7/30/2019 Route Guides

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GIS Based R o u t e Guiding System for O p t i m a l P a t hPlanning in D i s a s t e r / C r i s i s Management' A b d u l F a t t a h C h a n d i o , 2 P r o f L i u Yu S h u , 3 N o o r Muhammad Memon, 4 A t t a u l l a h K h a w a j a

1 ' 2 D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e s , 4 D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c sB e i j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o lo g y , 5 N a n d a j i e , Z h o n g g u a n c u n , H a id i an , B e ij in g 1 0 0 0 8 1 , P . R . C h i n a3Mohammad A l i J i n n a h U n i v e r s i t y , J i n n a h A v e n u e, B l ue A r e a , I s l a m a b a d , P a k i s t a n1 f a t t a h c h a n d i o g y a h o o . com, 3 m n o o r g j i n n a h . e d u . p k , 4 a t t a _ k h a w a j a ( y a h o o . c o m

A b s t r a c t : N a t u r a l e v e n t s o n o u r e a r t h s u c h a sl a n d s l i d e s , e a r t h q u a k e s , f l o o d s a n d h u r r i c a n e s c a n b eh a z a r d o u s human l i v e s a s w e l l a s m an made s o c i a l s e t u p s( b u i l d i n g s r o a d s a n d o t h e r i n s t a l l a t i o n s ) . I n d e v e l o p i n gc o u n t r i e s l i k e P a k i s t a n t h e d e s t r u c t i o n d e m o n s t r a t e d i nd i s a s t e r s r e s u l t e d b y n a t u r a l h a z a r d s , i s m o s t l y l a c k o f a c t i o nt o a n t i c i p a t e a n d m i t i g a t e t h e p o te n t ia l damage o f t h e s e e v e n t s .I n d i s a s t e r s i t i s v e r y much i m p o r t a n t t o m i n i m i z e t h ec a s u a l t i e s a n d t h e d a m a g e s t o human l i v e s c a u s e d b y d i s a s t e r s .To d o s o i t i s n e c e s s a r y t o s t a r t r e l i e f work a n d r e l i e f a i d o nt i m e a t t h e a f f e c t e d s i t e . To s u p p l y t h e r e l i e f work a n d r e l i e fa i d o n t he a f f ec te d a r e a , s e l e c t i o n o f s u i t a b l e r o u t e i s v e r ymuch i m p o r t a n t . I n t h i s p a p e r we p r e s e n t e d a GIS b a s e dg u i d i n g s y s t e m f o r r o u t e d e c i s i o n m a k i n g .Ke y w o r d s : P a t h P l a n i n g , G I S , D i s a s t e r Management,R e s o u r c e D i s t r i b u t i o n .

1 . I n t r o d u c t i o nC o m p u t i n g s h o r t e s t p a t h s i s a f u n d a m e n t a l t o p i c i nc o m pu ta t io n a l g e o m e t r y a n d a r i s e s i n many a p p l i c a t i o n s [ 1 ] .T h e p r o b l e m o f p a t h p l a n n in g c a n b e s t a t e d a s f i n d i n g as e q u e n c e o f s t a t e t r a n s i t i o n s t h r o u g h a g r a p h f r o m s o m ei n i t i a l s t a t e t o a g o a l s t a t e , o r d e t e r m i n i n g t h a t n o s u c hs e q u e n c e e x i s t s . T h e p a t h i s o p t i m a l i f t h e sum o f t h et r a n s i t i o n c o s t s , a l s o c a l l e d a r c c o s t s , i s m i n i m a l a c r o s s a l lp o s s i b l e s e q u e n c e s t h r o u g h t h e g r a p h . I f d u r i n g t h e" t r a v e r s e " o f t h e p a t h , o n e o r m o r e a r c c o s t s i n t h e g r a p h i sd i s c o v e r e d t o b e i n c o r r e c t , t h e r e m a i n i n g p o r t i o n o f t h e p a t hmay n e e d t o b e r e p l a n n e d t o p r e s e r v e o p t i m a l i t y [ 2 ] . T h ep r o b l e m o f p a t h p l a n n i n g i s i n g e n e r a l c o n c e r n e d w i t hf i n d i n g p a t h s c o n n e c t i n g d i f f e r e n t l o c a t i o n s i n a ne n v i r o n m e n t ( e . g . , a n e t w o r k , a g r a p h , o r a g e o m e t r i cs p a c e ) . D e p e n d i n g o n t h e s p e c i f i c a p p l i c a t i o n s , t h e d e s i r e dp a t h s o f t e n n e e d t o s a t i s f y c e r t a i n c o n s t r a i n t s ( e . g . , o b s t a c l e -a v o i d i n g ) a n d o p t i m i z e c e r t a i n c o m b i n a t i o n s o f c r i t e r i a( e . g . , v a r i o u s d i s t a n c e m e t r i c s a n d c o s t f u n c t i o n s ) . T h ep r o b l e m s o f p l a n n i n g s h o r t e s t p a t h s a r i s e i n manyd i s c i p l i n e s , a n d i n f a c t a r e o n e o f t h e s e v e r a l m o s t p o w e r f u lt o o l s f o r m o d e l i n g c o m b i n a t o r i a l o p t i m i z a t i o n p r o b l e m s .T h e p r o b l e m s l i k e l o n g - d i s t a n c e r o a d t r a v e l i n g , w h e r e

s u c c e s s f u l r o u t e p l a n n i n g p r i o r t o t r a v e l i n g a n d e n - r o u t e i se s s e n t i a l t o f i n d i n g t h e o p t i m a l p a t h f r o m o r i g i n t od e s t i n a t i o n . " O p t i m a l " c a n t a k e u p many f o r m s , s u c h a ss h o r t e s t t i m e , s h o r t e s t d i s t a n c e , o r l e a s t t o t a l c o s t [ 3 ] .I n d i s a s t e r s l o t s o f h u m a n l i v e s a n d i n f r a s t r u c t u r e s a r ed e s t r o y e d , b u i l d i n g s a r e c o l l a p s e d , s o c i a l n e t w o r k s a r ed e s t r o y e d , c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s a r e d e s t r o y e d , a n dr o a d s , r a i l s a n d o t h e r t r a c k s o f t r a n s p o r t a t i o n s a r e a l s od e s t r o y e d . T o o much p a n i c i s c r e a t e d e v e r y w h e r e l a r g en u m b e r o f p o p u l a t i o n a n d v e h i c l e s a r e r u s h i n g o n t h e r o a d sa n d t r a c k s f o r s a f e r p l a c e s . I n t h e s e k in d o f s i t u a t i o n s i t i si m p o r t a n t t o s t a r t a n d s u p p l y t h e r e l i e f w o r k / a i d t i m e l y .M o s t o f t h e r e l i e f w o r k a n d a i d a r e s u p p l e m e n t e d f r o m o t h e rp a r t s o f c o u n t r y t o d i s a s t e r a f f e c t e d a r e a . G e n e r a l l y i nd i s a s t e r s t h e r e t w o k i n d s o f s i t u a t i o n s a r i s i n g r e g a r d i n g t h ep a t h p l a n n i n g f o r r e l i e f w o r k* T h e g e n e r a l r o a d a n d r a i l n e t w o r k s o n t h e g r o u n da r e d e s t r o y e d .* T h e g e n e r a l r o a d n e t w o r k s a r e p r e o c c u p i e db e c a u s e p a n i c k e d p o p u l a t i o n r u s h i n g t o s a f e rp l a c e s .I n t h e s e s i t u a t i o n s t h e a v a i l a b l e p a t h s s o m e t i m e s b e c a m e ab a d a n i n e f f i c i e n t c h o i c e . O n e p o s s i b l e a p p r o a c h t o s o l v i n gs h o r t e s t p a t h p r o b l e m s w o u l d b e t o p r e - c a l c u l a t e a n d s t o r et h e s h o r t e s t p a t h f r o m e v e r y n o d e t o e v e r y p o s s i b l e o t h e rn o d e , w h i c h w o u l d a l l o w u s t o a n s w e r a s h o r t e s t p at h q u er yi n c o n s t a n t t i m e . U n f o r t u n a t e l y t h e r e q u i r e d s t o r a g e s i z e a n dc o m p u t a t i o n t i m e g r o w s w i t h t h e s q u a r e o f t h e n u m b e r o fn o d e s . W i t h r e a l i s t i c r o a d n e t w o r k s i n m i n d t h i s p r o c e s s i n gw o u l d t a k e y e a r s i f n o t d e c a d e s a n d b e v i r t u a l l y i m p o s s i b l et o s t o r e . H e n c e t o o v e r c o m e t h i s p r o b l e m we r e q u i r e r e a lt i m e s e a r c h t e c h n i q u e s [ 4 ] . F o r q u i c k a n d e f f i c i e n t s u p p l y o fr e l i e f a i d t h e s e l e c t i o n o f p a t h s f r o m a i d s o u r c e t od e s t i n a t i o n i s i m p o r t a n t . F o r t h i s p r o b l e m r e a l i z a t i o n o f G I Sb a s e d d e c i s i o n m a k i n g s y s t e m c a n b e a g o o d c h o i c e . T h eo b j e c t i v e o f t h i s p a p e r i s t o d e m o n s t r a t e t h e c o n s t r u c t i o n o fG I S b a s e d r o u t e g u i d i n g s y s t e m t o s u p p l e m e n t t h e o p t i m a lp a t h f i n d i n g d e c i s i o n s f o r r e l i e f w o r k s i n d i s a s t e r s / c r i s e sm a n a g e m e n t s i t u a t i o n .

1 - 4 2 4 4 - 0 7 9 4 - X / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 2 0 0 6 I E E E 2 0 7

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F i g . 1 R o u t e d e c i s i o n s y s t e m2 . R o u t e g u i d i n g s y s t e m

T h e g u i d i n g s y s t e m c o n s i s t s o f t h r e e i n t e g r a t e d s u b s y s t e m s( s e e F i g . 1 )* Map p r o c e s s i n g F u n c t i o n* R o u t e d e c i s i o n f u n c t i o n* T o p o l o g y r e l a t i o n s h i p f u n c t i o n

F i g . 2 Map P r o c e s s i n g f u n c t i o n

2 - 1 Map p r o c e s s i n g F u n c t i o n .T h i s i s G I S b a s e d f u n c t i o n t h a t c o m p i l e , s t o r e , r e t r i e v e ,a n a l y z e , a n d d i s p l a y m a p p e d d a t a . Map d a t a u s e d a r ec o l l e c t e d f r o m e x i s t i n g m a p s , a e r i a l p h o t o s , s a t e l l i t e s , a n do t h e r s o u r c e s . A d i g i t i z e r o r s i m i l a r d e v i c e i s u s e d t oc o n v e r t c o m p i l e d map d a t a t o a d i g i t a l f o r m i n o r d e r t om a k e i t c o m p u t e r c o m p a t i b l e . T h i s t r a n s f o r m a t i o n a l l o w st h e s t o r a g e , r e t r i e v a l , a n d a n a l y s i s o f t h e m a p p e d d a t a t o b ep e r f o r m e d b y t h e c o m p u t e r a n d c a n b e d i s p l a y e d .F u n c t i o n a l i t y p r o c e s s i s s h o w n i n F i g . 2 .2 - 2 R o u t e d e c i s i o n f u n c t i o nT h i s i s c o r e f u n c t i o n o f r o u t e g u i d a n c e s y s t e m . I t s t o r e s t h ec u r r e n t l o c a t i o n o f u s e r t h a t c a n b e r e s u l t e d f r o m map i n f op r o c e s s o r i n p u t d i r e c t l y f r o m u s e r . I t s e t s s t a r t i n g p o i n t a n de n d i n g p o i n t . I t c o m p r i s e s o f p a t h p l a n n i n g a l g o r i t h m s t h a tc a n b e u s ed t o d e c i d e t h e o p t i m a l p a t h f r o m s t a r t t o e n d o fj o u r n e y . T h i s f u n c t i o n h a s f o l l o w i n g m a i n f u n c t i o n a l i t i e s ;a ) S y s t e m i n t e r a c t i v e f u n c t i o n o f u s e r i n c l u d e d

o p e n , c l o s e G I S b a s e d f i l e s . S t a r t i n g a n de n d i n g p o i n t s ( r o u t i n g g o a l s ) . R e s t r a i n tc o n d i t i o n s t h a t c u s t o m i z i n g t h e c o n g e s t i o n ,d e l a y a n d o t h e r p h e n o m e n o n t h a t m i g h t b et h e o b s t a c l e s i n t h e r o u t eb ) T h e i n t e r a c t i v e f u n c t i o n b e t w e e n r o u t ep r o g r a m a l g o r i t h m s a n d g e o g r a p h yi n f o r m a t i o n s y s t e m , i n c l u d i n g map d a t a .c ) R u s h a v o i d i n g f u n c t i o n t h a t b a s e d o ns t r u c t u r e a n d o t h e r c o n s t r a i n t c o n d i t i o n sr e l a t e d t o t h a t p o r t i o n o f n e t w o r k t h r o u g hw h i c h t h e u s e r i s p a s s i n g b y . I n c l u d i n g t h eg e o g r a p h i c a l d a t a o f t h a t p o r t i o n n e t w o r k .

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T h e r e s o u r c e c o n s t r a i n e d s h o r t e s t p a t h p r ob l em ( C S P ) a s k sf o r t h e c o m pu ta t io n o f a l e a s t c o s t p a t h t h a t o b e y i n g a s e t o fr e s o u r c e c o n s t r a i n t s [ 5 ] . T h e r u s h a v o i d i n g f u n c t i o n i s b a s e do n r e s t r a i n t c o n d i t i o n s a b o u t t h a t p o r t i o n o f n et w or k . F o re x a m p l e i n b i g c i t i e s , a t s t a r t a n d e n d o f w o r k i n g h o u r s ,t h e r e i s l o t s o f t r a f f i c o n t h e r o a d s , o r o n t h e j u n c t i o n s o fr o a d s a n d r a i l s . T h e s e k i n d s o f r e s t r a i n t c o n d i t i o n s c a n b es t o r e d a l o n g w i t h w i t h t o p o l o g i c a l i n f o r m a t i o n o f t h a tp o r t i o n o f n e t w o r k . T h e r e a r e d i f f e r e n t k i n d s o f r e s t r a i n tc o n d i t i o n s , c a n b e s e t w i t h d i f f e r e n t l e v e l o f p r i o r i t i e s a n d i ti s n o t g u a r a n t e e d t h a t a l l c o n d i t i o n s a r e s a t i s f i e d . I n f i g . 3m o d u l a r s t r u c t u r e o f r us h a vo i d in g p at h p l a n n i n g f u n c t i o n i ss h o w n .

2 - 3 T o p o l o g y r e l a t i o n s h i p F u n c t i o n :T o p o l o g y r e l a t i o n s h i p F u n c t i o n u s e d t o d e s c r i b e howf e a t u r e s s h a r e g e o m e t r y ; i t i s a l s o t h e m e c h a n i s m f o re s t a b l i s h i n g a n d m a i n t a i n i n g t o p o l o g i c a l r e l a t i o n s h i p sb e t w e e n f e a t u r e s . T o p o l o g y r e l a t i o n s h i p F u n c t i o ni m p l e m e n t s t op ol og y t h r ou g h a s e t o f v a l i d a t i o n r u l e s t h a td e f i n e how f e a t u r e s may s h a r e a g e o g r a p h i c s p a c e , a n d a s e to f e d i t i n g t o o l s t h a t w o r k w i t h f e a t u r e s t h a t s h a r e g e o m e t r yi n a n i n t e g r a t e d f a s h i o n . T h i s f u n c t i o n c o n t a i n s a s e t o f t o o l st h a t c a n b e u s ed t o m a n a g e a t o p o l o g y . T h i s f u n c t i o n w i l la s s i s t t h e u s e r s a b o u t t h e g r o u n d a d d r e s s a n d i t s c u r r e n tl o c a t i o n s .3 D a t a f l o w s t r u c t u r e

T h i s s y s t e m i s a G I S b a s e d s y s t e m a n d h a v i n g t h r e e m a i nm o d u l e s ( s e e F i g . 4 ) ;* Map I n f o* P a t h p l a n n i n g* T o p o l o g i c a l I n f o .W h e r e a s map i n f o s e c t i o n c o n s i s t s o f s p a t i a l d a t a b a s e t h a ti n c l u d e s t h e l o c a t i o n a l d a t a ( w h e r e t h i n g s a r e l o c a t e d ) a n dt h e s p a t i a l r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n d a t a f e a t u r e s . T h e d a t a b a s ec a n a l s o b e i n c l u d e d a d d i t i o n a l r e l e v a n t i n f o r m a t i o n .

F i g . 4 D a t a F l o w

4 . C o n c l u s i o n

end)

F i g . 3 F l o w c h a r t o f o b s t a c l e a v o i d i n g r o u t e d e c i s i o n p r o g r a m

I n t h i s p a p e r we p r e s e n t e d t h e m o d u l a r s t r u c t u r e o f r o u t ea s s i s t i n g s y s t e m f o r p a t h p l a n n i n g . T h e r e a r e e n o r m o u sn u m b e r o f a l g o r i t h m s d e v e l o p e d f o r p a t h p l a n n i n g , u s e o ft h o s e a l g o r i t h m s w i t h c o n s t r a i n t b a s e d r u s h o r o b s t a c l ea v o i d i n g f u n c t i o n s c a n g u a r a n t e e t h e o p t i m a l p a t h p l a n n i n gf o r u s e r s p e c i a l l y i n c a s e o f c r i s i s o r h a z a r d s s i t u a t i o n sw h e r e , b o t h , q u i c k a n d g u a r a n t e e d a r r i v a l o f r e l i e f o p e r a t i o ni s t oo much i m p o r t a n t . I n t h i s s y s t e m t h e r o l e o f SDB i s

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v e r y m u c h i m p o r t a n t e s p e c i a l l y i n c a s e o f s e l e c t i n g o t h e rt h e n t r a d i t i o n a l r o u t e s . F o r e x a m p l e i n c a s e o f e a r t h q u a k e so r l a n d s l i d e s r o a d s t r u c t u r e s a r e d e s t r o y e d i n s u c h c o n d i t i o ng e o s p a t i a l d a t a b a s e c a n h e l p u s e r t o d e s i g n ne w s u i t a b l ep a t h f o r d e s t i n a t i o n . O n l i n e i n f o r m a t i o n i s a l s o p l a y si m p o r t a n t r o l e i n t h i s f u n c t i o n , f o r e x a m p l e o n l i n e s a t e l l i t ei m a g e r i e s c a n i n f o r m u s e r ( t r a v e l e r ) a b o u t t r a f f i cc o n g e s t i o n s .5 . A c k n o w l e g d m e n tA u t h o r s a r e t h a n k f u l t o D e pa r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e s ,B e i j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , B e i j i n g , PR C h i n a , f o rs u p e r v i s i n g t h i s s t u d y .REFERENCES:

[ 1 ] D r . B a l q i e s S a d o u n , "A S i m u l a t i o n S t u d y f o r A u t o m a t e d P a t hP l a n n i n g i n T r a n s p o r t a t i o n S y s t e m s " S C S C 2 0 0 3 , J u l y 2 O - 2 4 ,M o n t r e a l , C a n a d a[ 2 ] A n t h o n y S t e n t z , " T h e F o c u s s e d D* A l g o r i t h m f o r R e a l - T i m eR e p l a n n i n g " I n t e r n a t i o n a l J o i n t C on f e r en ce o n A r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e , A u g u s t 1 9 9 5 .[ 3 ] L . S . BURIOL, M . G . C . RESENDE, M . THORUP, " S p e e d i n g u pD y n a m i c S h o r t e s t p a t h A l g o r i t h m s " , A T& T L a b s R e s e a r c hT e c h n i c a l R e p o r t T D - 5 R J 8 B . S e p t e m b e r 1 9 , 2 0 0 3 .[ 4 ] F a r a m r o z e E n g i n e e r , " F a s t S h o r t e s t P a t h A l g o r i t h m s f o r L a r g eR o a d N e t w o r k s " , D e p a r t m e n t o f E n g i n e e r i n g S c i e n c e ,U n i v e r s i t y o f A u c k l a n d , N e w Z e a l a n d[ 5 ] K u r t M e h l h o r n , M a r k Z i e g e l m a n n " R es o ur c e C on s tr ai n edS h o r t e s t P a t h s " , M. P a t e r s o n ( E d . ) : ESA 2 0 0 0 , LNCS 1 8 7 9 , p p .3 2 6 - 3 3 7 , 2 0 0

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