林興志（廣西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院，廣西 南寧 530007）

交通物流GIS路網(wǎng)可視化管理研究

林興志
（廣西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院，廣西 南寧 530007）

研究交通物流GIS路網(wǎng)可視化管理方案，從可視化GIS管理系統(tǒng)、交通物流物聯(lián)網(wǎng)北斗終端與監(jiān)控中心對(duì)接并管理車(chē)輛的流程入手，在數(shù)據(jù)方面考慮GIS地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的聚類優(yōu)化，分析車(chē)輛的軌跡頻率與歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃。通過(guò)可視化的管理工具和管理方案實(shí)現(xiàn)物流智能化管理，加速實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+高效物流”。

交通物流；GIS路網(wǎng)；可視化管理

物流作為傳統(tǒng)的服務(wù)業(yè)在“互聯(lián)網(wǎng)+”浪潮下迎來(lái)了新的歷史機(jī)遇，發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+高效物流”要求要將整個(gè)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)結(jié)合起來(lái)，改變傳統(tǒng)的管理手段，提高物流運(yùn)作效率。GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中一項(xiàng)實(shí)用的工具，通常與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，可以用在物流的交通運(yùn)輸環(huán)節(jié)[1]。通過(guò)對(duì)交通路網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集，可以把物流的活動(dòng)路徑通過(guò)GIS地圖顯示出來(lái)，不僅能夠指引物流車(chē)輛的路徑選擇與導(dǎo)航，更能為物流企業(yè)或調(diào)度中心提供可視化的管理方案[2]。采集到的物流活動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析后，為物流決策提供有益的參考依據(jù)。

1 交通物流GIS可視化管理總體流程設(shè)計(jì)

交通物流GIS可視化管理主要集中在車(chē)輛管理、路網(wǎng)管理這兩個(gè)方面。可視化GIS管理系統(tǒng)與交通物流物聯(lián)網(wǎng)北斗終端遠(yuǎn)程對(duì)接，交通物流物聯(lián)網(wǎng)北斗終端安裝在物流運(yùn)輸各個(gè)車(chē)輛上，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位、軌跡查詢、進(jìn)度匯報(bào)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控和任務(wù)預(yù)警等[3]。交通物流 GIS可視化管理總體流程如圖 1所示。

圖1 交通物流GIS可視化管理總體流程

可視化GIS管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)GIS數(shù)據(jù)處理、GIS特征點(diǎn)聚類與優(yōu)化、軌跡頻率分析、動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃等?？梢暬疓IS管理系統(tǒng)與交通物流物聯(lián)網(wǎng)北斗終端都與監(jiān)控中心對(duì)接，從而使監(jiān)控中心能夠?qū)崟r(shí)掌握車(chē)輛與路網(wǎng)的狀態(tài)，并通過(guò)遠(yuǎn)程處理保持對(duì)車(chē)輛的控制。

2 GIS數(shù)據(jù)處理

2.1 地圖數(shù)據(jù)處理

地圖數(shù)據(jù)處理包括矢量數(shù)據(jù)處理和柵格數(shù)據(jù)處理。矢量數(shù)據(jù)處理之前要進(jìn)行壓縮，通過(guò)對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)細(xì)化，然后對(duì)矢量坐標(biāo)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行編碼，以減少所需要的存儲(chǔ)空間，通常采用垂距法來(lái)進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)壓縮[4]。矢量數(shù)據(jù)的壓縮往往是不可逆的、數(shù)據(jù)壓縮后，數(shù)據(jù)量變小了，數(shù)據(jù)的精度降低了，然而并不會(huì)影響實(shí)際應(yīng)用。柵格數(shù)據(jù)是遙感信息采用的存儲(chǔ)方式。遙感信息是GIS重要的信息來(lái)源，隨著GIS的發(fā)展，其對(duì)遙感信息的依賴會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。這些數(shù)據(jù)的共同特點(diǎn)是內(nèi)部信息量大，圖像多邊形復(fù)雜，規(guī)律不明顯，所以只能以柵格方式存儲(chǔ)。通過(guò)壓縮柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以節(jié)省電腦的存儲(chǔ)空間。柵格數(shù)據(jù)是很重要的壓縮編碼方法。其基本思想是：對(duì)于一個(gè)柵格圖案，相鄰方向的行列了一些網(wǎng)格單元具有相同屬性的代碼，可以采用某種方法把其中一些重復(fù)的內(nèi)容壓縮。四叉樹(shù)編碼是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一。四個(gè)象限的圖形區(qū)域的四叉樹(shù)的編碼是根據(jù)2 2N N× 個(gè)像素的一個(gè)遞歸陣列分割，形成過(guò)程是：2×2大小的圖像被分解為四個(gè)相等的部分，每個(gè)部分可以被分解成大小相等的四個(gè)部分，這樣一直分解下去，一直分解到正方形的大小恰好等于該象素的大小為止。

GIS地圖數(shù)據(jù)庫(kù)采用 1：5萬(wàn)或更高規(guī)模的電子地圖，路網(wǎng)層采用空間坐標(biāo)系統(tǒng)和公路里程系統(tǒng)路徑建立一個(gè)工作系統(tǒng)。為了進(jìn)一步反應(yīng)區(qū)域路網(wǎng)的地理特征，圖形數(shù)據(jù)還包括航空照片或衛(wèi)星影像照片。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用數(shù)據(jù)的安全性、高效率，圖形數(shù)據(jù)的大量性的要求，采用ESRI的ArcSDE進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)的管理。它可以為所有地理數(shù)據(jù)庫(kù)類型（矢量、柵格、測(cè)量、地形、地理模型、數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)、元數(shù)據(jù)等）進(jìn)行綜合的地理信息管理。

2.2 GIS關(guān)鍵信息與熱點(diǎn)

現(xiàn)代交通物流運(yùn)輸過(guò)程中需要對(duì)地理信息系統(tǒng)中的關(guān)鍵信息與熱點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的管理，并能夠準(zhǔn)確迅速地獲取運(yùn)輸路線的地形路況、環(huán)境氣候、交通補(bǔ)給等GIS關(guān)鍵熱點(diǎn)信息，第一時(shí)間為物流管理企業(yè)的判斷和決策提供高效、準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)輔助，縮短運(yùn)輸距離，減少運(yùn)輸成本。此外結(jié)合地理信息系統(tǒng)把收集的GIS關(guān)鍵信息與熱點(diǎn)標(biāo)在GIS地圖上，使其更加生動(dòng)形象，實(shí)現(xiàn)可視化管理。其部分熱點(diǎn)主要有：

交通指示牌：通過(guò)收集各類交通指示牌，標(biāo)注在地圖中，可以更詳細(xì)了解地理路況信息，為車(chē)輛行駛安全提供保障。

標(biāo)志性建筑物：把實(shí)體標(biāo)志性建筑物記錄到地圖上，有助于查找未記錄在地圖界面上的地名，對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛途經(jīng)的地域初步認(rèn)識(shí)。

加油站服務(wù)區(qū)：在地圖中有加油站、服務(wù)區(qū)的詳細(xì)標(biāo)注，方便車(chē)輛隨行人員根據(jù)車(chē)輛實(shí)際情況在合適的時(shí)間進(jìn)行交通補(bǔ)給。

電子攝像頭：通過(guò)記錄交通路線沿途的電子攝像頭，有利于行車(chē)人員在經(jīng)過(guò)安裝有電子攝像頭地段以安全速度行駛，避免車(chē)輛超速。

對(duì)這些關(guān)鍵熱點(diǎn)信息可以通過(guò)人工采集或 RFID電子標(biāo)簽、各類傳感器、攝像頭采集，經(jīng)過(guò)聚類優(yōu)化處理后顯示在地圖上，形成具有豐富內(nèi)容的導(dǎo)航地圖。在地圖中通過(guò)不同圖層的疊加，可以自主切換不同的熱點(diǎn)類別數(shù)據(jù)。通過(guò)采用聚類優(yōu)化算法，有效識(shí)別出熱點(diǎn)集中的區(qū)域，并對(duì)其提前進(jìn)行相關(guān)路網(wǎng)的分析。當(dāng)運(yùn)輸任務(wù)途徑這些區(qū)域時(shí)，就能快速實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)輸路線的搜索，以及特殊熱點(diǎn)的查找和避讓，使得車(chē)輛運(yùn)輸通順流暢，縮短運(yùn)輸時(shí)間。

3 軌跡頻率分析

隨著交通信息采集設(shè)備的自動(dòng)化，智能化水平的不斷提高，全球定位系統(tǒng)GPS、射頻識(shí)別RFID、無(wú)線通信、視頻監(jiān)控、車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，都可以用于跟蹤、識(shí)別車(chē)輛在路網(wǎng)中完整的出行軌跡[5]。通過(guò)對(duì)所有車(chē)輛的公路網(wǎng)行駛軌跡有關(guān)路網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)處理，可以到詳細(xì)、準(zhǔn)確、可靠的交通運(yùn)行現(xiàn)狀信息，為獲得各種交通狀態(tài)信息提供了新的解決思路。GIS具有空間數(shù)據(jù)管理，圖形處理性能，輔助決策等功能，這使得它在交通運(yùn)輸領(lǐng)域有著良好的優(yōu)勢(shì)。因此，利用GIS技術(shù)建立車(chē)輛行駛軌跡分析系統(tǒng)，為軌跡分析處理提供了一個(gè)直觀的可視化表示形式和決策支持。

在交通道路方面，現(xiàn)有的軌跡識(shí)別技術(shù)分析，常常是分析在監(jiān)視器畫(huà)面上的道路移動(dòng)物體的軌跡，并能檢測(cè)車(chē)輛禁止左轉(zhuǎn)、逆向行駛等異常行為，而軌跡預(yù)測(cè)需要分析包含多個(gè)路段部分，并且在所述道路網(wǎng)絡(luò)的交叉點(diǎn)的車(chē)輛路徑，從相關(guān)信息中預(yù)測(cè)車(chē)輛選擇的下一個(gè)道路。如在城市的調(diào)度中，如果可以通過(guò)一定的處理方法預(yù)測(cè)車(chē)輛要經(jīng)過(guò)的下一段道路處理?yè)矶聽(tīng)顩r，則可以發(fā)送道路擁堵的信息給司機(jī)，這樣司機(jī)就可以及時(shí)地更改路線，以避免進(jìn)一步的交通擁堵。同時(shí)也可以將這種情況提交到服務(wù)器通知相關(guān)部門(mén)來(lái)及時(shí)處理。

圖2 車(chē)輛狀態(tài)分析與頻率預(yù)測(cè)

在物流作業(yè)過(guò)程中，對(duì)在途車(chē)輛的軌跡頻率分析要結(jié)合車(chē)輛的現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行。將車(chē)輛的狀態(tài)劃分為正在裝車(chē)、正在運(yùn)輸和空車(chē)返回三種狀態(tài)，不同的狀態(tài)所行走的路線不一定相同，這是軌跡頻率分析需要重點(diǎn)注意之處。如果能夠合理規(guī)劃空車(chē)返回的路徑，通過(guò)有效的調(diào)度使車(chē)輛正好途徑其他等待運(yùn)輸?shù)难b車(chē)處，則能夠減少空車(chē)率，降低時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本。

4 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

物流活動(dòng)復(fù)雜多樣，在交通運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)記錄，有的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)被用上，而更多數(shù)據(jù)則直接被存進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)，成為歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)如果不重新進(jìn)行分析歸整，則毫無(wú)用處。反之，如果能夠從歷史數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)某些規(guī)律或問(wèn)題，就能夠?qū)窈蟮奈锪骰顒?dòng)、甚至是物流決策起到參考作用。采用針對(duì)GIS數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘方法，將分析的過(guò)程、結(jié)果顯示在GIS地圖上，能夠更直觀、更有效體現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的價(jià)值。

在交通物流GIS路網(wǎng)可視化管理系統(tǒng)中，采用聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)來(lái)處理海量的交通物流歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)立方體、建立視圖、優(yōu)化查詢、數(shù)據(jù)集成等方法提高數(shù)據(jù)處理的效率[6]。與交通物流相關(guān)的數(shù)據(jù)分析如表1所示。

表1 交通物流歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析內(nèi)容（部分）

歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析不是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，而是按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行。由于有的統(tǒng)計(jì)內(nèi)容需要長(zhǎng)時(shí)間的大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，而有的統(tǒng)計(jì)只需要短期的部分?jǐn)?shù)據(jù)即可分析出來(lái)，因此在系統(tǒng)中必須能夠設(shè)定自定義的統(tǒng)計(jì)時(shí)間，并隨時(shí)抽取對(duì)應(yīng)時(shí)間范圍的數(shù)據(jù)。

5 動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃

對(duì)實(shí)際的道路網(wǎng)解決最優(yōu)路徑的問(wèn)題，要考慮道路的實(shí)際情況，如道路寬度，交通流量的大小，以及在道路網(wǎng)絡(luò)中更復(fù)雜的情況，因此要考慮一種動(dòng)態(tài)的而不是靜態(tài)的時(shí)間最優(yōu)政策的問(wèn)題。以時(shí)間作為權(quán)值的基于道路網(wǎng)進(jìn)行最優(yōu)選擇是時(shí)間最優(yōu)路徑算法。因?yàn)榈缆飞系慕煌顩r和行程時(shí)間都是動(dòng)態(tài)變化的，但是交通參數(shù)檢測(cè)和預(yù)測(cè)分析的技術(shù)會(huì)有一些限制，這樣得到行程的時(shí)間就是不準(zhǔn)確和可用的。當(dāng)時(shí)間變化時(shí)，經(jīng)過(guò)離散處理，把這些工作時(shí)間分為幾個(gè)事端，認(rèn)為單一時(shí)間段里的行程時(shí)間無(wú)變化且交通狀況也是穩(wěn)定的，一旦路程發(fā)生變化行程時(shí)間也有可能不同。在動(dòng)態(tài)最佳路徑選擇過(guò)程中，線路行程時(shí)間和車(chē)輛經(jīng)過(guò)路段的時(shí)刻有關(guān)，而搜索開(kāi)始時(shí)車(chē)輛到達(dá)路段的時(shí)刻是未知的，所以需要確定該車(chē)輛通過(guò)部分路段的時(shí)刻和搜索過(guò)程中所需要的行駛時(shí)間。動(dòng)態(tài)路徑優(yōu)化效果如圖3所示。

圖3 動(dòng)態(tài)路徑優(yōu)化效果

由圖 3可知，系統(tǒng)提示的最優(yōu)路徑未必是最短路徑，但一定是最快的路徑。然而需要考慮到距離的增加會(huì)帶來(lái)油耗的增長(zhǎng)，時(shí)間成本的降低與運(yùn)費(fèi)成本的增加是否符合預(yù)期，不能忽略的問(wèn)題是道路的擁堵同樣會(huì)造成油耗增長(zhǎng)。系統(tǒng)需要在三者之間綜合對(duì)比，在時(shí)間最短的算法基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，得出真正的最優(yōu)路徑并實(shí)時(shí)發(fā)送給車(chē)輛。采用了最優(yōu)路徑運(yùn)輸?shù)能?chē)輛沿路采集的數(shù)據(jù)信息也同步回傳系統(tǒng)進(jìn)行分析，以便系統(tǒng)獲得更精準(zhǔn)的判斷。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)GIS地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理、熱點(diǎn)信息識(shí)別與聚類優(yōu)化、車(chē)輛軌跡頻率分析、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃等方面研究交通物流GIS路網(wǎng)可視化管理，實(shí)現(xiàn)物流車(chē)輛運(yùn)輸過(guò)程中的狀態(tài)監(jiān)控、最優(yōu)路徑導(dǎo)航、熱點(diǎn)提示，以及交通調(diào)度的可視化管理。以此為原理建立的交通物流GIS可視化管理系統(tǒng)將是一套智能化的“互聯(lián)網(wǎng)+高效物流”實(shí)現(xiàn)工具，其有效的應(yīng)用將會(huì)大幅提升物流效率，降低物流成本，改善物流企業(yè)的管理方式，從而為提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)揮物流行業(yè)自身的有效作用。

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Research on visual management of GIS road network of traffic logistics

This paper studies on the visual management scheme of GIS road network of traffic logistics from the flow of vehicles management by the monitoring center which is docked with visual GIS management system, transportation and logistics networking Beidou terminal. In the aspect of data, the data storage of GIS map and the clustering optimization of hot spot data are considered. It analysis the track frequency and historical data of the vehicle, and the dynamic path planning is implemented. The logistics intelligent management can be achieved through visual management tools and management programs, which can speed up the realization of "Internet + Efficient Logistics".

traffic logistics; GIS road network; visual management

U4;F208

A

1008-1151(2016)12-0006-03

2016-11-10

廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“交通物流物聯(lián)網(wǎng)地理信息特征點(diǎn)聚類優(yōu)化技術(shù)研究”（KY2015YB350）；廣西哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃研究課題“物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)業(yè)新業(yè)態(tài)下中國(guó)—東盟物流生態(tài)環(huán)境建設(shè)研究”（13FJY010）；廣西高等學(xué)校高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“中國(guó)—東盟物流物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究”（桂教人[2014]65號(hào)）。

林興志（1973－），廣西北流人，廣西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院教授，從事物聯(lián)網(wǎng)與智能系統(tǒng)研究。