陳欣歡，郝保明

（宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州234000）

基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究

陳欣歡，郝保明

（宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州234000）

分析了GIS在路產(chǎn)管理中的應(yīng)用，介紹了GPS數(shù)據(jù)的獲取與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了GIS與路產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互式查詢，最終完成了對(duì)公路路產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理的研究.

GIS；GPS；路產(chǎn)數(shù)據(jù)

經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了眾多公路養(yǎng)護(hù)問(wèn)題，對(duì)智能交通系統(tǒng)（ITS）提出了更高的要求.隨著地理信息系統(tǒng)（GIS），全球定位系統(tǒng)（GPS）以及通信技術(shù)的發(fā)展，基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在公路養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域得到重視，在提高經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益方面展示出巨大潛力.

近幾十年來(lái)，我國(guó)公路事業(yè)突飛猛進(jìn)，截至2012年，公路總里程已經(jīng)超過(guò)400萬(wàn)公里，強(qiáng)勁的公路發(fā)展規(guī)模與建設(shè)速度要求更高的路產(chǎn)管理技術(shù)與之相適應(yīng).路產(chǎn)管理中最基本的內(nèi)容包括在公路的驗(yàn)收交付以及使用期間，定期地對(duì)路產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，并建立檔案資料以方便查詢.這些路產(chǎn)數(shù)據(jù)包括：公路路面信息、路邊設(shè)施以及周?chē)h(huán)境等.本文所研究的基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，能有效的管理路產(chǎn)及其狀態(tài).

1 系統(tǒng)介紹

基于GIS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，利用GIS二次開(kāi)發(fā)組件MapX為核心，以工控機(jī)為載體，將GIS數(shù)據(jù)導(dǎo)入工控機(jī)作為工作底圖；將GPS接收機(jī)接收到的路產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)串口上傳給工控機(jī)并進(jìn)行解析，提取當(dāng)前點(diǎn)位的WGS84地心坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到工控機(jī)的GIS上直觀地顯示點(diǎn)位；保存圖形信息，將得到的信息經(jīng)過(guò)處理后用于地圖道路要素更新，用戶能夠根據(jù)需要點(diǎn)擊電子地圖查詢相應(yīng)的路產(chǎn)信息，也能夠通過(guò)查詢相應(yīng)的路產(chǎn)（標(biāo)識(shí)牌、路面信息、路邊設(shè)施）來(lái)得到對(duì)應(yīng)的GIS信息.

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 基于GIS電子地圖的制作

電子地圖底圖的制作是系統(tǒng)的重點(diǎn)之一，要實(shí)現(xiàn)的主要功能:電子地圖的放大、縮小、漫游、鷹眼以及利用鼠標(biāo)得到路產(chǎn)圖元的基本信息[1]，把得到的圖元的基本信息作為條件在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查詢.

本文所研究的地圖制圖與GIS密切相關(guān)，我們不僅可以用它來(lái)管理地理數(shù)據(jù)，也可以利用GIS視覺(jué)化的特點(diǎn)作為設(shè)計(jì)電子地圖集的開(kāi)發(fā)工具.

GIS工具軟件包包括Arc/Info、MapInfo等，能夠進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、處理、分析和輸出，筆者選擇MapInfo公司的MapX控件來(lái)設(shè)計(jì)制作電子地圖，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能. MapX是一個(gè)OCX組件[2],可以被快速集成到VisualBasic、PowerBuilder、Delphi、VisualC++中.在應(yīng)用程序中，可以通過(guò)MapX來(lái)加入所需要的制圖功能.MapX具有的分析功能，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組和組織、執(zhí)行搜索或在一個(gè)指定的半徑、矩形區(qū)域或指定點(diǎn)的周?chē)x擇地圖圖元，所有這些結(jié)合在一起就是數(shù)據(jù)在地圖上的直觀顯示.

使用MapX5.0作為ActiveX控件添加到VC工程中以嵌入地圖功能，在繪制圖層時(shí)，Maplnfo要輸入繪制對(duì)象的屬性，其中區(qū)域與路線的屬性應(yīng)該與相對(duì)應(yīng)的采集數(shù)據(jù)庫(kù)中的名稱(chēng)相對(duì)應(yīng).在路產(chǎn)管理系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)分為三個(gè)級(jí)別：路線、區(qū)間、路段.根據(jù)路產(chǎn)管理系統(tǒng)的要求，將系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)分為以下幾個(gè)圖層，如圖1所示：

圖1 圖層設(shè)置

MapX中的路產(chǎn)對(duì)象的坐標(biāo)是相對(duì)坐標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)是相對(duì)于圖中的某個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)設(shè)置的，需要對(duì)各個(gè)圖層進(jìn)行配準(zhǔn).在匹配各個(gè)圖層時(shí)，要使用一致的投影方法進(jìn)行匹配.在MapX上選擇坐標(biāo)投影，點(diǎn)投影(Projection)按鈕，選擇所需要的坐標(biāo)系來(lái)完成一次配準(zhǔn)，如圖2所示.

圖2 電子地圖投影的選擇

2.2 GPS數(shù)據(jù)的獲取及轉(zhuǎn)換

GPS是GIS采集經(jīng)緯度信息的主要手段之一，通過(guò)GPS能夠?qū)崟r(shí)獲得路產(chǎn)信息點(diǎn)的位置信息，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)定位的功能.

GPS定位信息接收系統(tǒng)包括[3]：GPS接收天線、變頻器、信號(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器、電源等部分.用RS-232串口將定位信息從GPS接收機(jī)傳送到工控機(jī)進(jìn)行信息提取處理.數(shù)據(jù)傳送采用異步串行傳送方式，設(shè)置好相應(yīng)的串口配置參數(shù)，根據(jù)相應(yīng)的串口讀寫(xiě)程序操作將GPS導(dǎo)航定位信息通過(guò)串口傳送到工控機(jī)，圖3為GPS數(shù)據(jù)采集模塊圖.

圖3 GPS數(shù)據(jù)采集模塊

GPS接收的NMEA格式數(shù)據(jù)為WGS-84坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)，但在實(shí)際應(yīng)用中我國(guó)地圖采用的是1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系要.通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的統(tǒng)一，轉(zhuǎn)換過(guò)程分為兩步，第一步將WGS-84橢球下的(B,L)坐標(biāo)，通過(guò)高斯正算，轉(zhuǎn)換為該橢球下的平面坐標(biāo)；第二步將高斯平面坐標(biāo)，通過(guò)解析變換法，轉(zhuǎn)換為國(guó)家大地坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)(X,Y).

2.3 GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)在電子地圖上的標(biāo)注

要實(shí)現(xiàn)路產(chǎn)進(jìn)行可視管理，需要在電子地圖上進(jìn)行路產(chǎn)對(duì)象的標(biāo)注[4].為了在電子地圖上顯示出路產(chǎn)對(duì)象，需要?jiǎng)?chuàng)建兩種圖層：

2.3.1 臨時(shí)圖層(miLayerInfoTypeTemp)，用來(lái)繪制采集車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡，使用GPS獲得采集車(chē)的位置，并依據(jù)此數(shù)據(jù)更新采集車(chē)對(duì)應(yīng)點(diǎn)特征的位置.由于地理特征變化速率很快，要用Layer集合的AnimationLayer屬性將這一層設(shè)置為動(dòng)畫(huà)圖層，使用動(dòng)畫(huà)圖層存儲(chǔ)以獲得更快的地圖刷新速度.

2.3.2 永久圖層(miLayerInfoTypeNewTable)，用來(lái)標(biāo)注路產(chǎn)，首先在圖層集中創(chuàng)建新的圖層——“路邊設(shè)施”圖層，MapX在創(chuàng)建“路邊設(shè)施”圖層時(shí)，為其建立一張表，與圖層相對(duì)應(yīng)的表中存儲(chǔ)了路產(chǎn)對(duì)象的地理信及其相關(guān)聯(lián)的屬性信息.

由于不同路產(chǎn)建立在不同圖層上，當(dāng)路產(chǎn)對(duì)象發(fā)生改變，只需對(duì)相應(yīng)圖層進(jìn)行修改、刪除或添加，從而實(shí)現(xiàn)路產(chǎn)數(shù)據(jù)的分層管理.

2.4 GIS、路產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互式查詢

主路產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要功能就是查詢，查詢信息包括：標(biāo)識(shí)牌、路面信息、路邊設(shè)施等、GIS.能夠按照各種查詢條件，如路段名稱(chēng)、里程樁號(hào)、路產(chǎn)設(shè)施等，來(lái)滿足用戶的各種查詢要求.

2.4.1 由路產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢GIS

查詢某路產(chǎn)所對(duì)應(yīng)的GIS數(shù)據(jù)，選擇好路產(chǎn)信息后，若查詢到有唯一的要素與所查有關(guān)鍵字的要素相匹配，系統(tǒng)會(huì)顯示出該要素，并定位在地圖的中心，同時(shí)也能查詢到要素的屬性信息；若有多個(gè)要素與之相匹配，則可選擇列表中的一項(xiàng)，查看相關(guān)的位置及屬性信息，系統(tǒng)即給出該點(diǎn)的坐標(biāo)信息.由路產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢GIS的數(shù)據(jù)流圖如圖4：

圖4 由路產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢GIS的數(shù)據(jù)流圖

2.4.2 由GIS查詢路產(chǎn)數(shù)據(jù)

公路既具有表征其地理位置的信息，又具有表征其空間特性的空間屬性信息，GIS不僅能夠管理對(duì)象的位置，同時(shí)也能夠管理對(duì)象的屬性，且兩者是自動(dòng)關(guān)聯(lián)的.與GIS數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，以更方便實(shí)現(xiàn)路產(chǎn)的管理.

GIS查詢路產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)：在點(diǎn)擊電子地圖查詢時(shí)，會(huì)獲得唯一的一個(gè)GPS坐標(biāo)，此坐標(biāo)的唯一性，使得在一張地圖上找到一個(gè)確切的位置與之相對(duì)應(yīng).由GIS查詢路產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流圖如圖5：.

圖5 GIS查詢路產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流圖

3 結(jié)論

本文所研究的基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在現(xiàn)有路產(chǎn)管理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出符合高速公路路產(chǎn)管理要求的綜合型信息管理系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高速公路管理工作的全面數(shù)字化.提出了GIS與GPS相結(jié)合的技術(shù)方案，設(shè)計(jì)了高質(zhì)量的電子地圖，完成了電子地圖與GPS數(shù)據(jù)交互式查詢功能，最終完成GIS與GPS相結(jié)合的路產(chǎn)管理系統(tǒng)研究.

〔1〕宋玉蘭.理信息系統(tǒng)與制圖的結(jié)合思路研究[J].科技資訊, 2011(25):50-51.

〔2〕劉立峻.MapX控件的GPS/GIS技術(shù)在車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006,25(1):26-29.

〔3〕王緩緩,李虎.用Java實(shí)現(xiàn)GPS全球定位系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)的提取[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2004(11):89-91.

〔4〕顏志偉,杜軍平.GPS信息實(shí)時(shí)標(biāo)注系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].北京工商大學(xué)學(xué)報(bào),2009,27(5):35-38.

U495

A

1673-260X（2013）12-036-02

安徽省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目（KJ2013Z317）；宿州學(xué)院碩士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（2010yss01，2009YSS07，2009YSS08）；宿州學(xué)院產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目（2013CXY01）