1、目 录 目录 (1) 摘要 (2) 1 引 文 (2) 2 现有数据处理 (3) 2.1 使用数据 (3) 2.2 数据空间化 (4) 2.3 图形符号约定说明 (4) 3 围堵方案设计 (4) 3.1 需要解决的问题 (5) 3.2 围堵方案的假设 (5) 3.3 围堵方案的设计思路 (5) 3.4 用 ArcGIS 实现围堵方案 (6) 4 结论 (9) 参考文献 (10) Abstract (10) 基于 ArcGIS 网络分析的 交巡警平台围堵 方案设计 摘要： 借助 ArcGIS 网络分析模块，以 2011 年全国大学生数学建模大赛 B 组题的犯罪嫌疑人驾车逃跑问题为例，本文尝试对交
2、巡警平台围堵方案进行设计和优化。结果表明：利用现有的 ArcGIS9.3 版本的网络分析模块能初步设计围堵方案，但存在分析过程复杂且结果不一定是最优方案的问题，最优围堵方案的设计需要借助针对性更强的工具或在现有模块基础上实现针对性更强的算法。 关键词： 围堵 方案设计；交巡警平台；网络分析； ArcGIS 1 引 言 警察肩负着刑事执法、治安管理、交通管理、服务群众四大职能。为了有效实施这些职能需要在市区的一些交通要道和重要部位设置交巡警服务平 台。 每个交巡警服务平台的职能和警力配置基本相同。由于警务资源是有限的，如何根据城市的实际情况与需求合理地设置交巡警服务平台、关键时刻如何合理调度警务
3、资源是警务部门面临的一个实际课题。 由于城市交通的空间地理特征和空间信息融为一体，并集成现有交通信号控制、实时交通流检测系统，进行综合分析、融合处理，可提供实时的、预测的道路交通情况（如交通流量、车速、事故发生情况等）以及可视化指挥调度辅助决策信息，缩短反应时间，提高响应速度。 本文以 2011 年全国大学生数学建 模大赛 B 组题所提供的数据 ,针对全市（主要城区 A,B,C,D,E,F）的具体情况，按照交巡警服务平台的原则和任务， 用 ARCGIS9.3 软件中的网络分析模块 研究 解决 如果城市 A 区 P 点 （第 32 个节点）处发生重大刑事案件，在案发 3 分钟后接到报警，犯罪嫌疑
4、人已驾车逃跑。为了快速搜捕嫌疑犯， 如何及时有效的调动相应的警力对犯罪分子进行 有效 围堵。 2 现有数据处理 2.1 使用数据 表 1：交警服务平台到中心城区 A 各个区域的分配情况 节点序号 横坐标 X 纵坐标 Y 所属区域 发案量 /天 0 262.17 607.17 A 23.567 1 264.17 604.67 A 23.32 3 4 32 326.17 527.17 A 15.57 91 445 380 A 0.90 注： 蓝色数字 为案发地点 P 的 数据 表 2：全市交巡警服务平台名称编号及位置标号 交巡警平台号 交巡警平台位置号 A1 1 A38 320 D2 321 E1
5、 372 2.2 数 据空间化 在 ARCGIS9.3 软件中导入 A 区道路、道路节点、道路网数据定位P 点， 做节点 32 的 3 分钟服务区并导出为 “犯罪嫌疑人 3 分钟缓冲区” ，该服务区的边界为犯罪嫌疑人能逃离的最远界线。 图中绿色圆环处为 P 点，大黑色实点位交巡警服务点，红色节点表示道路节点，黄色区域表示犯罪嫌疑人 3 分钟内逃跑的范围，我们称之为“犯罪嫌疑人 3 分钟缓冲区”，淡蓝色区域为该市 A 区，实线表示道路。 2.3 图形符号约定 说明： （ 1）图中实线表示市区道路； （ 2）实圆点“ ”表示路段分节点； （ 3）圆圈“”表示现有交巡警服务平台的 设置点； （ 4）
6、红色的表示 P 点； 3 围堵方案设计 3.1 需要解决的问题 针对全市（主要城区 A,B,C,D,E,F）的具体情况，按照交巡警服务平台的原则和任务，用 ARCGIS9.3 软件中的网络分析模块研究解决如果城市 A 区 P 点 （第 32 个节点）处发生重大刑事案件，在案发 3分钟后接到报警，犯罪嫌疑人已驾车逃跑。为了快速搜捕嫌疑犯， 如何及时有效的调动相应的警力对犯罪分子进行 有效 围堵。 3.2 围堵方案 的假设 1.警员到达出事地块边缘即为到达出事地点； 2.出警道路畅通（无交通事故、交通堵塞等发生），警车行 驶正常； 3.在整个路途中，通过各种通讯工具，走的路程都是最短路程； 4.在
7、整个路途中，转弯处不需要花费时间 . 5.交巡警服务平台一般情况下，只负责本区域的服务，不跨区服务 6.嫌疑犯的逃逸速度小于 60km/h 3.3 围堵方案的设计思路 1.做节点 32的 3 分钟服务区并导出为 “犯罪嫌疑人 3 分钟缓冲区” ，该服务区的边界为犯罪嫌疑人能逃离的最远界线。 2.利用空间查询从道路图层中查找那些与 “犯罪嫌疑人 3 分钟缓冲区” 边界交叉的道路并导出为 RoadIntersect_3mBny。 3.提取这些道路的外节点（即服 务区以外的节点），具体方法为：先利用空间查询从路口节点图层中查找那些位于 3 分钟服务区内的路口节点，反选保存为“服务区外面的节点”，利用
8、空间查询查找那些与 RoadIntersect_3mBny 相交的节点即为要找的外节点，保存为“路段的外节点”。 4.分别求案发地点到这些外节点的时间和最近 的交巡警平台 到这些外节点的时间， 如果 那些最近 交巡警平台 到外节点的时间 小 于案发地点到外节点时间减去 3 分钟的外节点 则能成功围堵， 如果那些最近设施到外节点的时间 大 于案发地点到外节点时间减去 3 分钟的外节点则 不 能成功围堵 ，转下一步。 5. 从 处理出的数据中 查找案发地到不能成功围堵的路口的最长时间，做案发地比该时间稍长一点的服务区，重复步骤 3，直至 最近交巡警平台到外节点的时间小于案发地点到外节点时间减去 3
9、 分钟的外节点 能成功围堵 为止。 3.4 用 ArcGIS 实现围堵方案 建立“交巡警服务点 3 分钟缓冲区” 警务人员需在“犯罪嫌疑人3 分钟缓冲区”外的第一个道路节点处，以该点为中心以交巡警警务人员的速度 60KM/H 建立 3 分钟缓冲区，我们称之为“交巡警服务点3 分钟缓冲区”。缓冲区内如果有交巡警服务点，说明在 3 分钟内警务人员可以赶在犯罪嫌疑人到达该 路口之前围堵嫌疑人。 如图中的蓝色节点为“犯罪嫌疑人 3 分钟缓冲区”外的一个首要点即第一个道路节点。要确定在该点处 3 分钟内交巡警警务人员能否在犯罪嫌疑人到达之前赶到需以该蓝色节点为中心建立 3 分钟缓冲区。在软件操作中需用
10、ARCGIS 中网络分析模块，在该节点处（蓝色节点）添加图层，在“图层属性”中的“ 分析 设置”下的“默认中断”改为 3 分钟，然后开始解算，解算结果如图中红色区域所示。红色区域中涵盖一个交巡警服务点。 表示 如果犯罪嫌疑人选择该条路径逃脱的话，调动该红色区域内的交巡警服务点的警务人员对其进行拦截，可 以再 3 分钟内犯罪嫌疑人到达该路口（蓝色节点）之前将其围堵。 运用 ARCGIS9.3 软件中 利用空间查询从道路图层中查找那些与“犯罪嫌疑人 3 分钟缓冲区”边界交叉的道路并导出RoadIntersect_3mBny。提取这些道路的外节点（即服务区以外的节点），具体方法为：先利用空间查询从路
11、口节点图层中查找那些位于3 分钟服务区内的路口节点，反选保存为“服务区外面的节点”，利用空间查询查找那些与 RoadIntersect_3mBny 相交的节点即为要找的外节点，保存为“路段的外节点”。分别求案发地点到这些外节点的时间和 最近 的交巡警平台 到这些外节点的时间，那些最近设施到外节点的时间大于案发地点到外节点时间减去 3 分钟的外节点不能成功围堵。如下表 3 所示： 全市路口节 lesttime Total_time 3 2.97 4.27 5 1.36 7.19 6 1.39 7.19 10 2.68 8.70 14 6.53 8.70 15 1.65 8.70 29 6.67
12、8.70 38 2.98 6.40 39 2.68 6.68 55 1.70 4.27 61 2.84 7.19 235 1.64 3.53 237 1.10 4.13 238 3.93 6.96 560 2.89 6.10 “ Lest time” “Total time” - 3 则 该方案失败，观察到 “Total time”中最大的为 8.70分钟 。以 P 点为中心建立 案发地比该时间稍长一点 的 “犯罪嫌疑人 9 分钟缓冲区” ， 利用空间查询从路口节点图层中查找那些位于 9 分钟服务区内的路口节点，反选保存为“服务区外面的节点”，利用空间查询查找那些与 RoadIntersect
13、_9mBny 相交的节点即为要找的外节点，保存为“路段的外 节点”。分别求案发地点到这些外节点的时间和最近 的交巡警平台 到这些外节点的时间， 如下表 4 所示： 全市路口节 Total_time Lest_time 1 9.85 0.50 69 9.85 0.50 11 10.12 0.90 26 10.12 0.90 14 9.53 0.90 17 10.10 0.85 27 9.96 1.64 28 9.40 4.75 29 9.67 5.70 41 9.99 0.85 42 9.69 0.98 62 9.50 0.35 72 9.68 1.61 77 9.16 0.98 168 12.
14、85 0.35 215 11.76 3.63 216 11.76 3.63 217 10.35 0.97 228 9.42 0.78 239 9.54 6.17 240 10.66 4.90 273 13.32 1.70 482 10.66 4.12 487 14.13 4.12 549 10.21 1.84 558 10.59 2.05 559 12.07 3.53 562 10.89 1.94 “ Lest time” “Total time” 3 说明该围堵方案设计成功。 4 结论 如果该市地点 P（第 32 个节点）处发生了重大刑事案件，在案发 3 分钟后接到报警，犯罪嫌疑人已驾车逃跑
15、。依据逃跑路线，为了快速搜捕嫌疑犯， 根据 RoadIntersect_9mBny 的路口及 “犯罪嫌疑人9 分钟缓冲区” 给出调度全市交巡警服务平台警力资源的最佳围堵方案如下表 表 5：成功围堵时需要调动的平台 平台 1 2 3 5 6 8 10 15 16 168 169 171 172 173 320 围堵节点 3 39 55 5 6 8 10 28 16 168 239 246 244 231 370 运用 ARCGIS9.3 中的网路分析模块， 利用现有的 ArcGIS9.3版本的网络分析模块能初步设计围堵方案，但存在分析过程复杂且结果不一定是最优方案的问题，最优围堵方案的设计需要借
16、助针对性更强的工具或在现有模块基础上实现针对性更强的算法。 解决问题的 同时也暴漏出了该市交巡警服务平台分布的问题。即服务点分布不够密集，有些地方处的服务点分布过于分散，在发生紧急情况时，不能进行及时的服务。如发生以上“ 3 分钟围堵”的情况时，不能发挥有效的作用，交巡警服 务平台的分布均衡情况有待提高。 参考文献 1 姜启源 ,数学模型 M ,北京 :高等教育出版社 ,2003, 8 2 陈汝栋，于延荣，数学模型与数学建模，国防工业出版社， 2009， 5 3 袁新生， LINGO 与 EXCEL 在数学建模中的应用，科学出版社， 2007， 8 4 周扬 .基于 GIS 的交巡警平台的选址
17、方法研究 .重庆文理学院学报 .2011 年 ,第三十卷第 5 期 :P63. 5 2011 年高教杯全国数学建模 B 题 交巡警服务平台的设置与调度 . 6 刘湘南 .GIS 空间 分析原理与方法 M .出版社：科学教育出版社， 2011.P148 7 吴静等 . ArcGIS9.3 Desktop 地理信息系统应用教程 .清华大学出版社 .2011年 8 汤国安等 . ArcGIS 地理信息系统空间分析实验教程 .科学出版社 .2006 年 . 9 万福永，数学实验教程（ MATLAB 版） M，北京：科学出版社， 2006 10李淑琴，王欢，李伟，杨静宇，基于动态角色的多移动目标围捕问题
18、算法研究，系统仿真学报： 2006 第 12 期 11常春光，陈东文，宋晓宇，突发事件应急调度模型与管理 评价指标体系述评，沈阳建筑大学学报：社会科学版 2009 第 11 期 Based on the ArcGIS analysis of network traffic and patrol police containment design platform Abstract： With the aid of the ArcGIS analysis module, this article attempts to optimize the traffic and patrol police
19、 platform containment scheme based on the problem that the suspect drove away in 2011 National Undergraduate Mathematical Contest in modeling B group problem. The results show that : the use of the existing version of ArcGIS9.3network analysis module can contain preliminary design scheme, but the analysis process is complex and results may not be the best scheme. the optimal containment design needs the help of targeted tools or in existing module
