李若童 申 威

（中國礦業(yè)大學(xué)〈北京〉機(jī)電與信息工程學(xué)院，中國 北京 100083）

0 引言

道路和地下管線是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它們的穩(wěn)定與否關(guān)系到城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在信息化發(fā)展的今天，對定期進(jìn)行城市道路測線的管理人員來講，不僅要記錄當(dāng)前的測量數(shù)據(jù)，更需要保存歷史數(shù)據(jù)以便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、管理、預(yù)測、計(jì)劃、控制和輔助決策等。基于B/S架構(gòu)的道路病害管理系統(tǒng)正是為了滿足此需求而開發(fā)。該系統(tǒng)滿足了大量數(shù)據(jù)管理的需求。

在智能手機(jī)普及、互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展以及全球定位系統(tǒng)（GPS）廣泛使用的今天，人們通過手機(jī)獲取信息的渴望越來越強(qiáng)烈。手機(jī)具有移動(dòng)、小巧的特點(diǎn)，使用起來方便、快捷，不受時(shí)間、位置的限制。

本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于手機(jī)端的道路病害管理系統(tǒng)。依托于服務(wù)器端對數(shù)據(jù)庫的訪問和基于web service的web服務(wù)來獲取數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對城市道路和管線的殺手——病害的實(shí)時(shí)查詢和篩選。可根據(jù)病害的各項(xiàng)特征值來篩選符合條件的病害。或者查詢指定地點(diǎn)附近的病害信息，實(shí)現(xiàn)對病害的有效掌控。針對每一條病害，查看其詳細(xì)信息，對病害修護(hù)方案進(jìn)行查看和下載，掌握病害修復(fù)進(jìn)度。采用DBSCAN聚類算法實(shí)現(xiàn)了對病害點(diǎn)的空間聚類，發(fā)掘最容易出病害的地理位置，可據(jù)此進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，有一定的預(yù)測作用。為了數(shù)據(jù)安全，對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了8位密鑰的DES加密[1]。系統(tǒng)經(jīng)過模擬測試和真機(jī)測試，表現(xiàn)良好。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為四個(gè)部分：手機(jī)端、服務(wù)器端、通信部分、數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器端將與手機(jī)通信的web service[2]發(fā)布到指定位置，處理用戶端的請求，與數(shù)據(jù)庫交互。手機(jī)端通過internet訪問web service獲取數(shù)據(jù)。圖1為系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 主要功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 基于web service的web服務(wù)

通過web service在服務(wù)器啟動(dòng)的同時(shí)將編寫好的、可供手機(jī)端調(diào)用的方法發(fā)布到服務(wù)器端，手機(jī)端通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請求調(diào)用web service中的方法為自己服務(wù)。手機(jī)端可將一些復(fù)雜、耗時(shí)的計(jì)算任務(wù)交給web service處理，自己只請求計(jì)算后的數(shù)據(jù)，這樣一來就大大減輕了手機(jī)端的負(fù)擔(dān)，利用了服務(wù)器端的優(yōu)勢。Web service既可調(diào)用服務(wù)器端已有的方法，又可編寫新的方法將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)端，是一個(gè)很好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)。Web service將手機(jī)端請求的數(shù)據(jù)拼接成字符串，經(jīng)過8位密鑰的DES加密和Base64編碼兩重封裝后，以HTTP應(yīng)答的方式將數(shù)據(jù)傳送回手機(jī)。

Web service提供的主要服務(wù)有：

（1）返回所有的病害的摘要信息；

（2）根據(jù)手機(jī)端請求的篩選條件對病害過濾，返回符合條件的病害摘要信息；

（3）根據(jù)病害信息的唯一id獲得病害的詳細(xì)情況；

（4）提供對病害修護(hù)方案的下載功能；

（5）根據(jù)DBSCAN聚類算法實(shí)現(xiàn)對病害分布的聚類，返回聚類點(diǎn)。

2.2 手機(jī)端功能

手機(jī)端的開發(fā)基于android4.2系統(tǒng)。Android是基于Linux的自由開放源代碼的操作系統(tǒng)，主要用于移動(dòng)設(shè)備。手機(jī)端的功能主要分為六個(gè)部分：

（1）顯示所有的病害摘要信息，利用病害的三個(gè)特征：與當(dāng)前位置的距離、病害領(lǐng)域（城市、鐵路、高速公路）、病害嚴(yán)重程度（非常嚴(yán)重、嚴(yán)重、中等、常規(guī)）對病害進(jìn)行篩選；

（2）病害的地圖顯示：在導(dǎo)入了百度地圖開發(fā)包后，使用其地圖展示和定位功能。將病害位置用標(biāo)注物在地圖上標(biāo)注。同時(shí)在屏幕的下半部分展示病害的摘要信息，左右滑動(dòng)查看上一條、下一條病害信息；

（3）病害的搜索：當(dāng)用戶需要查看某個(gè)具體位置附近的病害時(shí)，只需在搜索框內(nèi)輸入地點(diǎn)的名稱，點(diǎn)擊“搜索”，會(huì)搜索出距離該位置最近的病害，按照距離的由近及遠(yuǎn)排序。該功能的實(shí)現(xiàn)借助于百度地圖開發(fā)包的地理編碼功能，將地理位置解析成經(jīng)緯度坐標(biāo)，與數(shù)據(jù)庫中病害的經(jīng)緯度坐標(biāo)一起運(yùn)算，得到兩者的距離；

（4）查看病害修護(hù)方案：針對每個(gè)病害，可查看其詳細(xì)信息，以表格的方式展示。包括病害的一般屬性：病害測線尺寸、病害平均緊實(shí)度、病害平均空隙率等，還可查看病害現(xiàn)場圖片并且保存到手機(jī)。病害修護(hù)方案記錄了病害修復(fù)單位、負(fù)責(zé)人等基本內(nèi)容，還記錄了病害的詳細(xì)修復(fù)方法?？蓪Σ『π拮o(hù)方案進(jìn)行在線預(yù)覽或者下載保存到本地，有利于對病害進(jìn)行跟蹤調(diào)查；

（5）對病害分布點(diǎn)的空間聚類分析：聚類分析又稱群分析，它是研究（樣品或指標(biāo)）分類問題的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，同時(shí)也是數(shù)據(jù)挖掘的一個(gè)重要算法。本系統(tǒng)采用DBSCAN聚類算法，聚類的結(jié)果是最有代表性的樣品。

2.3 服務(wù)器端程序

服務(wù)器端程序的開發(fā)基于SSH集成框架[3]，該框架是目前較為流行的web應(yīng)用程序開源框架。Web服務(wù)器為Tomcat7.x，前端頁面的開發(fā)采用了QUI集成框架。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用MySQL。服務(wù)器端的程序承擔(dān)了更多數(shù)據(jù)管理的工作，直接與數(shù)據(jù)交互：

（1）道路病害的項(xiàng)目管理：每個(gè)項(xiàng)目擁有至少一條測線任務(wù)，每條項(xiàng)目記錄了項(xiàng)目編號、名稱、探測單位、負(fù)責(zé)人等信息；

（2）測線管理：為詳盡、全方位、立體地記錄測線信息，將測線信息劃分為四個(gè)表，它們分別是：測線位置信息、探測服務(wù)信息、儀器采集參數(shù)信息、探測雷達(dá)數(shù)據(jù)；

（3）病害信息：病害信息也分為四個(gè)方面來記錄，它們分別是：道路病害信息、標(biāo)準(zhǔn)病害信息、病害修護(hù)方案、自然塌陷信息；

（4）地下管線信息：地下管線信息的管理分為對管線探測信息和管線標(biāo)準(zhǔn)庫的管理；

（5）用戶管理、系統(tǒng)日志、數(shù)據(jù)庫備份等功能。

上述各項(xiàng)管理任務(wù)中不僅有記錄的增刪改查等基礎(chǔ)功能，針對不同的數(shù)據(jù)表還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入、導(dǎo)出，數(shù)據(jù)的地圖顯示，數(shù)據(jù)的級聯(lián)查看，文件的上傳下載，數(shù)據(jù)的處理等功能，是較為完備的信息管理系統(tǒng)。Web service的實(shí)現(xiàn)是服務(wù)器端代碼中的一個(gè)包，在服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)，web service將自動(dòng)注冊。

3 基于DBSCAN的空間聚類算法的應(yīng)用

DBSCAN算法是基于密度的聚類算法[4]，它將簇定義為密度相連的點(diǎn)的最大集合，能夠把具有足夠高密度的區(qū)域劃分為簇，并可在噪聲的空間數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)任意形狀的聚類。比較適合對病害的聚類。

DBSCAN目的是找到密度相連對象的最大集合。任選一個(gè)未被訪問的點(diǎn)開始，找出與其距離在eps之內(nèi)的所有附近點(diǎn)。如果附近點(diǎn)的數(shù)量>minPts，則當(dāng)前點(diǎn)與其附近點(diǎn)形成一個(gè)簇，并且出發(fā)點(diǎn)被標(biāo)記為已訪問。然后遞歸，以相同的方法處理該簇內(nèi)所有未被標(biāo)記為已訪問的點(diǎn)，從而對簇進(jìn)行擴(kuò)展。如果附近點(diǎn)的數(shù)量

對病害位置聚類采用DBSCAN方法的優(yōu)點(diǎn)是它可以處理任意形狀的聚類，同時(shí)它的兩個(gè)參數(shù)：掃描半徑 (eps)和最小包含點(diǎn)數(shù)(minPts)，可針對勘測需求和道路條件自行專業(yè)調(diào)整，具有一定的靈活性。需要注意的是，由于該聚類算法基于密度，需要計(jì)算每個(gè)點(diǎn)半徑范圍內(nèi)的點(diǎn)的個(gè)數(shù)，即需要計(jì)算兩點(diǎn)間的距離。病害的位置信息存儲(chǔ)的是經(jīng)度和緯度的坐標(biāo)，在此不能采用平時(shí)的歐氏距離，應(yīng)利用經(jīng)緯度計(jì)算距離的方法。方法如下：

4 測試與實(shí)驗(yàn)

系統(tǒng)測試采用了模擬器和android真機(jī)，服務(wù)器為部署了Tomcat的個(gè)人PC，配有MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

（1）服務(wù)器啟動(dòng)并且開放了供手機(jī)端調(diào)用的方法：圖2web service的描述，圖3為接口代碼；

圖2 web service描述

圖3 接口代碼

（2）圖4：手機(jī)端沒有網(wǎng)絡(luò)時(shí)給出提示；圖5：病害列表展示；圖6：病害篩選；圖7：病害地圖展示；

圖4 提示 圖5 病害列表 圖6 病害篩選 圖7 病害地圖

5 總結(jié)

本文從實(shí)際需求出發(fā)，利用手機(jī)端移動(dòng)、便捷、實(shí)時(shí)的特點(diǎn)，開發(fā)了手機(jī)端病害管理系統(tǒng)，通過與服務(wù)器端交互，獲取遠(yuǎn)端道路病害信息，在手機(jī)端查看。利用手機(jī)定位功能，查看周圍病害。有利于道路管理人員對病害更加靈活的管理。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用了加密算法，利于保障數(shù)據(jù)安全。同時(shí)，采用聚類算法實(shí)現(xiàn)對病害位置的聚類分析，幫助使用者分析與決策。經(jīng)過實(shí)際的測試與使用，該系統(tǒng)較為穩(wěn)定，運(yùn)行流暢。為使用者帶來了便捷。

［1］張潔,朱麗娟.DES加密算法分析與實(shí)現(xiàn)[J].軟件導(dǎo)刊,2007(03).

［2］王楠,劉心雄,陳和平.Web Service技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2006(07).

［3］吳宗東.SSH框架下的Web應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與研究[J].硅谷,2012(14).

［4］周水庚,周傲英,曹晶.基于數(shù)據(jù)分區(qū)的DBSCAN算法[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2000(10)