Emergency Response Management and Information System (ERMIS ...

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

Emergency Response Management and Information System (ERMIS) – A GIS  based software to resolve the emergency recovery challenges in Madurai city,  Tamil Nadu  B.Ganeshkumar, D.Ramesh  PSNA College of Engineering & Technology, Dindigul, Tamilnadu, India  [email protected] 

ABSTRACT  Optimum  utilization  of  the  time  after  an  accident  which  is  golden  hour  serves  as  a  measure of effectiveness of any  emergency response service provider system. Recovery actions  should  be  taken  in  time  to  reduce  the  loss  of  life  and  property.  In  spite  of  the  reason  that  the  service providers are well equipped, routing problems and traffic congestions breaks their speedy  recovery  action  in  real  time.  This  paper  presents  a  case  study  on  Madurai  which  is  the  third  largest city in Tamil Nadu with 51.9 Km 2  and is also referred to as ‘City Never Sleeps’ because  of its busy life round the clock. In the recent years, it is transforming its status from ‘Athens of  the East’ to ‘Growing IT hub’ of southern Tamil Nadu, thanks to the development of IT sector in  this zone. Most of the emergency situations arise in the city due to road and fire accident in this  paper for which a detailed GIS database of transportation network, accident locations, hospitals,  ambulance locations, police and fire stations was prepared and Spatial Analysis was also carried  out for accident records of years 2004 – 2008 by using ArcGIS9.3 to map the accident risk zones.  ERMIS, a stand alone software free from GIS software backend was designed with all basic map  interaction  functions  in  VB.NET  platform  with  MapObjects2.4,  which  can  able  to  answer  all  kind of needs basically required for an emergency responder. A unique route finding OCX was  programmed  and  used  to  plot  O­D  cost  matrix  from  multiple  origins  to  multiple  destinations.  Route Finder was designed to find shortest, time saving routes and services areas. For effective  response ERMIS  found to provide a greater support in giving  information about the vicinity of  an emergency and solving direction­finding problems.  1.  INTRODUCTION  Human resource is always of immense support for a developing country like India.  Even  though our country  is saturated with 110 Crore population, not many are overlooking the safer

1 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

life of an individual. Transportation of a patient to hospital in emergency seems quite simple but  in  actual  it  is  pretty  difficult  during  peak  hours.  A  significant  operation  for  the  handling  of  emergency incidents is the routing of responding vehicles to incident sites and then to the closest  appropriate  hospitals.  GIS  technology  can  support  emergency  responders  to  provide  efficient  response in quick response time through solving the steering problems. 

2.  STUDY AREA  The city Madurai, is located between 9° 53’ to 9° 59’ North latitudes and 78°4’ to 78°10’  East longitudes, lying at an altitude of 100.58 meters and it covers a spatial extent of 51.9 Km 2 .  In  2006,  the  city  has  a  population  of  persons  10,74,149,  with  a  growth  rate  of  10.05  percent  during  the  period  of  2005  –  2006  with  the  density  of  20,698  persons  per  sq.km.  Ward  wise  analysis  of  density  pattern  within  the  MMC  limits  indicates  that  the  area  within  the  administrative  jurisdiction  of  the  MMC  is  almost  saturated,  with  52  wards  of  72  wards  having  high  or  very  high  density.  The  existing  land  use  pattern of  the  city  has  45.69  sq.km  developed  area  and  6.21  sq.km  undeveloped  area.  According  to  the  current  land  use,  8.29  sq.km  of  developed  area  is  dedicated  to  transportation  next  to  residential.    The  existing  road  system  comprises NH7, NH45B & NH49, 7 Major District Roads and Other Roads, totaling up to a road  length  of  approximately  636.60  km  within  the  Madurai  Municipal  Corporation  limits.  The  city  has 22 major hospitals with trauma care facilities and a response network which is fully equipped  with  16  ambulances  for  emergency  movement  of  road  accident  victims  to  hospitals  and  also  three  Fire  &  Rescue  Service  stations  are  situated  within  the  city.  There  are  16  Traffic  Police  stations available which covers the city in 16 sectional areas. 

3.  AIM AND OBJECTIVES  The  main  aim  of  this  study  is  to  develop  an  efficient  GIS  based  Emergency  Response  Management  and  Information  System,  called  ERMIS,  for  the  improvement  of  emergency  recovery through solving the routing problems when a critical situation occurs on Madurai road  networks. 

This work is done with the following objectives

2 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

v  To  determine  the  existing  emergency  risk  zones  by  employing  a  GIS  analysis  on  the  history of fire and road accident records  v  To  develop  a  standalone  software  called  ERMIS  by  using  MapObjects  and  VB.NET  programming which is free from GIS software backend  v  To locate the nearest emergency responder, such as an ambulance, hospital, fire & rescue  station or police station during an emergency occurs through ERMIS  v  To  suggest  shortest  route  from  emergency  spot  to  the  recovery  point  using  network  analysis through a proposed OCX control  v  To  provide  all  the  available  information  regarding  emergency  care  situation  through  ERMIS 

4.  DATA USED 

The necessary data was collected from six different data sources as both spatial and non­spatial  data which are mentioned below.  From Survey of India  §  Toposheets Numbered 58 K/1/NW and 58 K/1/NE on 1:25,000 scales  §  Madurai Guide Map on scale 1: 20 000  From Corporation of Madurai  §  Ward Map on scale 1:20000  §  Recent Transportation Network Map on scale 1:7500  §  Year 2006 Population Data  §  Road Ledger 2006  §  Land Use Information  Station wise Fire Accident Records for the years 2004 to 2008  §  Anuppanadi Fire & Rescue Station  §  Madurai Fire & Rescue Station  §  Tallakulam Fire & Rescue Station  From Office of the Divisional Fire Officer, Madurai  §  Economical Statistics

3 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

§  Fire & Rescue Station Locations 

From Office of the Police Commissioner (Traffic), Madurai  §  Traffic Police Station Locations  §  Accident Records for the years 2004 to 2008  §  Route restrictions  From Field Visit (GPS Survey)  §  Locations of Ambulance Services  §  Locations of Hospitals  §  Information regarding Emergency Services 

5.  GIS DATABASE DESIGN  GIS  database  is  prepared  as  with  spatial  and  non­spatial  data.    Every  accident  spot  is  specifically  located  at  their  exact  geographic  positions.  In  sum,  4535  road  accident  spots  and  1046 fire accident spots are spotted with their attributes. Roads layer is digitized with more than  3016 road segments. The designed GIS database layers and their fields are  1.  City Boundary (Area, Perimeter)  1.  Ward Divisions (Ward No, Area, Males, Females, Total)  2.  Roads (Name, One­Way, Speed limits, Length, Category)  3.  Fire Accident Spots (Stn_ID, Stn_Name, Place, Distance, Date, Time, Amt Lost,  Amt Recovered)  4.  Road Accidents (Stn_ID, Stn_Name, Place, Distance, Date, Time, Road Type,  Vehicle Type, Fatal_No, Non­Fatal_No)  5.  Ambulance Services (ID, Name, Address, Contact, Category)  6.  Hospitals (ID, Name, Address, Contact)  7.  Fire & Rescue Stations (ID, Name, Address, Contact)  8.  Police Stations (ID, Name, Address, Contact) 

6.  GIS ANALYSIS

4 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

Time based and month based analysis were carried out to ascertain which time period and  month has more number of accident history. In time based analysis a whole day was divided into  six  intervals  with  four  hours  gap.  The  month  based  study  dealt  with  month  wise  occurrence of  accidents.    From  this  the  responder  network  may  be  get  aware of  prone time  period  or  month.  Similarly different types of SQL queries were applied on accident related attributes to obtain the  results on the various topics. Spatial Analyst of ArcGIS is used to analyze density patterns using  simple  or  kernel  calculations.  Specifically,  Kernel  density  type  of  calculation  is  applied  to  prepare accident density maps. Roads in the city are categorized as NH, major roads and minor  roads.  This  is  done  by  giving  a  separate  key  number  to  each  category  in  the  database.  Roads  which  are  having  names  are  identified  and  that  data  are  stored  in  this  database.  Data  base  for  one­way,  road  segment  length,  speed  limit  and  drive  time  was  created.  Road  network  was  generated by using Network Analyst Extension 1.1b of ArcView GIS 3.2a. 

7.  NEED OF ERMIS 

Emergencies occur anywhere, at any location, at any time, and in various different ways,  will make one at risk. Emergency situations require a speedy response. Thus, it is undoubted to  establish direct, fast, and efficient software without delay. Hence, the development of emergency  response  management  and  information  system  has  its  own  value  and  necessity.  The  ERMIS  is  known as software that supports the responders for quick and efficient emergency care during the  accidental  emergency  situation.  GIS  based  Emergency  Response  Management  and  Information  System is proposed for trouble free routing of ambulances and fire vehicles during emergencies.  Visual  Basic.NET  provides  a  versatile  platform,  enabling  programmers  to  use  object­oriented  methodologies.  MapObjects  2.4  is  the  mapping  component  software  created  by  ESRI, to  allow  mapping  functions  to  be  included  in  applications  developed  in  a  variety  of  programming  environments.  ERMIS  is  developed  under  the  platform  of  VB.NET  with  MO2.4.  ERMIS  is  designed as GUI which can handle by a user easily to obtain routing or ground truth information  of an emergency site. 

7. 1 SOFTWARE OVERVIEW

5 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

In this system the main issues are the shortest path, nearest ambulance, hospitals, fire &  rescue station, police station and storing the accident  information  in the database. ERMIS does  not  require  the  user  to  be  proficient  in  GIS  techniques.  It  creates the  displayed  message  of  the  spatial data and allows these data elements to be combined without a user having knowledge of  the GIS software. Main screen of ERMIS  is shown  below.  The  main  window has six parts (1.  Menu Bar, 2. Standard Toolbar 3. Map Toolbar, 4. Map Area, 5. Legend of Layers, 6. Taskbar)  with their own functional importance. 

Figure 1:  ERMIS V1.0.2 Main window 

7. 2 MENU BAR & TOOL BARS  To make the ERMIS more user­friendly, menu­bars are added to user interface. Menu bar  contains different menus with common commands to perform different functionalities on spatial  data.  ERMIS  has  two  types  of  toolbars.  The  Standard  toolbar  has  15  buttons  including  five  control buttons and ten application buttons. Map toolbar has ten buttons  including seven  visual  map interaction controls, two querying controls and an output control. Menus, submenus and tool  bar functional descriptions are given in figure.

6 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

Figure 2: Menu Bar, Tool Bars with their functionality description 

Special Functionalities ·  Labeling features ·  Searching of facilities ·  Extensive task bar guidance ·  Scale and cursor position indicator ·  JPEG map output 

7. 3 APPLICATIONS  ERMIS  was  designed  to  supply  information  to the  user to  make  proper  decisions  at the  time  of  emergencies.    Applications  part of  ERMIS  can  be  broadly  classified  into two  sections.  One is to provide ground truth of locality; other is to determine a shortest efficient route within  city  transportation  network.  ERMIS  database  has  designed  to  carry wide  range  of  information  including record of accidents and details of existing emergency services of the city.  OLEDB of  VB.NET has used to access the database from the user side. 

Accident Analysis

7 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

Time based analysis reveals that the time interval 12 hrs to 15:59 hrs is most prone to fire  accidents  in  the  years  2004  ­  2008.    In  sum,  30%  of  accidents  in  2004,  24%  in  2005,  27%  in  2006,  30%  in  2007  and  26%  in  2008  were  happened  in  this  specific  interval  of  time.    On  considering road accidents history, the time intervals 8 hrs to 11:59 hrs and 16 hrs to 19:59 hrs  carries most of the accidents.  These two intervals bags 22% of accidents in 2004, 24% in 2005,  22% in 2006, 26% in 2007 and 21% in 2008. From month based analysis we can conclude that  the  months  January  –  March  has  the  maximum  fire  accidents  in  all  the  years  2004  to  2008.  Nearly 33% accidents were occurred. Fire accidents have been classified in to Serious, Medium  and Small accidents by considering the amount lost. There were 19 serious, 73 medium and 954  small accidents happened  in the  years 2004 ­ 2008.   Road accidents have  been classified  in to  Fatal  and  Non  fatal  accidents.    In  the  year  2004,  there  were  524  fatal  and  4011  non  fatal  accidents occurred. 

These results can be viewed through the Analysis Menu of ERMIS through following submenus  Time  Based  Analysis  of  Fire  &  Road  Accidents,  Month  Based  Analysis  of  Fire  Accidents  &  Road  Accidents,  Accident  Type  Statistics,  Economical  Impact  of  Fire  Accidents,  Accident  Density  spots,  Road  Accidents  Based  on  Vehicle  Type,  Accidents  Based  on  Road  Type,  Fatal  and Non­Fatal Statistics,  Density maps 

Figure 3: Special application windows of ERMIS

8 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

Risk Zones  Fire  accident  history  recorded  six  places  of  frequent  fire  and  had  maximum  economic  loss. These places can be called as fire prone risk zones.  The risk zones are  1.  Sellur  2.  Tallakulam  3.  Ottakadai  4.  Chinakadai Street  5.  Villapuram  6.  East Anuppanadi  Road  accident  risk  zones  are  predicted  by  keeping  fatal  accidents  as  important  factor.  Highly accident prone areas are  1.  Thevar Statue Junction  2.  Kalavasal Junction  3.  South Veli Street  4.  Bypass – Kennet Road Junction 

Figure 4: Fire and Road Accidents Risk Zones  Accident Records  Both fire and road accident records were stored in database. This Records Menu carries  the following information regarding Fire and Road accidents. These are Station Name, Place of  Accident, Distance from Station, Date of Accident, Time of Accident, Asset Lost in Fire accident,

9 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

Asset Recovered in Fire accident, Road Type and Vehicle Type  involved, Fatal  and Non­Fatal  cases in Road Accidents 

Services  This Services Menu gives the details of existing emergency responding facilitators of the  city.  The user can able to choose a particular or an alternative service provider depending upon  the  situation.  Services  menu  comprises  four  emergency  services  viz.,  Ambulance  services,  Hospitals,  Fire  &  Rescue  Stations  and  Police  Stations.    Hospitals  submenu  carries  all  the  essential  information  concerning  the  particular  hospital.    Location  reference,  contact  numbers,  existing medical facilities, specialties and trauma care facility details will make the user to prefer  a precise choice. 

7. 4 ROUTE FINDER  Route  Finder  is  a  specially  designed  application  to  enable  the  user to  make  route  based  decisions  easily.    The  basic  action  of  this  application  is  determined  by  the  developed  Network.ocx control. Dijkstra’s algorithm one can easily find out the shortest path from a given  location  (source)  to  all  other  points  of  interest  (destination)  in  a  graph  /map.  Here  the  other  version  of  Dijkstra’s  Algorithm,  which  is  called  “All ­  Shortest  Path  Algorithm"  is  used  in  the  programming of Network.ocx. Route Finder is a key to solve routing problems of Madurai city  through some easy steps. 

Figure 5: Route Finder of ERMIS – Separate application for solving routing problems

10 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

Route  Finder  has  designed  with  eight  separate  components  as  shown  in  figure.  Toolbar  comprises of six operational buttons and three interaction buttons. The operational part of Route  Finder  has  subdivided  in  to  five  categories  namely  Network  activation,  Attribute  selection,  Location spotting, Action selection and Output generation.  A  sample  accident  location  is  assumed  approximately  3  Kms  away  from  NH­Bypass  Junction  i.e.,  Kaalavasal  Junction.    Closest  ambulance  location  from  the  accident  point  and  closest hospital from the accident is obtained from Route Finder. Route view map and Directions  are the outputs of Route Finder.  User can have a .JPEG format of map output with labels and a  detailed  text  of  route  directions.  There  will  be  separate  maps  to  show  ‘Closest  Facility’  and  ‘Shortest Path’. These  two  will  assist  emergency  vehicle  driver  to  solve  routing  problems.  The  closest ambulance service is Meenakshi Ambulance.  The distance to be traveled between these  two is 5.68 Kms.  The closest hospital is Kennet Hospital.  The shortest distance to be traveled to  reach the hospital is 5.24 Kms. 

Figure 6: Results of Route Finder with Routing Directions 

8   CONCLUSION

11 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

Emergency  Response  Management  and  Information  System  (ERMIS)  were  designed  in  the  work  by  analyzing  the  ground  situation  of  Madurai  city.  ERMIS  is  aimed  to  solve  routing  problems  effectively  and  it  also  provides  shortest  as  well  as  efficient  route  for  speedy  transportation  of  a  patient  when  an  accident or  emergency  occurs  in  Madurai  city.    Route  map  and Directions output supply  a substantial  assistance to enable service providers to giving their  service at least time. ERMIS also analyzes emergency situations and emergency prone zones of  the  city  from  the  past  years  accident  history.    ERMIS  is  capable  of  handling  multi  accident  situation.  It  is  analyzed  with  the  results  obtained  that  how  well  the  developed  Route  Finder  working  with  the  efficient  accuracy  as  much  as  the  Network  Analyst1.1b  of  ArcView  3.2a.  Accident records database can  be updated by the user side  itself with the software.  The whole  system  was  designed  to  with  an  easy  updation  functionality  due  to  the  requirements  in  future.  Traffic  control  authorities,  emergency  service  providers,  policemen  and  any  common  man  can  use the system without any prior GIS software proficiency. 

9   REFERENCES  1.  Bruce A. Ralson (2000), ‘GIS and ITS Traffic assignment’, Geoinformatica Vol 4, Issue  2,  pp 231 – 243  2.  Cherkassky.  B  et.al.,  (1993)  ‘Shortest  path  algorithms:  theory  and  experimental  evaluation. Technical Report 93­1480, Dept of Computer Science, Stanford University  3.  Coutinho­Rodriques,  J  et.al.,(1996)  ‘An  interactive  spatial  decision  support  system  for  multiobjective  hazmat  location­routing  problems’,  Working  Paper  WPS  95­39,  Max  M.  Fisher College of Business, The Ohio State University  4.  Dijkstra  E.W.  (1959)  ‘A  note on two  problems  in  connexion  with  graphs’,  Numerische  Mathematik, pp 269 – 171  5.  Douglas,  David  H  (1999),  ‘Least  cost  path  in  GIS  using  an  Accumulated  Cost  Surface  and Slope Line’, Cartographica, Vol 31   No 3  pp 37 – 51  6.  Environmental Systems Research Institute (2006) ‘Getting Started with MapObjects 2.4  7.  Gheorghe.  AV  (1999),  ‘Integrated  Decision  Support  Systems  for  Emergency  Preparedness and Management’, Annual Con of the Int Emergency Management Society,  pp 151  –  162

12 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES  Volume 1, No 1, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article 

ISSN   0976 – 4380 

8.  Harewood, S.I (2002) ‘Emergency Ambulance deployment in Barbados: a multi objective  approach’, Journal of the Operations Research Society, Vol 53, pp 185­192.  9.  Thirumalaivasan  D  and  Guruswamy  V  (1999)  ‘Optimal  route  analysis  using  GIS’,  Accessed from http://www.gisdevelopment.net on Dec 2006  10. Husdal  J  et.al.,  (2001),  ‘Shortest  path  computation:  A  comparative  analysis’,  Accessed  from http://husdal.com/mscgis/thesis/ on Feb 2007  11. Maheep Singh Thapar (1999) ‘Emergency Response Management System for Hyderabad  city’, Accessed from http://www.gisdevelopment.net on Feb 2007  12. Moses  Santhakumar  et.al.,  (2001)  ‘Transportation  system  management  for  Madurai  city  using GIS’, Accessed from http://www.gisdevelopment.net on Mar 2007

13