賈博韜，陳緒兵，王瑜輝，張 超

(1.武漢工程大學(xué) 機電工程學(xué)院，湖北 武漢 430205；2.廣東華中科技大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院，廣東 東莞 523808)

基于GIS和Hadoop的石油運輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

賈博韜1，陳緒兵1，王瑜輝2，張 超2

(1.武漢工程大學(xué) 機電工程學(xué)院，湖北 武漢 430205；2.廣東華中科技大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院，廣東 東莞 523808)

伴隨著日益增長的石油消耗，石油運輸車隊逐漸龐大，運輸車輛管理逐漸達到瓶頸，車輛資源的合理使用以及分配問題顯得尤為突出。提出一套基于地理信息系統(tǒng)的石油運輸車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)中采用SSH框架以及Hadoop大數(shù)據(jù)平臺，不僅可以實時監(jiān)控車輛運行狀態(tài)，更能通過大數(shù)據(jù)處理，預(yù)判車輛的維保里程，從而實現(xiàn)石油運輸?shù)陌踩?，使車輛資源得到合理分配。

石油運輸；地理信息系統(tǒng)；Hadoop；車輛監(jiān)控

0 引言

石油是我國主要工業(yè)能源之一，在經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用。隨著石油需求量的增長，越來越多的石油運輸車輛參與到石油運輸調(diào)配中。但是，我國石油運輸業(yè)信息化管理漸漸落后于日益增長的石油消耗需求[1]。目前，我國石油運輸車輛監(jiān)控手段較為單一，主要體現(xiàn)在實時監(jiān)控車輛地理位置、車輛速度。然而，在實際運營中，因道路存在較大不確定性，如路面情況、天氣情況等因素，導(dǎo)致企業(yè)對整個運輸過程監(jiān)管難度較大[2]。與此同時，越來越龐大的運輸車隊以及越來越復(fù)雜的監(jiān)控管理會產(chǎn)生海量的運營數(shù)據(jù)[3]。傳統(tǒng)車輛管理系統(tǒng)性能已經(jīng)無法滿足龐大數(shù)據(jù)流的需求，也無法合理使用數(shù)據(jù)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，為解決石油運輸車的監(jiān)控問題提供了新的思路[4]。

Web-GIS(網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng))是一個基于Internet平臺獲取、儲存、編輯、處理、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)，其核心是用計算機來處理和分析地理信息，是一種瀏覽器/服務(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)[5]。而Hadoop是Apache的一個可靠、高效、可伸縮的分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)。在Web-GIS上結(jié)合Hadoop的特點，提出了一種基于Hadoop云GIS的體系結(jié)構(gòu)[6]，體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文以石油運輸行業(yè)的特殊背景需求作為基礎(chǔ)，在硬件上，集成了GPS和北斗導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)車輛地理信息監(jiān)控；軟件上，選用SSH框架以及Hadoop大數(shù)據(jù)平臺[7]。在60 000臺運輸車輛同時在線的情況下，實現(xiàn)實時監(jiān)控、預(yù)警、調(diào)度，對智能運輸?shù)陌l(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)概述

通過運輸公司用戶需求調(diào)研和業(yè)務(wù)流程分析，結(jié)合運輸公司車輛管理的業(yè)務(wù)特點和深度需求，本系統(tǒng)包括：車輛監(jiān)控、安全管控、GIS應(yīng)用、ODB(On-Board Diagnostics)管理和數(shù)據(jù)集成平臺五個部分。具體功能范圍如下。

圖1 基于Hadoop的云GIS體系結(jié)構(gòu)

圖2 GIS應(yīng)用平臺

(1)車輛監(jiān)控：車輛監(jiān)控模塊負責(zé)對車輛行車過程、行駛狀態(tài)進行監(jiān)控，并負責(zé)車載終端指令的控制，同時借助電子地圖實現(xiàn)對車輛位置、車輛狀態(tài)、貨物狀態(tài)的全程、實時、可視化監(jiān)控，出現(xiàn)異常時告警提醒。

(2)安全管控：安全管控是對車輛在安全行車過程中各種安全要素的管理，對行車過程中的突發(fā)狀況進行有效的提前預(yù)警，以及對駕駛員的違規(guī)違章行為進行統(tǒng)計、處理、上報，從而達到保障車輛運輸全過程安全的目的。

(3)GIS應(yīng)用：GIS應(yīng)用為車輛管理系統(tǒng)提供GIS服務(wù)，通過搭建GIS平臺，為公司車輛管理提供地圖服務(wù)和專題數(shù)據(jù)收集服務(wù)。

(4)OBD管理：OBD管理模塊實現(xiàn)對車輛故障碼及其他狀態(tài)信息的監(jiān)測，以便及早發(fā)現(xiàn)車輛隱患、及早處理，確保行車安全；通過OBD還可以獲取里程、油耗等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)平臺對OBD數(shù)據(jù)進行分析處理，從而考察車輛運輸過程中的油耗、駕駛員駕駛習(xí)慣等情況，實現(xiàn)能耗分析、駕駛行為分析以及車輛綜合分析。

(5)數(shù)據(jù)集成平臺：基于Hadoop大數(shù)據(jù)平臺將運輸公司生產(chǎn)過程的人、機、料、法、環(huán)等方面的數(shù)據(jù)進行篩選、抽取、歸納、統(tǒng)計，直接向各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一、有效、完整的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

本系統(tǒng)采用SSH框架實現(xiàn)MVC架構(gòu)。SSH框架，即集成Spring、Struts、Hibernate的軟件框架，是目前主流的B/S系統(tǒng)的開源框架。SSH框架從職責(zé)上分為三層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層以及數(shù)據(jù)持久層。利用成熟的SSH框架可以搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護的系統(tǒng)。針對石油車輛分布廣、數(shù)量多、環(huán)境和管理復(fù)雜的特點，B/S系統(tǒng)都能靈活地面對各種實際需求。

2.1 GIS應(yīng)用

本系統(tǒng)的GIS應(yīng)用平臺面向石油運輸?shù)暮诵臉I(yè)務(wù)需求開發(fā)了分段限速數(shù)據(jù)標(biāo)繪、車輛軌跡對比、軌跡線路采集功能模塊。GIS應(yīng)用平臺框架如圖2所示。

GIS應(yīng)用各個模塊的業(yè)務(wù)流程如下。

(1)線路車輛軌跡比對:①選擇需要比對的規(guī)劃線路；②查詢用到該線路的車輛調(diào)派任務(wù)；③選擇調(diào)派任務(wù)，查詢出分配至此調(diào)派任務(wù)的車輛；④選擇車輛，點擊“比對分析”按鈕，將這些車輛的軌跡與規(guī)劃線路比對，生成每條軌跡與規(guī)劃線路的比對信息。

(2)數(shù)據(jù)采集：①用戶選擇業(yè)務(wù)圖層，并點擊“采集”按鈕開始采集數(shù)據(jù)；②填寫屬性信息，在地圖上繪制點、線、面等地理要素；③點擊“提交”按鈕，提交采集數(shù)據(jù)。

(3)應(yīng)急資源查詢：①用戶選擇查詢范圍，點擊“查詢”按鈕查詢應(yīng)急資源；②查看查詢出資源的位置以及屬性信息，以便制定應(yīng)急方案。

(4)GIS統(tǒng)計圖：①用戶選擇統(tǒng)計類別，并選擇具體的統(tǒng)計類型，點擊“統(tǒng)計”按鈕；②針對柱狀圖、餅狀圖，系統(tǒng)返回統(tǒng)計信息，前端調(diào)用High Charts組件生成柱狀圖、餅狀圖，以div形式疊加到地圖上；針對密度圖，系統(tǒng)返回行政區(qū)劃邊界信息以及填充顏色信息，在頁面繪制點密度圖。

(5)路徑分析：①用戶點擊“路徑分析”按鈕，在地圖上選擇起止點、途經(jīng)點，或輸入查詢條件搜索起止點、途經(jīng)點，點擊“確定”按鈕；②ArcGIS Server網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)根據(jù)距離阻抗、時間阻抗、耗油阻抗等因素返回最短距離路徑、最短時間路徑、最優(yōu)路徑這3種路徑信息，路徑信息中還包含此路徑的行駛時間預(yù)測。

2.2 大數(shù)據(jù)查詢服務(wù)

車輛系統(tǒng)在運行中產(chǎn)生的車輛位置、報警和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都存儲在大數(shù)據(jù)平臺中，系統(tǒng)對于存儲在大數(shù)據(jù)平臺的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)基于Hive提供類似于SQL的HQL查詢服務(wù)。

Hive是基于Hadoop的數(shù)據(jù)倉庫工具，使用Hadoop-HDFS作為數(shù)據(jù)存儲層。它提供類似SQL的語言(HQL)，通過Hadoop-MapReduce完成數(shù)據(jù)計算；通過HQL語言提供使用者部分傳統(tǒng)RDBMS一樣的表格查詢特性和分布式存儲計算特性。Hive可以將結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文件映射為一張數(shù)據(jù)庫表，并提供類SQL查詢功能?？梢詫QL語句轉(zhuǎn)換為MapReduce任務(wù)來運行。 同時，Hive沒有專門的數(shù)據(jù)格式，Hive可以很好地工作在 Thrift 之上，控制分隔符，也允許用戶指定數(shù)據(jù)格式。簡單來說，Hive的本質(zhì)是將SQL轉(zhuǎn)換為MapReduce進行編程。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫，開發(fā)技術(shù)為J2EE技術(shù)。按照預(yù)定的功能模塊，系統(tǒng)成功開發(fā)了操作簡單、功能強大的石油運輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)，圖3為車輛管理系統(tǒng)的GIS應(yīng)用主界面。

圖3 GIS應(yīng)用界面圖

4 結(jié)論

基于GIS技術(shù)和Hadoop大數(shù)據(jù)平臺的石油運輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)是利用先進的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的功能強大的車輛信息服務(wù)平臺。通過大數(shù)據(jù)云計算規(guī)劃、查詢運輸車的運行軌跡，增強了運輸車輛的安全性，提高了管理水平。實踐證明，本系統(tǒng)可以為管理者提供有效的車輛實時數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，使管理者可以更科學(xué)地安排運輸路線，提高運輸效率。

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[7] 張建軍,劉虎,倪芳英,等.基于SSH整合架構(gòu)的研究與應(yīng)用[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2012,35(6):39-43.

Design and realization of petroleum vehicle monitoring and control system based on GIS and Hadoop

Jia Botao1，Chen Xubing1，Wang Yuhui2，Zhang Chao2

(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430205,China；2.Guangdong HUST Industrial Technology Research Institute，Dongguan 523808，China)

With the growing of oil consumption,the transportation vehicles are increased largely.The management of transport vehicle has reached the bottleneck,especially the allocation of resources for vehicle.Therefore,this paper introduces the petroleum vehicle monitoring and control system based on GIS.This system adopts the SHH framework and Hadoop big data platform.It monitors the real-time state of vehicle,and predicts the vehicle maintenance mileage.The system makes the transportation of oil safer and makes the resources of vehicle allocated more reasonable.

petroleum transport; GIS; Hadoop; vehicle monitoring and control

國家863計劃項目(2013AA040404)； 廣東省引進創(chuàng)新科研團隊項目(2011G006)

TN805

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.10.028

賈博韜，陳緒兵，王瑜輝,等.基于GIS和Hadoop的石油運輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微型機與應(yīng)用，2017,36(10)：96-98.

2016-12-24)

賈博韜(1989-)，男，碩士研究生，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用。

陳緒兵(1974-)，男，工學(xué)博士，教授，主要研究方向：數(shù)控加工和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

王瑜輝(1972-)，男，工學(xué)博士，高級工程師，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用。