1980年3月中级职称讲师地理科学类10成员集成空间分析技术、系统开发东南大学 7张宏斌男 1972年2月中级职称讲师测绘类10成员时空数据设计东南大学 8汤君友男 1975年8月中级职称讲师地理科学类10成员时空数据管理技术东南大学 9王若晶女 1983年12月其他人员硕士研究生测绘类20成员系统开发东南大学 10童蔚苹女 1974年1月中级职称讲师信息与电子
7、科学类12成员系统设计与开发东南大学 11武利女 1965年8月高级职称副教授地理科学类8成员集成空间分析技术东南大学 12翁永玲女 1962年12月高级职称副教授地理科学类8成员空间数据挖掘技术东南大学 课题参加总人数16人。 其中：高级职称4人， 中级职称5人， 初级职称0人， 无职称7人； 其中具有：博士学位5人， 硕士学位4人， 学士学位7人， 其他0人； 合计：投入211人月2.1 课题组长、副组长资历情况（从事过的主要研究任务及所负责任和作用，主要研究成果、发明专利和获奖情况，在国内外主要刊物上发表论文情况，完成其他科技计划课题情况，特别是近五年取得的与本申请课题相关的研究成果情况
8、，字数要求1000字以内）申请课题组长蔡先华教授现任江苏省交通规划与管理重点实验室副主任、东南大学交通运输规划与管理国家重点学科GIS-T（交通地理信息系统）学组负责人、交通学院地理信息工程系主任，江苏省遥感与地理信息系统学会理事、江苏省测绘学会理事等学术与行政职务。 近十年来，蔡先华一直致力于GIS-T与交通运输方面的教学与科研工作，作为技术负责人和主要研究开发人员，完成国家“十五”重点科技攻关计划子课题 “面向ITS（智能交通系统）的交通规划与交通分析软件开发”。在我校王炜教授开发的“交运之星TranStar”网络分析软件系统中引入GIS-T技术，为软件系统添加了空间信息处理方面两个子系统
9、基于GIS（地理信息系统）的交通网络空间数据库输入与管理子系统和基于GIS的交通网络分析预测成果可视化与输出子系统，提出了一套交通网络空间数据库管理技术、交通网络自动生成技术、交通网络信息可视化技术。 作为项目负责人，完成江苏省交通科学研究计划项目“公路交通信息、基础地理信息空间数据库管理及应用技术研究”。对GIS-T空间数据模型、空间网络特征、空间网络平面数据模型、空间网络非平面数据模型进行研究，提出了一个面向交通要素的GIS-T空间数据模型TFODM（Transportation Feature Oriented Multi-Dimensional GIS-T data model），所提
10、出GIS-T空间数据模型应用于所开发的软件系统中。在该课题的研究中，对交通信息空间数据挖掘技术进行了部分的研究。 作为项目负责人，完成 “十运会”组委会科技项目“十运会交通组织与管理模拟系统研究”，开发了一个基于GIS-T技术的应急交通组织管理与模拟系统。研究成果包括车辆运行模拟子系统、人流车流消散模拟子系统以及动态显示子系统等。系统可为应急交通管理与组织提供部分决策支持服务，帮助确定各种人员车队的行走线路，车队线路分组，车队运行时间确定。线路的自动生成、手工快速编辑生成和突发事件的处理等。根据人流、车流消散规律，制定相应的对策。研究成果在“十运会”交通保卫中应用，应用检验证明：系统分析准确、
11、模拟结果精确，提高了“十运会”交通安全保卫管理决策的高效性和科学性。 在相关项目研究的基础上，获公安部科技进步二等奖一项，获得软件著作权证书1项，在国内外重要学术刊物或国际会议上发表学术论文二十多篇。 2.2 课题组长、副组长目前承担863计划和其它国家科技计划课题情况（包括人员姓名、承担课题名称、课题经费数、课题起止时间、所属科技计划名称等信息）姓名承担课题名称课题经费数(万元)课题开始时间课题结束时间所属科技计划其他说明事项：2.3 课题组长及课题组主要成员是否曾就相同或类似课题863计划和国家其他科技计划提出申请（如有，请说明申请人姓名、申请科技计划名称、申请课题名称、申请时间、申请结果
12、等情况，并说明与本课题申请的关系）课题组长蔡先华曾参加了“十五”国家科技攻关计划课题“具有我国自主知识产权的面向ITS领域的应用软件开发”（课题由公安部交通管理科学研究所承担，2002年6月批准，批准号：2001BA402A06，2004年12验收通过）。作为主要研究人员负责该课题中的第三个子题“面向ITS的交通分析软件开发研究”，其研究内容局限于ITS环境下的交通网络分析软件系统的开发与研究，开发了基于GIS的交通网络分析软件系统，并获得了软件软件著作权。为本课题的开展积累了技术基础和组织实施经验。 3.1、课题简介（简要说明课题的目的意义、主要研究内容、预期目标等，字数要求1000字以内）
13、3.1.1 目的意义 中国城市居民危机意识网络调查报告显示：67.6的人对政府的危机管理现状不满意。公众最担心的是安全监督、医疗卫生和交通管理等三大部门的危机应对能力。我国大中城市迈进了“非稳定状态”的危机频发期。灾害事件对城市功能的影响程度和波及范围越来越大。统计资料显示，我国每年因突发公共事件造成的损失高达GDP的6%。增强城市应急反应和防灾减灾能力，最大限度减少灾害事件对城市可持续发展和市民正常生活的不利影响，是当今世界大城市面临的一项重要课题。 交通是重要的城市基础设施，是关系国计民生的社会事业。作为城市 “动脉”的交通系统运转是否顺畅，直接影响到城市其他各系统功能的发挥。城市交通突发
14、事件是由自然或人为不可预见的因素造成交通事件，会造成城市交通功能失灵，引起社会连锁反应，给城市建设和发展带来损失。因此，国内外许多城市都建立起了城市交通突发事件预警管理体系、多种突发事件应急管理系统、交通应急指挥系统等。但这些系统大多数是信息管理系统，只能为应急交通突发事件的指挥提供决策所需的部分信息，一般还不能提供有效的决策支持方法和影响分析。 本申请课题的目的是基于现代交通工程理论技术和地球空间信息科学技术，研究新的指挥决策技术方法，开发应急交通指挥决策支持软件系统，以提高应急交通指挥决策的科学性。 3.1.2 主要研究内容 本课题基于地球空间信息科学技术和现代交通工程理论技术研究如下内容
15、： （1）面向应急交通指挥决策支持的时空数据管理技术 面向应急交通指挥决策支持的基础地理信息管理技术 面向应急交通指挥决策支持的时空数据模型 基于复合节点的多维、多尺度时空网络处理技术 （2）面向应急交通指挥决策支持的数据挖掘技术 基于关系数据库的挖掘技术应用研究 时空数据挖掘技术方法应用研究 面向数据挖掘的多维、多尺度空间信息视觉化技术方法 时空数据挖掘模型与GIS-T、交通管理专家集成研究 （3）面向应急交通指挥决策支持的GIS-T、GPS集成空间分析技术 突发事件交通影响空间分析技术 时空网络分析技术 时空网络事件模拟技术 理想应急方案的建立方法 （4）应急交通指挥决策支持软件系统开发与
16、示范应用 软件系统定义与总体设计 软件系统详细设计及时空数据库设计 软件系统实施 典型城市的应急交通决策支持系统建设 3.1.3 预期目标 以地球空间信息科学、现代交通工程理论为支撑技术，研究面向应急交通决策支持的时空数据库管理技术、时空数据挖掘技术、GIS-T及GPS集成空间分析技术。在此研究基础上，以Microsoft Visual C#.NET为开发环境，基于课题组已成功开发的GIS组件、交通分析组件，开发实用高效的应急交通决策支持软件系统。对交通突发事件的特征、严重程度、影响指数进行分析，生成针对具体交通突发事件的应急方案集，并能找出理想的应急方案，在最短的时间内以最低的成本处理交通事
17、件、消除事件对路网形成的影响，实现应急交通指挥决策的科学化和现代化。 *GPS（Global Positioning System）全球定位系统 3.2课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利授权情况地球空间信息科学（Geo-spatial Information Science，简称Geomatics）是以全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感(Remote Sensing, RS)等空间信息技术为主要内容，并以计算机技术和通讯技术为主要技术支撑，用于采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的门综合和集成的信息科学技术。以
18、3S(GPS、GIS、RS)技术为代表，包括通讯技术、计算机技术的新兴学科，是地球信息科学的重要组成部分。在过去的十年中，地球空间信息科学技术开始应用于灾害决策支持系统。研究集中于GIS软件系统、空间数据管理、空间数据获取技术、灾害事故建模和结果的制图显示等技术问题。但是这些研究都局限于产生制图结果而非GIS环境下的空间模型。并且最初的应用都是研究性和试验性的而非商业性和可实际应用的系统。3.2.1 国外研究技术发展现状De Silva、Pidd和Eglese (1993)研究了一种空间决策支持系统（Spatial Decision Support System, SDSS）。SDSS使用空间
19、数据结构和GIS网络拓扑算法、结合仿真模型来预测交通流，集成了仿真模型和商业GIS软件以模拟放射性灾害的疏散路径。美国有较完善的国家灾害应急体制、指挥系统和救援力量以及全面的信息发布体系，使得灾害事件造成的人员和财产损失降到最小。美国的911紧急救援系统包括：1) 计算机辅助调度系统(SmartCAD)，跟踪紧急呼叫服务，发布实时信息，协调与指挥所有应急职能部门和移动救援终端，提供全面的监控与救援决策；2)记录档案管理系统(SmartRMS)，进行数据存储分析与报表的编写管理，保障信息安全并规范化档案记录和处警报告；3) 移动计算机终端(SmartMCT)，主要用于车载系统，可以直接访问指挥中
20、心信息资源及相关部门的专业数据库，执行调度指令，反馈现场事态信息。美国提出应用智能运输系统技术来解决台风来临时沿海居民的交通疏散问题。包括南加州和佛罗里达州在内的一部分地区的交通管理部门计划或正在使用远程交通探测系统来解决交通状况的实时监测。各个州的交通管理部门都有一些系统来存储整个州的交通数据以监测和评估交通流量和流速。并根据系统记录的最近一个月的数据（南加州和佛罗里达州已经可以得到疏散时最近一小时或15分钟的数据）来计算得到最佳疏散路径。系统还可以对监测数据加以整合，用图的形式模拟交通疏散的过程，包括追踪交通量的变化、检测拥堵路段等。欧洲Information Society Techno
21、logies Programme于2001年9月开始联合投资建立AIDER（Accident Information and Driver Emergency Rescue）是一种多媒体远程信息服务系统，可以提供紧急情况下（如交通事故）车辆和远程救援中心的多媒体数据（包括音频、视频和生物医学信息）交互。希腊集成了GIS、GPS和GSM（global system for mobile communication）技术建立了应急事故处理和救护车调度系统。通过使用有效的数据结构来表示道路网，大大缩短了计算救护车前往事发地点和最近医院的最短路径的时间。澳大利亚的研究人员通过在北昆士兰州进行的一项实验
22、检测和评估了GIS在应急灾害管理方面应用的局限性，包括空间数据的尺度及其在区域性决策制定上的适用性，以及系统对时间细节信息而非空间细节信息的需求。3.2.2 国内研究技术发展现状我国对突发事件的智能对策、GIS 支持下的城市事故急救系统、城市应急管理模型设计、基于GIS 的公路交通事故救援体系、集成GIS与GPS的城市应急联动指挥系统研究、城市应急救援指挥中心软件系统开发、应急联动中心电话接处警系统建设与发展进行了研究。并建立相应的的信息管理系统，但还没有决策支持系统的功能。在应急交通指挥决策支持软件系统方面，国内仅作了一些试探性分析探讨。如探讨如何利用GIS 丰富的表现力同计算机网络技术和大
23、型数据库等在内的一些新技术有机地结合起来,为公安应急指挥提供辅助决策，使之更好地为公安事业服务。通过GIS、GPS 和资源数据库获得救援资源分布和事件的实时信息，接受现场的遥感图像、视频影像和反馈信息, 向指挥中心和决策人员提供整体事态, 应急中心据此随时响应和调整救援措施。3.2.3 国内外发展趋势从国内外应急交通管理技术的发展现状来看，大部分系统处于信息系统的阶段，不能提供决策支持的功能。而在高度紧急的情况下，指挥人员要对突发事件迅速的做出决策，需要掌握并在头脑中迅速调集大量的事件专业知识和背景知识，通过感性与理性相结合的思维方式，形成一套解决方案。但是这套解决方案是否能快速消除事件带来的
24、影响，是否是最优方案，却无法进行验证，只能认为有经验的指挥员制定的解决方案可能效率更高一些。因此建立应急交通决策支持软件系统，运用地球空间信息科学技术、现代交通工程科学技术，由软件系统自动求解交通疏导的最优路径以及救援资源配置的最佳方案为今后发展的趋势。决策支持系统不仅能够为指挥首长和指挥业务人员提供各种通讯和信息服务，还能够快速提供决策方案和分析手段，提供指挥命令实施部署和监督方法，用最有效的控制手段保持路上车流的畅通，防止交通事故(或二次事故)的发生和保证事故发生后及时、有效的调集各种资源，实施抢险、救护、排障和保卫，为司乘人员和通行车辆提供最佳服务，最大限度地减少阻塞和延误。3.3课题主
25、要研究内容、拟解决的技术难点和主要创新点，现有研究基础3.3.1 研究内容根据国内外相关技术发展现状、趋势和需求，本课题拟以现代交通工程理论技术和地球空间信息科学技术为主要技术支撑，主要研究：面向应急交通指挥决策支持的时空数据管理技术；面向应急交通指挥决策支持的空间数据挖掘技术；面向应急交通指挥决策支持的GIS-T、GPS集成空间分析技术研究；应急交通指挥决策支持软件系统开发与示范应用。（1）面向应急交通指挥决策支持的时空数据管理技术时空数据是应急交通指挥决策支持的数据基础，时空数据库是GIS的核心，也是GIS-T的核心，存储区域范围内不同时刻的交通数据（交通时间、空间数据）在应急交通指挥决策
26、支持中具有非常重要的意义，也是衡量应急交通指挥决策支持系统的重要指标。面向应急交通指挥决策支持的时空数据包括基础地理数据和专题交通数据。在申请人前期GIS-T空间网络时空数据模型研究基础上，进一步研究：面向应急交通指挥决策支持的基础地理信息管理技术。基础地理信息是应急交通指挥决策支持的背景信息，描述与管理的程度将直接影响决策支持的能力。在综合分析GIS-T相关技术的基础上，研究面向应急交通指挥决策支持的GIS-T基础地理信息应用技术。重点研究：面向应急交通指挥决策支持的GIS-T时空基础地理信息获取技术、管理技术、多尺度基础地理信息存储、管理与可视化技术。面向应急交通指挥决策支持的时空数据模型
27、。空间网络数据是空间分析与处理的数据基础，数据模型的优劣直接影响到应急交通指挥决策的准确性和软件的运行效率。重点研究：面向应急交通指挥决策支持的时空建模技术；交通信息时空数据管理技术；面向交通要素的多维GIS-T时空数据模型。基于复合节点的多维、多尺度时空网络处理技术。时空网络处理是GIS-T初始数据处理的基础，因工作量很大而成为提高软件运行速度的关键。重点研究基于复合节点的多维、多尺度时空网络数据处理的自动化技术，包括几何网络处理技术、复合节点的自动生成处理技术、纯空间拓扑网络自动生成技术、时空拓扑网络自动生成技术。（2）面向应急交通指挥决策支持的数据挖掘技术交通时空数据库可存储大量与空间有
28、关的基础地理数据和交通数据，时空数据有许多与一般关系型数据所不同的显著特征。交通时空数据库包含拓朴和/或距离信息，其访问是通过时空数据的访问方法，需要空间推理、地理计算和空间知识表示技术。时空数据挖掘（Spatio-Temporal Data Mining, STDM）是对潜在有用的模式进行自动化搜索的过程，通过时空数据挖掘可获得时空数据库中非显式存在的知识、空间关系或其它有意义的模式等。通过时空数据库挖掘技术所发现有用模式可以为应急交通决策支持提供更加科学的交通事件规则，使决策更加科学。主要研究：基于关系数据库的挖掘技术应用研究。服务于应急交通指挥决策支持的数据库具有一般数据库的特点。重点研
29、究：采用一般数据挖掘的技术方法（如统计分析方法、遗传算法、神经网络等技术方法），对应用于应急交通指挥决策支持的时空数据库进行数据挖掘。时空数据挖掘技术方法应用研究。 服务于应急交通指挥决策的信息绝大多数是与空间和时间相关的信息，采用时空数据挖掘技术可以寻找到各种交通信息中的知识和规则，如路网中交通流的时空分布规则、突发事件的发生、影响模式等。重点研究：空间分析方法（如综合属性数据分析、拓扑分析、缓冲区分析、距离分析、叠置分析、网络分析，预测分析等）在应急交通指挥决策支持中应用；空间规则（特征）探测方法（如基于邻域图和邻域路径概念的挖掘方法）在应急交通指挥决策支持中应用，时空趋势探测方法挖掘非空间性质的变化规则。面向数据挖掘的多维、多尺度空间信息视觉化技术方法。 科学计算的视觉化把人脑和电脑这两个强有力的信息处理系统连接在一起，人脑与电脑的视觉化交互可以让用户快速并有效地观察、查询、探索、理解大容量的数据，从而发现数据中隐藏的对象关系、形态和结构。重点研究：面向应急交通指挥决策支持的视觉化交互界面，直观的图形图表方式描述
