袁 苑，阮 穎，郎 朗

(1.安徽工程大學(xué)安徽省電氣傳動(dòng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蕪湖241000;2.安徽省高速公路控股集團(tuán)有限公司蕪湖管理處，安徽蕪湖241000)

高速公路是交通運(yùn)輸現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度的重要標(biāo)志。目前，蕪湖高速公路管理處管轄路段總里程達(dá)到196 km，其沿線包括3座樞紐互通，13座特大型橋梁，56座大橋，9個(gè)收費(fèi)互通以及6座隧道。隨著高速公路的運(yùn)營(yíng)，對(duì)其沿線設(shè)備及交通狀況的監(jiān)測(cè)與管理成為了一項(xiàng)長(zhǎng)期的、復(fù)雜的、繁瑣的工作，建立智能的高速公路信息管理平臺(tái)，為用戶提供及時(shí)、方便、精確的公路信息具有重要的意義。

日趨成熟的地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)技術(shù)為公路養(yǎng)護(hù)管理提供了一種新的思路，利用GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化管理能力，可以實(shí)現(xiàn)路面管理的可視化。但是，GIS的進(jìn)一步發(fā)展面臨著不少問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的路面管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的GIS功能較為單一，結(jié)構(gòu)和功能較為簡(jiǎn)單。而基于GIS系統(tǒng)為平臺(tái)進(jìn)行路面性能評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和決策優(yōu)化分析等較為薄弱，而這些功能是養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)信息化關(guān)鍵技術(shù)之一［1］。研究使用GIS為基礎(chǔ)軟件，以蕪湖管理處管轄路段作為研究對(duì)象，對(duì)高速公路涉及的各類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了基于GIS的蕪湖高速公路管理平臺(tái)，旨在方便、快捷地滿足各類應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用公路數(shù)據(jù)，全面提高高速公路管理現(xiàn)代化水平［2］。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)信息采集包括自動(dòng)設(shè)備采集和人工采集。自動(dòng)設(shè)備采集通過(guò)云臺(tái)監(jiān)控?cái)z像機(jī)與快球監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供高速公路的設(shè)施情況;人工采集則由現(xiàn)場(chǎng)巡邏人員通過(guò)移動(dòng)手機(jī)、平板電腦或者個(gè)人電腦，以圖像、文字等形式上傳高速公路上的交通事故、隱患點(diǎn)等路面信息。采集的信息通過(guò)Internet傳輸至高速公路監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中進(jìn)行存儲(chǔ)，管理中心的用戶可以根據(jù)權(quán)限從服務(wù)平臺(tái)管理系統(tǒng)查詢高速公路的信息數(shù)據(jù)。服務(wù)平臺(tái)共享資源，增強(qiáng)了路政、中控和養(yǎng)護(hù)3個(gè)部門的信息互動(dòng)，節(jié)省了大量人力物力，避免了繁雜的重復(fù)勞動(dòng)，提高了高速公路維護(hù)與監(jiān)管的效率。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，通過(guò)高速內(nèi)網(wǎng)，將系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、地理空間信息和屬性信息有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。實(shí)現(xiàn)信息資源整合綜合應(yīng)用。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示，基礎(chǔ)層提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為基于GIS技術(shù)的高速公路營(yíng)運(yùn)管理平臺(tái)的建設(shè)提供相關(guān)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層依托電子地圖，展示和管理高速營(yíng)運(yùn)日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和基本高速資源數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)主要包含高速公路空間數(shù)據(jù)、高速公路基本資源數(shù)據(jù)、相關(guān)系統(tǒng)日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。支撐層依托GIS平臺(tái)服務(wù)，交互和整合系統(tǒng)日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的GIS展示。應(yīng)用層圍繞養(yǎng)護(hù)管理、路產(chǎn)管理業(yè)務(wù)，建立基于GIS技術(shù)的高速公路營(yíng)運(yùn)管理平臺(tái)，同時(shí)通過(guò)接口調(diào)用中控管理、收費(fèi)管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，集成中控和收費(fèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理模塊，依托GIS服務(wù)平臺(tái)為用戶展示高速公路基本地理位置信息和相關(guān)系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于GIS的高速公路營(yíng)運(yùn)管理平臺(tái)按照功能需要，主要分為地圖操作、基礎(chǔ)信息管理、養(yǎng)護(hù)管理、路政管理、中控管理、收費(fèi)管理、信息瀏覽、系統(tǒng)管理等模塊。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1 高速公路空間數(shù)據(jù)庫(kù)

高速公路是分布在大地上的空間構(gòu)造物，在地理上可抽象描述為位于地面上的線狀物，其地理位置可由路線上的一系列大地坐標(biāo)x、y來(lái)確定。在GIS軟件中，每個(gè)圖層對(duì)象都與一個(gè)坐標(biāo)系發(fā)生聯(lián)系，這個(gè)坐標(biāo)系或是地理坐標(biāo)系對(duì)象，或是投影坐標(biāo)系對(duì)象。由于不同信息源的用途和比例尺不同，需要不同直角坐標(biāo)系存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù);因此，建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)并存儲(chǔ)該空間數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是GIS實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)無(wú)縫集成和正確進(jìn)行空間分析及成果顯示的基礎(chǔ)［3］。

2.2 高速公路屬性數(shù)據(jù)庫(kù)

在高速公路屬性數(shù)據(jù)采集與管理方面，系統(tǒng)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路各類專業(yè)數(shù)據(jù)的綜合查詢，既可以直接給決策者提供信息查詢，又可以為決策模型的計(jì)算提供數(shù)據(jù)來(lái)源。按照數(shù)據(jù)管理部門分類，系統(tǒng)包括設(shè)施、養(yǎng)護(hù)、中控三方數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理的屬性數(shù)據(jù)主要涉及到公路路面、橋梁、隧道、涵洞、沿線設(shè)施及交通管理等信息。系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)如圖4所示。

以上的相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為公路屬性數(shù)據(jù)都以各自的地理空間為依托而存在。其各要素之間是通過(guò)地理空間分布形式而表現(xiàn)出來(lái)的，并可用不同的專題圖表示。屬性數(shù)據(jù)既依附于空間數(shù)據(jù)庫(kù)上，又具有獨(dú)立性，以便進(jìn)行日常數(shù)據(jù)信息管理。高速公路數(shù)據(jù)庫(kù)是集空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)于一體的數(shù)據(jù)庫(kù)，以滿足需求分析中提出的各種要求［4，5］。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

研究以J2EE平臺(tái)作為系統(tǒng)的核心架構(gòu)，以WebLogic作為應(yīng)用服務(wù)器，采用SqlServer2008企業(yè)版數(shù)據(jù)庫(kù)軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ);以GIS為軟件平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)按照客戶端、服務(wù)器端和數(shù)據(jù)庫(kù)的3層結(jié)構(gòu)建立，系統(tǒng)3層結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 高速公路屬性數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

圖5 系統(tǒng)3三層結(jié)構(gòu)

客戶端主要為Web瀏覽器。Applet為采用Java編寫的Web GIS插件，插件可以包含在HTML文件中，當(dāng)客戶端從網(wǎng)絡(luò)下載HTML文件時(shí)，Java的程序的執(zhí)行代碼也同時(shí)被下載，代碼完成對(duì)GIS的數(shù)據(jù)的解釋和GIS分析，并實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器端的通信。

服務(wù)器端采用“模型-視圖-控制器”結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)與管理。Java Bean負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)中的屬性表對(duì)應(yīng)，控制器負(fù)責(zé)調(diào)用改數(shù)據(jù)模型并接收客戶端請(qǐng)求，并根據(jù)請(qǐng)求分析、計(jì)算、訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)視圖將HTML動(dòng)態(tài)顯示給用戶。

數(shù)據(jù)庫(kù)采用SqlServer2008數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)和屬性信息數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)與服務(wù)器端通過(guò)JDBC技術(shù)進(jìn)行通信。

在上述方案的指導(dǎo)下，以蕪湖高速公路管理處管轄路段為監(jiān)管對(duì)象，根據(jù)蕪湖高速公路轄段高速公路的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了如圖6所示的高速公路GIS系統(tǒng)界面。

圖6 高速公路GIS系統(tǒng)界面

4 結(jié)語(yǔ)

研究針對(duì)蕪湖管理處高速公路管理現(xiàn)狀及相關(guān)信息化應(yīng)用存在的缺陷，利用J2EE、SqlServer2008、GIS等技術(shù)技術(shù)，分析并設(shè)計(jì)了一個(gè)科學(xué)合理的高速公路管理平臺(tái)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)以整合各部門信息資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。有利于路政、中控和養(yǎng)護(hù)3個(gè)部門的信息共享、協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)與決策分析，大大提高了高速公路維護(hù)與監(jiān)管的效率。同時(shí)信息管理平臺(tái)將各個(gè)孤立功能模塊整合在一起，構(gòu)建了智能化、信息化、精確化的管理平臺(tái)，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)公路交通事業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定和健康發(fā)展具有十分重要的作用。

［1］謝峰.基于GIS的高速公路路面管理智能決策模型研究［D］.四川:西南交通大學(xué)，2012

［2］張興國(guó)，劉學(xué)軍，陳建兵.基于GIS青藏公路基礎(chǔ)信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2013，30(2):93-97

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