謝媛媛
(深圳市易行網(wǎng)交通科技有限公司,廣東 深圳 518052)
基于交通地理信息的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)研究
謝媛媛
(深圳市易行網(wǎng)交通科技有限公司,廣東 深圳 518052)
設(shè)計、研究了一種基于交通地理信息的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng),它是通過建立標準的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、交通GIS數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫匯集基礎(chǔ)數(shù)據(jù),從而為數(shù)據(jù)共享奠定基礎(chǔ),使系統(tǒng)能夠有效管理數(shù)據(jù),對外提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應用。同時,利用服務(wù)接口層提供的標準協(xié)議,外部系統(tǒng)可以可靠、高效地連接各個服務(wù)。通過對交通共享機制的研究和應用,進一步提升了交通行業(yè)的信息化程度,以促進相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
GIS;交通數(shù)據(jù);地理信息;共享系統(tǒng)
隨著交通管理模式的不斷升級,交通系統(tǒng)也在不斷更新,交通數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的出現(xiàn)為新時期交通提供了嶄新的技術(shù)平臺和手段。基于交通地理信息的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)是以計算機學、地理信息學、管理學和測繪學為基礎(chǔ),與傳統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理緊密結(jié)合,從而精確地采集、清洗和處理地理空間數(shù)據(jù)信息,為交通管理者提供可視化決策和分析。同時,系統(tǒng)為新時期交通行業(yè)的發(fā)展提供了新的思維模式。
從20世紀80年代起,我國公路管理部門利用各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立了一些路況數(shù)據(jù)庫,交通部旨在提高公路規(guī)劃和管理水平應用系統(tǒng)開發(fā)和研制工作質(zhì)量,于20世紀90年代將組織、開發(fā)完成了地市級公路數(shù)據(jù)庫Trans-GIS,并將地理信息相關(guān)技術(shù)用于交通信息建設(shè)和管理,實現(xiàn)了基于公路交通的地信平臺。
與此同時,基于交通地理信息的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的研究工作在我國蓬勃發(fā)展起來。因此,在實際工作中,相關(guān)部門可通過該平臺統(tǒng)一地理信息數(shù)據(jù)源,為其他智能化系統(tǒng)提供權(quán)威、一致的數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合應用和服務(wù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一更新和維護。
交通管理部門需要建設(shè)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng),使其成為整個智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)性平臺,具體應用方向為政務(wù)、企業(yè)、公眾3個方面。系統(tǒng)應基于軟件設(shè)計模式中的“單一職責模式”和軟件系統(tǒng)模塊化的架構(gòu)思路,提供集中的空間數(shù)據(jù)存儲和細粒度的標準服務(wù),用戶使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)時造成的數(shù)據(jù)變更(包括添加、刪除和修改)中的空間數(shù)據(jù)將存儲在共享平臺中,業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)將存儲在各自的系統(tǒng)中,這樣可以確保系統(tǒng)之間的低耦合,同時,使得共享系統(tǒng)中始終保存著最新的空間信息。
2.1 總體系統(tǒng)業(yè)務(wù)框架
如圖1所示,在共享系統(tǒng)內(nèi)建立了標準的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、交通GIS數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫,匯集了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為數(shù)據(jù)共享提供了基礎(chǔ)。
為了能夠有效管理和對外提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與應用,需要一系列服務(wù)來支持遠程訪問和管理維護。通過服務(wù)接口層提供的標準協(xié)議,外部系統(tǒng)可以方便、安全、可靠、高效地連接各個服務(wù),與數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)互通數(shù)據(jù),獲得應用支持。各個單位、部門可以專注于開發(fā)自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng),避免對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的重復開發(fā),達到資源統(tǒng)一、優(yōu)化、共享。
圖1 總體系統(tǒng)框架圖
2.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計
基于GIS的數(shù)據(jù)共享平臺需要為其他應用系統(tǒng)提供GIS功能,幫助快速開發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)對GIS功能的需求有共性,同時也有業(yè)務(wù)自身需要的特殊功能。對于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要的共性需求為地圖顯示、漫游和縮放功能;對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共性需求為疊加圖層顯示、查詢、統(tǒng)計分析等功能。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也包含一些特殊需求,比如GPS監(jiān)控數(shù)據(jù)疊加等,需要提供獨立的軟件模塊,提供坐標與地圖匹配。軟件體系結(jié)構(gòu)多樣化,存在C/S、B/S、純客戶端、移動端等軟件。各種軟件大部分為定制開發(fā)的軟件系統(tǒng),數(shù)據(jù)格式均依據(jù)應用設(shè)計,根據(jù)應用特點采用了不同的架構(gòu)設(shè)計,使得軟件開發(fā)語言、開發(fā)環(huán)境、硬件部署平臺、通訊協(xié)議具有多樣性。數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)需要在功能、數(shù)據(jù)和應用方面支持如此多樣化的系統(tǒng),顯然是一個難點,同時,這也是該系統(tǒng)的價值所在。
在設(shè)計系統(tǒng)軟件架構(gòu)時,考慮到數(shù)據(jù)互操作和共享的需求,采用基于SOA架構(gòu)進行系統(tǒng)和服務(wù)的設(shè)計,將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、各個交通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以服務(wù)的方式對外提供。同時,開發(fā)一套數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù),用于不同格式、不同坐標系數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換,以便實現(xiàn)應用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的共享。
3.1 系統(tǒng)研究的數(shù)據(jù)難點和解決方案
交通地理信息數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的建設(shè)涵蓋空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和各類交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù),專業(yè)面廣,數(shù)據(jù)量大,格式多樣。共享系統(tǒng)會定義標準的專題圖層,制作大量細分的專題數(shù)據(jù),以圖層的方式發(fā)布出來;業(yè)務(wù)應用系統(tǒng)可以進行專題圖層的疊加顯示、查詢、獲取數(shù)據(jù)等操作。這樣做,能夠有效提高數(shù)據(jù)的可重用性,節(jié)省數(shù)據(jù)處理時間。由此可見,數(shù)據(jù)標準化建設(shè)成為了系統(tǒng)建設(shè)初期的重點和難點之一。
在開展具體工作時,要詳細調(diào)研相關(guān)數(shù)據(jù),包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和各種交通地理信息數(shù)據(jù),同時,還要搜集各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)樣例、數(shù)據(jù)量和應用方式等信息。統(tǒng)觀真實數(shù)據(jù)情況,分析實際用途,依據(jù)國標數(shù)據(jù)建設(shè)規(guī)范,以簡單開發(fā)、易擴展、降低工作量、促進數(shù)據(jù)共享、快速實施為原則進行標準化制訂和設(shè)計。
依據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容,可將其分為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和交通地理信息數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)作為業(yè)務(wù)展現(xiàn)和應用的基礎(chǔ),可從地理信息系統(tǒng)的角度進行數(shù)據(jù)組織;交通地理信息數(shù)據(jù)作為業(yè)務(wù)應用數(shù)據(jù),可從應用角度進行數(shù)據(jù)組織。不同的應用方向,數(shù)據(jù)組織和使用方式都會有較大的區(qū)別。2類數(shù)據(jù)的結(jié)合點是地理實體,包括實體屬性和實體形狀。在實際工作中,要想保存實體形狀,首先要確定坐標系。通常情況下,基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)采用WGS84坐標系進行形狀存儲。而交通地理信息數(shù)據(jù)來源多樣化,有時為了實現(xiàn)應用,需要實地采集、制作業(yè)務(wù)應用數(shù)據(jù)。根據(jù)業(yè)務(wù)的不同,采用的坐標系會有變化,除了WGS84之外,還包括高斯克呂格、線性坐標系、自定義局部坐標系等,多樣化給各種地理實體坐標系的關(guān)聯(lián)帶來了一定的困難。另外,地理實體匹配也是難點,如果業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)聯(lián)動,就需要先進行實體匹配,通過實體作關(guān)聯(lián)。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)提供的數(shù)據(jù)范圍包括小比例尺的全國數(shù)據(jù)到大比例尺的矢量數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)范圍廣。交通地理信息數(shù)據(jù)為各種應用業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。綜合2個方面的內(nèi)容,系統(tǒng)最終成果數(shù)據(jù)量相當大。對如此龐大的數(shù)據(jù)進行標準化和統(tǒng)一化的管理,對管理系統(tǒng)的要求很高。
交通地理信息數(shù)據(jù)主要為業(yè)務(wù)應用提供支持,數(shù)據(jù)格式設(shè)計是從應用方便的角度設(shè)計的。這就導致數(shù)據(jù)格式具有多樣性,比如采用標準交換格式的shp、mif格式,采用CAD格式,采用自定義數(shù)據(jù)格式。在數(shù)據(jù)格式標準化時,要綜合考慮各種格式數(shù)據(jù)的互通和共享。
3.2 移動端研究難點和解決方案
隨著移動設(shè)備的發(fā)展,應用于GIS領(lǐng)域的移動端越來越多,已有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)基于GIS基礎(chǔ)功能開發(fā)了移動端的業(yè)務(wù)軟件。系統(tǒng)后臺需要為移動端軟件的開發(fā)和接入提供SDK支持。移動端的操作系統(tǒng)眾多,目前,比較主流的移動操作系統(tǒng)是Android系統(tǒng)和iOS系統(tǒng)。開發(fā)語言不統(tǒng)一,開發(fā)技術(shù)門檻比較高,給應用軟件開發(fā)造成了一定的難度。
目前,移動端最常用的地圖顯示、漫游、縮放等GIS基礎(chǔ)功能的開發(fā),可以采用C/S模式,移動端只負責顯示地圖瓦片,實時從服務(wù)器獲取地圖瓦片數(shù)據(jù)。但是,這種方式造成網(wǎng)絡(luò)流量過大、速度慢、無法離線使用(瓦片數(shù)據(jù)過大),最終用戶體驗差,應用很難推廣。
在對地圖基礎(chǔ)功能的支持方面,為了減少采用在線下載方式顯示瓦片方式的眾多問題,相關(guān)人員決定采用開發(fā)移動端矢量引擎的方式來支持移動應用的開發(fā)。這種方式可以在移動端保存地圖矢量數(shù)據(jù),當需要顯示地圖時,矢量引擎可動態(tài)地渲染地圖。矢量數(shù)據(jù)相比瓦片數(shù)據(jù)體積極小,只需幾百兆即可保存廣東和港澳數(shù)據(jù)。移動端可下載整個區(qū)域的地圖離線包,使軟件可以離線使用地圖功能。同時,它還能提供在線實時矢量分片的下載,下載后的分片矢量數(shù)據(jù)即保存到了移動端,再次使用時不需要重復下載。這樣,既節(jié)省了流量,又在移動端沒有下載安裝地圖離線包的情況下可在線使用地圖功能。使用矢量引擎可使地圖顯示的效果更好、內(nèi)容可變化,瀏覽地圖速度更快,應用的二次開發(fā)更靈活。
由于技術(shù)難度大,可采用快速原型開發(fā)的方法,優(yōu)先選擇Android操作系統(tǒng)作為第一個原型的運行系統(tǒng)來完成矢量引擎和SDK原型開發(fā)。開發(fā)成功后,采用移植的方式,將矢量引擎和SDK移植到iOS操作系統(tǒng)。由于需要系統(tǒng)移植,決定采用可移植性高的C++語言作為開發(fā)語言。
交通地理信息數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)作為基礎(chǔ)平臺系統(tǒng),為外部眾多系統(tǒng)提供應用功能支撐和數(shù)據(jù)支持。外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)也可以將自己的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳保存到共享系統(tǒng),再以服務(wù)的方式發(fā)布為專題應用,在自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中直接調(diào)用服務(wù)來開發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。為了能夠有效管理數(shù)據(jù)和服務(wù),需要有相應的管理系統(tǒng)作為支撐。為了保證服務(wù)和數(shù)據(jù)的安全,需要有細分的權(quán)限管理功能,確保服務(wù)、數(shù)據(jù)的使用者有相應的使用權(quán)限,拒絕為無權(quán)限者提供服務(wù)。
至此,對數(shù)據(jù)、服務(wù)和用戶的管理成為系統(tǒng)的重點功能之一。由于數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)多樣、服務(wù)種類多、用戶角色多、權(quán)限細分多,所以,需要對管理系統(tǒng)進行抽象、全局的考慮,進行科學、合理的設(shè)計。合理的管理系統(tǒng)設(shè)計可以對未來共享系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、服務(wù)、用戶進行更科學的管理,同時,該系統(tǒng)堅持建用并舉,為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供在線服務(wù)和技術(shù)支持。
基于交通地理信息的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng),可以綜合展示功能集成,提供應用示范,并對系統(tǒng)進行相應的管理。該系統(tǒng)為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供后臺數(shù)據(jù)管理平臺,實現(xiàn)對集成GIS數(shù)據(jù)的處理和管理,對交通基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理和管理,對在線和離線數(shù)據(jù)的發(fā)布和權(quán)限管理,同時,建立起標準化體系、系統(tǒng)管理體系、數(shù)據(jù)管理體系、運維和安全體系。另外,本課題所設(shè)計的這個基于交通地理信息的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng),符合當今交通管理部門的使用需求,也具有重要的社會意義。
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〔編輯:白潔〕
TP311.1
A
10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.142
2095-6835(2017)13-0142-03