GPS與GIS結合的高速公路實時路分析系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

　　1系統(tǒng)方案設計

　　1.1 系統(tǒng)目標

　　高速公路實時路況分析系統(tǒng)的目標是通過WEBGIS建立實時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、時效性高、造價低廉，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)生在兩個出入口之間，高速公路在每個出入口處分段，并緩沖為雙面，每個面的寬度為40m。如圖2所示。

　　1.3 實現(xiàn)方法

　　系統(tǒng)的實現(xiàn)方法是通過分析人量的GPS信息，實時輸出各個高速公路路段的路況信息，并利用WEBGIS發(fā)布，用戶通過Internet瀏覽器獲取圖形化的動態(tài)路況信息。

　　1.4 外部環(huán)境

　　硬件環(huán)境：

　　(1) GPS接收機

　　(2) 數(shù)據(jù)采集前置服務器

　　(3) 數(shù)據(jù)中心服務器

　　(4) 數(shù)據(jù)分析與發(fā)布服務器

　　軟件環(huán)境：

　　(1) Oracle9i數(shù)據(jù)庫

　　(2) Apache2.4+tomcat5

　　(3) ArcIMS9.0

　　(4) ArcGIS desktop 9.0

　　(5) MapObject2.3

　　1.5 系統(tǒng)結構和功能

　　系統(tǒng)結構如圖3所示。

　　用戶通過瀏覽器每隔10～30s自動獲取一張實時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輛行駛平均速度。顏色區(qū)分如表1所列。

　　2 核心軟件設計技術

　　2.1 數(shù)據(jù)采集

　　本系統(tǒng)對GPS數(shù)據(jù)的傳輸要求很高，分析結果的實時性取決于GPS數(shù)據(jù)的實時性，所以采取準確高效的數(shù)據(jù)傳輸與存儲技術。

　　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/服務器模型。客戶/服務器模型的核心思想就是兩個網絡應用進程在傳輸數(shù)據(jù)前先要有一個“握手”過程，即一方請求，另一方響應。這個過程成功之后，實際上是在兩個機器的對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行數(shù)據(jù)傳輸，而無需關心中間節(jié)點是否存在，這是與端到端通信模式相一致的。

　　本系統(tǒng)主要提供對各運營商的數(shù)據(jù)接口。運營商通過用戶合法性驗證后，發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、車輛維護數(shù)據(jù)和公司維護數(shù)據(jù)，我方將對無效的GPS數(shù)據(jù)過濾，并對車輛和公司維護數(shù)據(jù)做出應答，使操作流程完整。

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

　　我方作為服務器方，開監(jiān)聽端口，端口連接成功后接收各營運商發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)、車輛維護數(shù)據(jù)和公司維護數(shù)據(jù)。對接收到的GPS數(shù)據(jù)進行分類，對無效的GPS數(shù)據(jù)過濾。對接收到的車輛維護數(shù)據(jù)和公司維護數(shù)據(jù)，我方將返回對應的回復消息。

　　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結構，服務器端為ArcSDE+Oracle， 客戶端為 MapObjects2.3。MapObjects提供了基礎電子地圖加載、連接數(shù)據(jù)庫并獲取實時GPS數(shù)據(jù)進行空間分析，分析結果直接寫入數(shù)據(jù)庫，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，該平臺提供了一種通過網絡獲取動態(tài)地圖、GIS數(shù)據(jù)以及各種服務的途徑。它為適應企業(yè)網絡需求以及訪問國際網絡而建立的GIS網頁發(fā)布提供了高效的分層框架結構。ArcIMS服務可被應用于多種客戶端中，如自定義網頁應用、ArcGIS桌面系統(tǒng)以及移動和無線設備。通過應用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;提供地圖任意拖動漫游、全圖顯示等地圖操作功能。

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

　　3 系統(tǒng)實現(xiàn)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每公里一輛，以杭甬高速為例，杭甬高速總長約150km，則杭甬高速10～30s內同時必須存存150個樣本車。

　　分析結果的實時性：每個被系統(tǒng)使用的樣本車10～30s必須傳回一條位置信息，最長可延長至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(shù)據(jù)時延太長，分析結果就不實時，也就沒有仟何意義。

　　3.2 系統(tǒng)運行效果

　　系統(tǒng)運行效果如圖6所示。

　　4 結束語

　　本文結合GPS、GIS的先進技術，通過多分散點的數(shù)據(jù)采集，然后進行一系列的數(shù)據(jù)分析、處理，實現(xiàn)了高速公路實時路況WEB發(fā)布的目的。在未來GPS設備日益普遍、數(shù)據(jù)量進一步擴充時，可以進行高速公路與城市街道的聯(lián)動，實現(xiàn)城市街道實時路況的聯(lián)合發(fā)布。再者，隨著車載移動設備的興起，本系統(tǒng)可擴展到大量移動設備上，用戶可通過移動終端獲取實時路況信息，配合自帶的地埋信息，實現(xiàn)真正的實時汽車導航，市場前景非?？捎^。