GPS與GIS結(jié)合的高速公路實(shí)時(shí)路分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

　　高速公路實(shí)時(shí)路況分析系統(tǒng)的目標(biāo)是通過(guò)WEBGIS建立實(shí)時(shí)的浙江省高速公路路況分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)要求使用方便、數(shù)據(jù)可靠、時(shí)效性高、造價(jià)低廉，為自駕車出行者提供有效的路況信息，為其他公眾出行服務(wù)商提供數(shù)據(jù)支持。

　　1.2 分析模型

　　將高速公路抽象為面狀，其中中間為1～2m隔離欄，兩側(cè)為15～30m路面，圖形如圖1所示。高速公路分段處理：高速公路顯著的特征是只有在出入口才可以上下車，所以擁堵情況也主要發(fā)生在兩個(gè)出入口之間，高速公路在每個(gè)出入口處分段，并緩沖為雙面，每個(gè)面的寬度為40m。如圖2所示。

1.3 實(shí)現(xiàn)方法

　　系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)分析人量的GPS信息，實(shí)時(shí)輸出各個(gè)高速公路路段的路況信息，并利用WEBGIS發(fā)布，用戶通過(guò)Internet瀏覽器獲取圖形化的動(dòng)態(tài)路況信息。

　　1.4 外部環(huán)境

　　硬件環(huán)境：

　　(1) GPS接收機(jī)

　　(2) 數(shù)據(jù)采集前置服務(wù)器

　　(3) 數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

　　(4) 數(shù)據(jù)分析與發(fā)布服務(wù)器

　　軟件環(huán)境：

　　(1) Oracle9i數(shù)據(jù)庫(kù)

　　(2) Apache2.4+tomcat5

　　(3) ArcIMS9.0

　　(4) ArcGIS desktop 9.0

　　(5) MapObject2.3

　　1.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

用戶通過(guò)瀏覽器每隔10～30s自動(dòng)獲取一張實(shí)時(shí)的浙江省高速公路路況地圖，地圖以不同顏色代表當(dāng)前該路段車輛行駛平均速度。顏色區(qū)分如表1所列。
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2 核心軟件設(shè)計(jì)技術(shù)

　　2.1 數(shù)據(jù)采集

　　本系統(tǒng)對(duì)GPS數(shù)據(jù)的傳輸要求很高，分析結(jié)果的實(shí)時(shí)性取決于GPS數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，所以采取準(zhǔn)確高效的數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)技術(shù)。

　　GPS采集如圖4所示。

要建立端到端的通信模式，可以采用現(xiàn)在較為流行的客戶/服務(wù)器模型?？蛻?服務(wù)器模型的核心思想就是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)程在傳輸數(shù)據(jù)前先要有一個(gè)“ 握手”過(guò)程，即一方請(qǐng)求，另一方響應(yīng)。這個(gè)過(guò)程成功之后，實(shí)際上是在兩個(gè)機(jī)器的對(duì)等層之間建立了一條從信源到信宿的虛擬線路，然后在這條虛擬線路上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而無(wú)需關(guān)心中間節(jié)點(diǎn)是否存在，這是與端到端通信模式相一致的。

　　本系統(tǒng)主要提供對(duì)各運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)接口。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)用戶合法性驗(yàn)證后，發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、車輛維護(hù)數(shù)據(jù)和公司維護(hù)數(shù)據(jù)，我方將對(duì)無(wú)效的GPS數(shù)據(jù)過(guò)濾，并對(duì)車輛和公司維護(hù)數(shù)據(jù)做出應(yīng)答，使操作流程完整。

　　通信雙方采用TCP/IP長(zhǎng)連接方式，通信雙方以客戶-服務(wù)器方式建立TCP連接，用于雙方信息的相互提交。

　　我方作為服務(wù)器方，開監(jiān)聽端口，端口連接成功后接收各營(yíng)運(yùn)商發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)、車輛維護(hù)數(shù)據(jù)和公司維護(hù)數(shù)據(jù)。對(duì)接收到的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，對(duì)無(wú)效的GPS數(shù)據(jù)過(guò)濾。對(duì)接收到的車輛維護(hù)數(shù)據(jù)和公司維護(hù)數(shù)據(jù)，我方將返回對(duì)應(yīng)的回復(fù)消息。

　　2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

　　數(shù)據(jù)處理與分析模塊采用C/S結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端為ArcSDE+Oracle， 客戶端為 MapObjects2.3。MapObjects提供了基礎(chǔ)電子地圖加載、連接數(shù)據(jù)庫(kù)并獲取實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，分析結(jié)果直接寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，以供發(fā)布端獲取。

　　路況分析如圖5所示。

2.3 GIS展現(xiàn)

　　地圖發(fā)布采用著名的ArcIMS平臺(tái)，該平臺(tái)提供了一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取動(dòng)態(tài)地圖、GIS數(shù)據(jù)以及各種服務(wù)的途徑。它為適應(yīng)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求以及訪問(wèn)國(guó)際網(wǎng)絡(luò)而建立的GIS網(wǎng)頁(yè)發(fā)布提供了高效的分層框架結(jié)構(gòu)。ArcIMS服務(wù)可被應(yīng)用于多種客戶端中，如自定義網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用、ArcGIS桌面系統(tǒng)以及移動(dòng)和無(wú)線設(shè)備。通過(guò)應(yīng)用ArcIMS，城市和地方政府、商業(yè)機(jī)構(gòu)以及其他組織均可以發(fā)布，發(fā)掘以及共享地理空間信息。

　　地圖瀏覽提供地圖的任意縮放、按比例尺縮放等功能;提供地圖任意拖動(dòng)漫游、全圖顯示等地圖操作功能。

　　地圖根據(jù)需要自動(dòng)刷新，以保持最新的路況信息，用戶也可以手動(dòng)刷新。

　　3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果

　　3.1 性能分析

　　分析結(jié)果的準(zhǔn)確性：假設(shè)高速公路樣本車每公里一輛，以杭甬高速為例，杭甬高速總長(zhǎng)約150km，則杭甬高速10～30s內(nèi)同時(shí)必須存存150個(gè)樣本車。

　　分析結(jié)果的實(shí)時(shí)性：每個(gè)被系統(tǒng)使用的樣本車10～30s必須傳回一條位置信息，最長(zhǎng)可延長(zhǎng)至60s。因?yàn)榻煌〒矶碌淖兓?～10分鐘內(nèi)發(fā)生和結(jié)束，如果樣木回傳數(shù)據(jù)時(shí)延太長(zhǎng)，分析結(jié)果就不實(shí)時(shí)，也就沒(méi)有仟何意義。

　　3.2 系統(tǒng)運(yùn)行效果

　　系統(tǒng)運(yùn)行效果如圖6所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文結(jié)合GPS、GIS的先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)多分散點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)分析、處理，實(shí)現(xiàn)了高速公路實(shí)時(shí)路況WEB發(fā)布的目的。在未來(lái)GPS設(shè)備日益普遍、數(shù)據(jù)量進(jìn)一步擴(kuò)充時(shí)，可以進(jìn)行高速公路與城市街道的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)城市街道實(shí)時(shí)路況的聯(lián)合發(fā)布。再者，隨著車載移動(dòng)設(shè)備的興起，本系統(tǒng)可擴(kuò)展到大量移動(dòng)設(shè)備上，用戶可通過(guò)移動(dòng)終端獲取實(shí)時(shí)路況信息，配合自帶的地埋信息，實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)汽車導(dǎo)航，市場(chǎng)前景非?？捎^。