GPS與GIS結(jié)合的高速公路實時路分析系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

　　1系統(tǒng)方案設(shè)計

　　1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

　　高速公路實時路況分析系統(tǒng)的目標(biāo)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(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(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

　　(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(dāng)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(shè)計技術(shù)

　　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(jié)果的實時性取決于GPS數(shù)據(jù)的實時性，所以采取準(zhǔn)確高效的數(shù)據(jù)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(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網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)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(yīng)。這個過程成功之后，實際上是在兩個機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而無需關(guān)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(hù)數(shù)據(jù)和公司維護(hù)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(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運商發(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)。對接收到的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，對無效的GPS數(shù)據(jù)過濾。對接收到的車輛維護(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)庫并獲取實時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，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(wǎng)絡(luò)獲取動態(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)需求以及訪問國際網(wǎng)絡(luò)而建立的GIS網(wǎng)頁發(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)頁應(yīng)用、ArcGIS桌面系統(tǒng)以及移動和無線設(shè)備。通過應(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(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，杭甬高速總長約150km，則杭甬高速10～30s內(nèi)同時必須存存150個樣本車。

　　分析結(jié)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(nèi)發(fā)生和結(jié)束，如果樣木回傳數(shù)據(jù)時延太長，分析結(jié)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(jié)束語

　　本文結(jié)合GPS、GIS的先進(jìn)技術(shù)，通過多分散點的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)分析、處理，實現(xiàn)了高速公路實時路況WEB發(fā)布的目的。在未來GPS設(shè)備日益普遍、數(shù)據(jù)量進(jìn)一步擴(kuò)充時，可以進(jìn)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(shè)備的興起，本系統(tǒng)可擴(kuò)展到大量移動設(shè)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(dǎo)航，市場前景非?？捎^。