GPS與GIS結合的高速公路實(shí)時(shí)路分析系統設計及實(shí)現

　　1系統方案設計

　　1.1 系統目標

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

　　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(zhù)的特征是只有在出入口才可以上下車(chē)，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)現方法

　　系統的實(shí)現方法是通過(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(hù)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

　　(2) 數據采集前置服務(wù)器

　　(3) 數據中心服務(wù)器

　　(4) 數據分析與發(fā)布服務(wù)器

　　軟件環(huán)境：

　　(1) Oracle9i數據庫

　　(2) Apache2.4+tomcat5

　　(3) ArcIMS9.0

　　(4) ArcGIS desktop 9.0

　　(5) MapObject2.3

　　1.5 系統結構和功能

　　系統結構如圖3所示。

　　用戶(hù)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前該路段車(chē)輛行駛平均速度。顏色區分如表1所列。

　　2 核心軟件設計技術(shù)

　　2.1 數據采集

　　本系統對GPS數據的傳輸要求很高，分析結果的實(shí)時(shí)性取決于GPS數據的實(shí)時(shí)性，所以采取準確高效的數據傳輸與存儲技術(shù)。

　　GPS采集如圖4所示。

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

　　本系統主要提供對各運營(yíng)商的數據接口。運營(yíng)商通過(guò)用戶(hù)合法性驗證后，發(fā)送GPS數據、車(chē)輛維護數據和公司維護數據，我方將對無(wú)效的GPS數據過(guò)濾，并對車(chē)輛和公司維護數據做出應答，使操作流程完整。

　　通信雙方采用TCP/IP長(cháng)連接方式，通信雙方以客戶(hù)-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(kāi)監聽(tīng)端口，端口連接成功后接收各營(yíng)運商發(fā)送的GPS數據、車(chē)輛維護數據和公司維護數據。對接收到的GPS數據進(jìn)行分類(lèi)，對無(wú)效的GPS數據過(guò)濾。對接收到的車(chē)輛維護數據和公司維護數據，我方將返回對應的回復消息。

　　2.2 數據處理與分析

　　數據處理與分析模塊采用C/S結構，服務(wù)器端為ArcSDE+Oracle， 客戶(hù)端為 MapObjects2.3。MapObjects提供了基礎電子地圖加載、連接數據庫并獲取實(shí)時(shí)GPS數據進(jìn)行空間分析，分析結果直接寫(xiě)入數據庫，以供發(fā)布端獲取。

　　路況分析如圖5所示。

　　2.3 GIS展現

　　地圖發(fā)布采用著(zhù)名的ArcIMS平臺，該平臺提供了一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò )獲取動(dòng)態(tài)地圖、GIS數據以及各種服務(wù)的途徑。它為適應企業(yè)網(wǎng)絡(luò )需求以及訪(fǎng)問(wèn)國際網(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構。ArcIMS服務(wù)可被應用于多種客戶(hù)端中，如自定義網(wǎng)頁(yè)應用、ArcGIS桌面系統以及移動(dòng)和無(wú)線(xiàn)設備。通過(guò)應用ArcIMS，城市和地方政府、商業(yè)機構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。

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

　　3 系統實(shí)現效果

　　3.1 性能分析

　　分析結果的準確性：假設高速公路樣本車(chē)每公里一輛，以杭甬高速為例，杭甬高速總長(cháng)約150km，則杭甬高速10～30s內同時(shí)必須存存150個(gè)樣本車(chē)。

　　分析結果的實(shí)時(shí)性：每個(gè)被系統使用的樣本車(chē)10～30s必須傳回一條位置信息，最長(cháng)可延長(cháng)至60s。因為交通擁堵的變化在5～10分鐘內發(fā)生和結束，如果樣木回傳數據時(shí)延太長(cháng)，分析結果就不實(shí)時(shí)，也就沒(méi)有仟何意義。

　　3.2 系統運行效果

　　系統運行效果如圖6所示。

　　4 結束語(yǔ)

　　本文結合GPS、GIS的先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)多分散點(diǎn)的數據采集，然后進(jìn)行一系列的數據分析、處理，實(shí)現了高速公路實(shí)時(shí)路況WEB發(fā)布的目的。在未來(lái)GPS設備日益普遍、數據量進(jìn)一步擴充時(shí)，可以進(jìn)行高速公路與城市街道的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現城市街道實(shí)時(shí)路況的聯(lián)合發(fā)布。再者，隨著(zhù)車(chē)載移動(dòng)設備的興起，本系統可擴展到大量移動(dòng)設備上，用戶(hù)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)現真正的實(shí)時(shí)汽車(chē)導航，市場(chǎng)前景非?？捎^(guān)。