基于GIS和Hadoop的石油運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

賈博韜，陳緒兵，王瑜輝，張 超

(1.武漢工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430205；2.廣東華中科技大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院，廣東 東莞 523808)

基于GIS和Hadoop的石油運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

賈博韜1，陳緒兵1，王瑜輝2，張 超2

(1.武漢工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430205；2.廣東華中科技大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院，廣東 東莞 523808)

伴隨著日益增長(zhǎng)的石油消耗，石油運(yùn)輸車(chē)隊(duì)逐漸龐大，運(yùn)輸車(chē)輛管理逐漸達(dá)到瓶頸，車(chē)輛資源的合理使用以及分配問(wèn)題顯得尤為突出。提出一套基于地理信息系統(tǒng)的石油運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控管理系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)中采用SSH框架以及Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，更能通過(guò)大數(shù)據(jù)處理，預(yù)判車(chē)輛的維保里程，從而實(shí)現(xiàn)石油運(yùn)輸?shù)陌踩管?chē)輛資源得到合理分配。

石油運(yùn)輸；地理信息系統(tǒng)；Hadoop；車(chē)輛監(jiān)控

0 引言

石油是我國(guó)主要工業(yè)能源之一，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。隨著石油需求量的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的石油運(yùn)輸車(chē)輛參與到石油運(yùn)輸調(diào)配中。但是，我國(guó)石油運(yùn)輸業(yè)信息化管理漸漸落后于日益增長(zhǎng)的石油消耗需求[1]。目前，我國(guó)石油運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控手段較為單一，主要體現(xiàn)在實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)輛地理位置、車(chē)輛速度。然而，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，因道路存在較大不確定性，如路面情況、天氣情況等因素，導(dǎo)致企業(yè)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)管難度較大[2]。與此同時(shí)，越來(lái)越龐大的運(yùn)輸車(chē)隊(duì)以及越來(lái)越復(fù)雜的監(jiān)控管理會(huì)產(chǎn)生海量的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)[3]。傳統(tǒng)車(chē)輛管理系統(tǒng)性能已經(jīng)無(wú)法滿足龐大數(shù)據(jù)流的需求，也無(wú)法合理使用數(shù)據(jù)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，為解決石油運(yùn)輸車(chē)的監(jiān)控問(wèn)題提供了新的思路[4]。

Web-GIS(網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng))是一個(gè)基于Internet平臺(tái)獲取、儲(chǔ)存、編輯、處理、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)，其核心是用計(jì)算機(jī)來(lái)處理和分析地理信息，是一種瀏覽器/服務(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)[5]。而Hadoop是Apache的一個(gè)可靠、高效、可伸縮的分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)。在Web-GIS上結(jié)合Hadoop的特點(diǎn)，提出了一種基于Hadoop云GIS的體系結(jié)構(gòu)[6]，體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文以石油運(yùn)輸行業(yè)的特殊背景需求作為基礎(chǔ)，在硬件上，集成了GPS和北斗導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛地理信息監(jiān)控；軟件上，選用SSH框架以及Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)[7]。在60 000臺(tái)運(yùn)輸車(chē)輛同時(shí)在線的情況下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警、調(diào)度，對(duì)智能運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)概述

通過(guò)運(yùn)輸公司用戶需求調(diào)研和業(yè)務(wù)流程分析，結(jié)合運(yùn)輸公司車(chē)輛管理的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和深度需求，本系統(tǒng)包括：車(chē)輛監(jiān)控、安全管控、GIS應(yīng)用、ODB(On-Board Diagnostics)管理和數(shù)據(jù)集成平臺(tái)五個(gè)部分。具體功能范圍如下。

圖1 基于Hadoop的云GIS體系結(jié)構(gòu)

圖2 GIS應(yīng)用平臺(tái)

(1)車(chē)輛監(jiān)控：車(chē)輛監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)對(duì)車(chē)輛行車(chē)過(guò)程、行駛狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并負(fù)責(zé)車(chē)載終端指令的控制，同時(shí)借助電子地圖實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛位置、車(chē)輛狀態(tài)、貨物狀態(tài)的全程、實(shí)時(shí)、可視化監(jiān)控，出現(xiàn)異常時(shí)告警提醒。

(2)安全管控：安全管控是對(duì)車(chē)輛在安全行車(chē)過(guò)程中各種安全要素的管理，對(duì)行車(chē)過(guò)程中的突發(fā)狀況進(jìn)行有效的提前預(yù)警，以及對(duì)駕駛員的違規(guī)違章行為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、上報(bào)，從而達(dá)到保障車(chē)輛運(yùn)輸全過(guò)程安全的目的。

(3)GIS應(yīng)用：GIS應(yīng)用為車(chē)輛管理系統(tǒng)提供GIS服務(wù)，通過(guò)搭建GIS平臺(tái)，為公司車(chē)輛管理提供地圖服務(wù)和專題數(shù)據(jù)收集服務(wù)。

(4)OBD管理：OBD管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛故障碼及其他狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)，以便及早發(fā)現(xiàn)車(chē)輛隱患、及早處理，確保行車(chē)安全；通過(guò)OBD還可以獲取里程、油耗等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)OBD數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而考察車(chē)輛運(yùn)輸過(guò)程中的油耗、駕駛員駕駛習(xí)慣等情況，實(shí)現(xiàn)能耗分析、駕駛行為分析以及車(chē)輛綜合分析。

(5)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)：基于Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)將運(yùn)輸公司生產(chǎn)過(guò)程的人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、抽取、歸納、統(tǒng)計(jì)，直接向各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一、有效、完整的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

本系統(tǒng)采用SSH框架實(shí)現(xiàn)MVC架構(gòu)。SSH框架，即集成Spring、Struts、Hibernate的軟件框架，是目前主流的B/S系統(tǒng)的開(kāi)源框架。SSH框架從職責(zé)上分為三層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層以及數(shù)據(jù)持久層。利用成熟的SSH框架可以搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護(hù)的系統(tǒng)。針對(duì)石油車(chē)輛分布廣、數(shù)量多、環(huán)境和管理復(fù)雜的特點(diǎn)，B/S系統(tǒng)都能靈活地面對(duì)各種實(shí)際需求。

2.1 GIS應(yīng)用

本系統(tǒng)的GIS應(yīng)用平臺(tái)面向石油運(yùn)輸?shù)暮诵臉I(yè)務(wù)需求開(kāi)發(fā)了分段限速數(shù)據(jù)標(biāo)繪、車(chē)輛軌跡對(duì)比、軌跡線路采集功能模塊。GIS應(yīng)用平臺(tái)框架如圖2所示。

GIS應(yīng)用各個(gè)模塊的業(yè)務(wù)流程如下。

(1)線路車(chē)輛軌跡比對(duì):①選擇需要比對(duì)的規(guī)劃線路；②查詢用到該線路的車(chē)輛調(diào)派任務(wù)；③選擇調(diào)派任務(wù)，查詢出分配至此調(diào)派任務(wù)的車(chē)輛；④選擇車(chē)輛，點(diǎn)擊“比對(duì)分析”按鈕，將這些車(chē)輛的軌跡與規(guī)劃線路比對(duì)，生成每條軌跡與規(guī)劃線路的比對(duì)信息。

(2)數(shù)據(jù)采集：①用戶選擇業(yè)務(wù)圖層，并點(diǎn)擊“采集”按鈕開(kāi)始采集數(shù)據(jù)；②填寫(xiě)屬性信息，在地圖上繪制點(diǎn)、線、面等地理要素；③點(diǎn)擊“提交”按鈕，提交采集數(shù)據(jù)。

(3)應(yīng)急資源查詢：①用戶選擇查詢范圍，點(diǎn)擊“查詢”按鈕查詢應(yīng)急資源；②查看查詢出資源的位置以及屬性信息，以便制定應(yīng)急方案。

(4)GIS統(tǒng)計(jì)圖：①用戶選擇統(tǒng)計(jì)類(lèi)別，并選擇具體的統(tǒng)計(jì)類(lèi)型，點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)”按鈕；②針對(duì)柱狀圖、餅狀圖，系統(tǒng)返回統(tǒng)計(jì)信息，前端調(diào)用High Charts組件生成柱狀圖、餅狀圖，以div形式疊加到地圖上；針對(duì)密度圖，系統(tǒng)返回行政區(qū)劃邊界信息以及填充顏色信息，在頁(yè)面繪制點(diǎn)密度圖。

(5)路徑分析：①用戶點(diǎn)擊“路徑分析”按鈕，在地圖上選擇起止點(diǎn)、途經(jīng)點(diǎn)，或輸入查詢條件搜索起止點(diǎn)、途經(jīng)點(diǎn)，點(diǎn)擊“確定”按鈕；②ArcGIS Server網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)根據(jù)距離阻抗、時(shí)間阻抗、耗油阻抗等因素返回最短距離路徑、最短時(shí)間路徑、最優(yōu)路徑這3種路徑信息，路徑信息中還包含此路徑的行駛時(shí)間預(yù)測(cè)。

2.2 大數(shù)據(jù)查詢服務(wù)

車(chē)輛系統(tǒng)在運(yùn)行中產(chǎn)生的車(chē)輛位置、報(bào)警和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)平臺(tái)中，系統(tǒng)對(duì)于存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)基于Hive提供類(lèi)似于SQL的HQL查詢服務(wù)。

Hive是基于Hadoop的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工具，使用Hadoop-HDFS作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。它提供類(lèi)似SQL的語(yǔ)言(HQL)，通過(guò)Hadoop-MapReduce完成數(shù)據(jù)計(jì)算；通過(guò)HQL語(yǔ)言提供使用者部分傳統(tǒng)RDBMS一樣的表格查詢特性和分布式存儲(chǔ)計(jì)算特性。Hive可以將結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文件映射為一張數(shù)據(jù)庫(kù)表，并提供類(lèi)SQL查詢功能?？梢詫QL語(yǔ)句轉(zhuǎn)換為MapReduce任務(wù)來(lái)運(yùn)行。 同時(shí)，Hive沒(méi)有專門(mén)的數(shù)據(jù)格式，Hive可以很好地工作在 Thrift 之上，控制分隔符，也允許用戶指定數(shù)據(jù)格式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Hive的本質(zhì)是將SQL轉(zhuǎn)換為MapReduce進(jìn)行編程。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)技術(shù)為J2EE技術(shù)。按照預(yù)定的功能模塊，系統(tǒng)成功開(kāi)發(fā)了操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的石油運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)，圖3為車(chē)輛管理系統(tǒng)的GIS應(yīng)用主界面。

圖3 GIS應(yīng)用界面圖

4 結(jié)論

基于GIS技術(shù)和Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)的石油運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)是利用先進(jìn)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的功能強(qiáng)大的車(chē)輛信息服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)大數(shù)據(jù)云計(jì)算規(guī)劃、查詢運(yùn)輸車(chē)的運(yùn)行軌跡，增強(qiáng)了運(yùn)輸車(chē)輛的安全性，提高了管理水平。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)可以為管理者提供有效的車(chē)輛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，使管理者可以更科學(xué)地安排運(yùn)輸路線，提高運(yùn)輸效率。

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[2] 孟慶春,張江華.基于風(fēng)險(xiǎn)的考慮成本和允許等待的車(chē)輛運(yùn)輸調(diào)度問(wèn)題研究[J].中國(guó)管理科學(xué),2009,17(3):87-92.

[3] 蔡蘭榮.淺議石油運(yùn)輸企業(yè)物流的發(fā)展與完善[J].中國(guó)市場(chǎng)，2007(15):80.

[4] 李清泉,李德仁.大數(shù)據(jù)GIS[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2014,39(6):641-644.

[5] 張懷莉，王衛(wèi)安.幾種Web GIS技術(shù)解決方案綜述[J].東北測(cè)繪,2000,23(3):3-5.

[6] 范建永,龍明,熊偉.基于Hadoop的云GIS體系結(jié)構(gòu)研究[J].測(cè)繪通報(bào),2013(11):93-97.

[7] 張建軍,劉虎,倪芳英,等.基于SSH整合架構(gòu)的研究與應(yīng)用[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2012,35(6):39-43.

Design and realization of petroleum vehicle monitoring and control system based on GIS and Hadoop

Jia Botao1，Chen Xubing1，Wang Yuhui2，Zhang Chao2

(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430205,China；2.Guangdong HUST Industrial Technology Research Institute，Dongguan 523808，China)

With the growing of oil consumption,the transportation vehicles are increased largely.The management of transport vehicle has reached the bottleneck,especially the allocation of resources for vehicle.Therefore,this paper introduces the petroleum vehicle monitoring and control system based on GIS.This system adopts the SHH framework and Hadoop big data platform.It monitors the real-time state of vehicle,and predicts the vehicle maintenance mileage.The system makes the transportation of oil safer and makes the resources of vehicle allocated more reasonable.

petroleum transport; GIS; Hadoop; vehicle monitoring and control

國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目(2013AA040404)； 廣東省引進(jìn)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2011G006)

TN805

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.10.028

賈博韜，陳緒兵，王瑜輝,等.基于GIS和Hadoop的石油運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(10)：96-98.

2016-12-24)

賈博韜(1989-)，男，碩士研究生，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用。

陳緒兵(1974-)，男，工學(xué)博士，教授，主要研究方向：數(shù)控加工和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

王瑜輝(1972-)，男，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用。