基于GIS的蕪湖高速公路管理平臺設(shè)計

袁 苑，阮 穎，郎 朗

(1.安徽工程大學(xué)安徽省電氣傳動與控制重點實驗室，安徽蕪湖241000;2.安徽省高速公路控股集團有限公司蕪湖管理處，安徽蕪湖241000)

高速公路是交通運輸現(xiàn)代化和經(jīng)濟社會發(fā)展程度的重要標志。目前，蕪湖高速公路管理處管轄路段總里程達到196 km，其沿線包括3座樞紐互通，13座特大型橋梁，56座大橋，9個收費互通以及6座隧道。隨著高速公路的運營，對其沿線設(shè)備及交通狀況的監(jiān)測與管理成為了一項長期的、復(fù)雜的、繁瑣的工作，建立智能的高速公路信息管理平臺，為用戶提供及時、方便、精確的公路信息具有重要的意義。

日趨成熟的地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)技術(shù)為公路養(yǎng)護管理提供了一種新的思路，利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化管理能力，可以實現(xiàn)路面管理的可視化。但是，GIS的進一步發(fā)展面臨著不少問題，目前國內(nèi)運行的路面管理系統(tǒng)實現(xiàn)的GIS功能較為單一，結(jié)構(gòu)和功能較為簡單。而基于GIS系統(tǒng)為平臺進行路面性能評價、預(yù)測和決策優(yōu)化分析等較為薄弱，而這些功能是養(yǎng)護管理系統(tǒng)信息化關(guān)鍵技術(shù)之一［1］。研究使用GIS為基礎(chǔ)軟件，以蕪湖管理處管轄路段作為研究對象，對高速公路涉及的各類信息進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計。設(shè)計了基于GIS的蕪湖高速公路管理平臺，旨在方便、快捷地滿足各類應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用公路數(shù)據(jù)，全面提高高速公路管理現(xiàn)代化水平［2］。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，平臺的現(xiàn)場信息采集包括自動設(shè)備采集和人工采集。自動設(shè)備采集通過云臺監(jiān)控攝像機與快球監(jiān)控攝像機提供高速公路的設(shè)施情況;人工采集則由現(xiàn)場巡邏人員通過移動手機、平板電腦或者個人電腦，以圖像、文字等形式上傳高速公路上的交通事故、隱患點等路面信息。采集的信息通過Internet傳輸至高速公路監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中進行存儲，管理中心的用戶可以根據(jù)權(quán)限從服務(wù)平臺管理系統(tǒng)查詢高速公路的信息數(shù)據(jù)。服務(wù)平臺共享資源，增強了路政、中控和養(yǎng)護3個部門的信息互動，節(jié)省了大量人力物力，避免了繁雜的重復(fù)勞動，提高了高速公路維護與監(jiān)管的效率。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，通過高速內(nèi)網(wǎng)，將系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、地理空間信息和屬性信息有機地結(jié)合起來。實現(xiàn)信息資源整合綜合應(yīng)用。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示，基礎(chǔ)層提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為基于GIS技術(shù)的高速公路營運管理平臺的建設(shè)提供相關(guān)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層依托電子地圖，展示和管理高速營運日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和基本高速資源數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)主要包含高速公路空間數(shù)據(jù)、高速公路基本資源數(shù)據(jù)、相關(guān)系統(tǒng)日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。支撐層依托GIS平臺服務(wù)，交互和整合系統(tǒng)日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的GIS展示。應(yīng)用層圍繞養(yǎng)護管理、路產(chǎn)管理業(yè)務(wù)，建立基于GIS技術(shù)的高速公路營運管理平臺，同時通過接口調(diào)用中控管理、收費管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，集成中控和收費業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理模塊，依托GIS服務(wù)平臺為用戶展示高速公路基本地理位置信息和相關(guān)系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

基于GIS的高速公路營運管理平臺按照功能需要，主要分為地圖操作、基礎(chǔ)信息管理、養(yǎng)護管理、路政管理、中控管理、收費管理、信息瀏覽、系統(tǒng)管理等模塊。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1 高速公路空間數(shù)據(jù)庫

高速公路是分布在大地上的空間構(gòu)造物，在地理上可抽象描述為位于地面上的線狀物，其地理位置可由路線上的一系列大地坐標x、y來確定。在GIS軟件中，每個圖層對象都與一個坐標系發(fā)生聯(lián)系，這個坐標系或是地理坐標系對象，或是投影坐標系對象。由于不同信息源的用途和比例尺不同，需要不同直角坐標系存儲空間數(shù)據(jù);因此，建立空間數(shù)據(jù)庫并存儲該空間數(shù)據(jù)并對其進行坐標轉(zhuǎn)換是GIS實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)無縫集成和正確進行空間分析及成果顯示的基礎(chǔ)［3］。

2.2 高速公路屬性數(shù)據(jù)庫

在高速公路屬性數(shù)據(jù)采集與管理方面，系統(tǒng)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺和屬性數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對高速公路各類專業(yè)數(shù)據(jù)的綜合查詢，既可以直接給決策者提供信息查詢，又可以為決策模型的計算提供數(shù)據(jù)來源。按照數(shù)據(jù)管理部門分類，系統(tǒng)包括設(shè)施、養(yǎng)護、中控三方數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理的屬性數(shù)據(jù)主要涉及到公路路面、橋梁、隧道、涵洞、沿線設(shè)施及交通管理等信息。系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計如圖4所示。

以上的相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為公路屬性數(shù)據(jù)都以各自的地理空間為依托而存在。其各要素之間是通過地理空間分布形式而表現(xiàn)出來的，并可用不同的專題圖表示。屬性數(shù)據(jù)既依附于空間數(shù)據(jù)庫上，又具有獨立性，以便進行日常數(shù)據(jù)信息管理。高速公路數(shù)據(jù)庫是集空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)于一體的數(shù)據(jù)庫，以滿足需求分析中提出的各種要求［4，5］。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

研究以J2EE平臺作為系統(tǒng)的核心架構(gòu)，以WebLogic作為應(yīng)用服務(wù)器，采用SqlServer2008企業(yè)版數(shù)據(jù)庫軟件建立數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)的存儲;以GIS為軟件平臺，進行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的開發(fā)。

系統(tǒng)軟件實現(xiàn)按照客戶端、服務(wù)器端和數(shù)據(jù)庫的3層結(jié)構(gòu)建立，系統(tǒng)3層結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 高速公路屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計

圖5 系統(tǒng)3三層結(jié)構(gòu)

客戶端主要為Web瀏覽器。Applet為采用Java編寫的Web GIS插件，插件可以包含在HTML文件中，當(dāng)客戶端從網(wǎng)絡(luò)下載HTML文件時，Java的程序的執(zhí)行代碼也同時被下載，代碼完成對GIS的數(shù)據(jù)的解釋和GIS分析，并實現(xiàn)與服務(wù)器端的通信。

服務(wù)器端采用“模型-視圖-控制器”結(jié)構(gòu)進行開發(fā)與管理。Java Bean負責(zé)定義數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫中的屬性表對應(yīng)，控制器負責(zé)調(diào)用改數(shù)據(jù)模型并接收客戶端請求，并根據(jù)請求分析、計算、訪問數(shù)據(jù)庫。通過視圖將HTML動態(tài)顯示給用戶。

數(shù)據(jù)庫采用SqlServer2008數(shù)據(jù)庫，存儲空間信息數(shù)據(jù)和屬性信息數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器端通過JDBC技術(shù)進行通信。

在上述方案的指導(dǎo)下，以蕪湖高速公路管理處管轄路段為監(jiān)管對象，根據(jù)蕪湖高速公路轄段高速公路的特點，開發(fā)了如圖6所示的高速公路GIS系統(tǒng)界面。

圖6 高速公路GIS系統(tǒng)界面

4 結(jié)語

研究針對蕪湖管理處高速公路管理現(xiàn)狀及相關(guān)信息化應(yīng)用存在的缺陷，利用J2EE、SqlServer2008、GIS等技術(shù)技術(shù)，分析并設(shè)計了一個科學(xué)合理的高速公路管理平臺，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺和數(shù)據(jù)庫以整合各部門信息資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。有利于路政、中控和養(yǎng)護3個部門的信息共享、協(xié)調(diào)聯(lián)動與決策分析，大大提高了高速公路維護與監(jiān)管的效率。同時信息管理平臺將各個孤立功能模塊整合在一起，構(gòu)建了智能化、信息化、精確化的管理平臺，這對于促進我國公路交通事業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定和健康發(fā)展具有十分重要的作用。

［1］謝峰.基于GIS的高速公路路面管理智能決策模型研究［D］.四川:西南交通大學(xué)，2012

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