高智文，張學(xué)東，張健欽，申兆慕，張安

(北京建筑大學(xué)，北京 100044)

1 引 言

近年來隨著居民購買力不斷增強(qiáng)，城市機(jī)動車保有量呈連年增長趨勢。伴隨著私家車數(shù)量的不斷增加，停車難已經(jīng)成為一個越來越嚴(yán)重的全國性問題。截至2018年4月，北京市共有車位約382萬個，但全市機(jī)動車總量已達(dá)596.8萬輛，數(shù)量幾乎是現(xiàn)有車位的2倍。在小汽車停車需求快速增長的背景下，目前大城市的停車系統(tǒng)建設(shè)還未能形成一個完整的結(jié)構(gòu)體系，對于城市規(guī)劃管理者來說，由于停車信息匱乏，整體城市停車信息把握不良造成的現(xiàn)有停車場忙閑不均，停車潛力沒有得到進(jìn)一步開發(fā)。傳統(tǒng)停車系統(tǒng)由于智能化、信息化程度不足，對于城市停車信息的可視化與分析能力較弱，造成城市停車難和管理難的問題愈發(fā)突出[1～3]。因此，本文以北京市西城區(qū)為例，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，利用“地磁傳感儀”感應(yīng)車位狀態(tài)，采集停車場基本信息、實(shí)時信息、整合城市停車資源，依托平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，使其具有跨部門數(shù)據(jù)聯(lián)動能力，實(shí)現(xiàn)公眾服務(wù)、行業(yè)監(jiān)管的決策功能，同時更好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可視化展示與分析[4，5]。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 WebGIS技術(shù)框架

WebGIS是指通過Internet平臺創(chuàng)建，采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)地理信息采集和空間平臺信息共享的大型綜合化地理信息系統(tǒng)。WebGIS是傳統(tǒng)的GIS在網(wǎng)絡(luò)上的延伸和發(fā)展，利用互聯(lián)網(wǎng)對地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享和互操作，其客戶端采用Web瀏覽器，如Chrome、IE、FireFox等，用戶可通過瀏覽器無縫訪問來自多個WebGIS服務(wù)器發(fā)布的空間數(shù)據(jù)，并使用來自多個服務(wù)器節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)[6]。

停車監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)包含的信息多種多樣，主要包括該系統(tǒng)建設(shè)完成后的基本靜態(tài)信息，如停車場的空間位置、各個停車場的車位數(shù)、停車場權(quán)屬類型等；系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的實(shí)時動態(tài)信息，如停車場實(shí)時空余車位數(shù)、15分鐘內(nèi)停車場進(jìn)出流量等。

上述信息除了具有一般信息的所有特性外，還具有以下獨(dú)特特征：空間分布性、數(shù)據(jù)量大和時序特性。鑒于此，本系統(tǒng)采用具有時空信息采集、存儲、管理、分析和表達(dá)能力的地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，以滿足停車監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)運(yùn)行信息的有效共享與發(fā)布[7～10]。又由于運(yùn)行信息要求及時網(wǎng)絡(luò)共享，這就要求實(shí)現(xiàn)不同的人員從不同的地點(diǎn)以不同的接入方式訪問和操作共同的數(shù)據(jù)。因此，本系統(tǒng)更適合使用基于瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)技術(shù)。

2.2 GeoSever底圖服務(wù)

GeoServer是開源的底圖發(fā)布工具，是基于OpenGIS Web服務(wù)器規(guī)范的J2EE實(shí)現(xiàn)的，利用GeoServer可以方便地發(fā)布地圖數(shù)據(jù)，允許用戶對特征數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、刪除、插入操作。支持PostgreSQL、Oracle、MySQL等多種數(shù)據(jù)庫[11]。

將停車場與停車誘導(dǎo)屏的靜態(tài)數(shù)據(jù)，處理、分類、存儲到PostgreSQL數(shù)據(jù)庫后，便可以通過GeoServer將PostgreSQL中的停車場數(shù)據(jù)以圖層形式進(jìn)行發(fā)布，在WebGIS系統(tǒng)前臺通過服務(wù)地址進(jìn)行調(diào)用，并在地圖上進(jìn)行渲染。

2.3 基于JS的開源交互式地圖框架

Leaflet是一個開源的地圖Javascript庫，目前版本已更新到1.3.4，具有開發(fā)在線地圖的大部分功能，適用于開發(fā)中大型在線GIS應(yīng)用。Leaflet提供可讀性強(qiáng)的API文檔和源碼，本身不僅支持舊的瀏覽器訪問，而且更好地支持HTML5和CSS3。Leaflet采用面向?qū)ο笤O(shè)計，封裝性好，并且提供了很多專業(yè)的第三方Javascript插件來擴(kuò)展自身的功能，從而滿足WebGIS對地圖的各種查詢、分析、渲染等操作[12]。

2.4 智能停車檢測設(shè)備

地磁傳感器是通過探測車輛通過時對地球磁場產(chǎn)生的擾動來探測車輛。地球的磁場在幾公里之內(nèi)基本上是恒定的，但大型的鐵磁性物體會對地球磁場產(chǎn)生巨大的擾動，地磁傳感器可以分辨出地球磁場六千分之一的變化，而當(dāng)車輛通過時對地磁的影響將達(dá)到地磁強(qiáng)度的幾分之一，因此利用地磁傳感器來探測車輛，具有極高的靈敏度。地磁傳感器可用于檢測車輛的存在和車型識別，具有安裝尺寸小、靈敏度高、施工量小、使用壽命長，對路面破壞小等優(yōu)點(diǎn)，在停車監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)中起到非常重要的作用。利用地磁傳感器采集到的停車狀況，通過計算機(jī)匯總并傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器與停車誘導(dǎo)屏，可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)停車數(shù)據(jù)的采集，再經(jīng)計算機(jī)前端可視化展示，從而實(shí)現(xiàn)對停車場的實(shí)時監(jiān)測，整體流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體流程圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

針對停車誘導(dǎo)屏和城市停車場的空間分布與信息管理，結(jié)合管理決策部門的需求以及停車監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)運(yùn)行信息自身特點(diǎn)，本文設(shè)計了一個較全面的停車監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能分為實(shí)時監(jiān)測、統(tǒng)計分析、誘導(dǎo)管理三大模塊。

實(shí)時監(jiān)測模塊通過豐富的可視化效果將各停車場的地理位置、空余車位情況、以及2小時內(nèi)車位變化等實(shí)時動態(tài)信息生動、直觀地表達(dá)出來，便于使用者獲取信息。統(tǒng)計分析模塊借助空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)對停車系統(tǒng)運(yùn)行后形成的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而為有關(guān)部門提供決策支持。誘導(dǎo)管理模塊可對各級別誘導(dǎo)屏數(shù)據(jù)分級管理，并支持圖表聯(lián)動定位誘導(dǎo)屏的空間位置，具體功能設(shè)計如圖2所示。

圖2 停車監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)總體功能

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)上述功能設(shè)計，可將數(shù)據(jù)表設(shè)為：停車場靜態(tài)信息表、停車場流量實(shí)時信息表、停車誘導(dǎo)屏信息表，具體字段與表結(jié)構(gòu)如表1～表3所示。

停車場靜態(tài)信息表 表1

停車場流量實(shí)時信息表 表2

續(xù)表2

停車誘導(dǎo)屏信息表 表3

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，主要分為數(shù)據(jù)庫管理、后臺邏輯、Web端表現(xiàn)三層結(jié)構(gòu)[13～20]。數(shù)據(jù)庫管理層采用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫；后臺邏輯層采用Spring MVC的后臺框架并結(jié)合Mybatis技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與前臺程序的通信；Web端表現(xiàn)層的系統(tǒng)前臺采取HTML+CSS+JavaScript的開發(fā)模式，通過Mapbox底圖框架、leaflet地圖插件與ECharts圖表庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)，利用GeoServer開源地圖服務(wù)器發(fā)布系統(tǒng)所需的地圖服務(wù)，并通過Tomcat進(jìn)行軟件部署，系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 實(shí)時停車場監(jiān)測模塊

該模塊主要對區(qū)域所屬停車場的實(shí)時狀態(tài)信息進(jìn)行展示、分析與發(fā)布。為滿足管理者對各停車場狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測的需求，系統(tǒng)數(shù)據(jù)15分鐘自動刷新一次。效果如圖4所示，其中不同顏色的停車場點(diǎn)位代表停車場空余車位的狀態(tài)，顏色越深代表空余車位越少，點(diǎn)擊彈出框內(nèi)包含此停車場的實(shí)時狀態(tài)信息與2小時內(nèi)空余車位變化曲線圖，為管理者提供參考。右側(cè)統(tǒng)計分析分頁中以柱狀圖的形式展示了周轉(zhuǎn)率最高與最低前5名的停車場。下方默認(rèn)展示3個重點(diǎn)停車場一周內(nèi)的流量統(tǒng)計并可直觀比較。右側(cè)停車場信息管理分頁中以列表的形式展示西城區(qū)全部停車場名稱、類型、總車位與當(dāng)前空余車位，通過單擊每條記錄可在地圖中定位。左上角圖層控制器控制地圖上的動態(tài)熱力圖顯隱，該動態(tài)熱力圖以實(shí)時空余車位為渲染值，顏色越深代表空余車位越少，停車越困難，效果如圖5所示。

圖4 實(shí)時停車場監(jiān)測模塊

圖5 動態(tài)熱力圖

4.2 停車場統(tǒng)計分析模塊

該模塊主要是對停車監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，為系統(tǒng)管理者綜合評價停車場運(yùn)行狀態(tài)，后期優(yōu)化調(diào)整提供參考。效果如圖6所示，右側(cè)統(tǒng)計分析分頁上方圖表可根據(jù)所選時間范圍生成該時間段內(nèi)的周轉(zhuǎn)率最高與最低前5名的停車場，并支持點(diǎn)擊定位該停車場。下方圖表可根據(jù)所選停車場(可多選)與時間范圍生成所選停車場在該時間段內(nèi)的流量變化，通過多柱狀圖的方式進(jìn)行比較，直觀地顯示出多目標(biāo)停車場的流量狀況及其之間的差值。

圖6 停車場統(tǒng)計分析模塊

4.3 停車誘導(dǎo)管理模塊

該模塊主要是對停車誘導(dǎo)屏信息進(jìn)行管理，誘導(dǎo)屏信息每15分鐘刷新一次，以期達(dá)到近實(shí)時監(jiān)測的效果。在地圖上將一、二、三級誘導(dǎo)屏分別以不同顏色的圖標(biāo)方式展示，點(diǎn)擊地圖上的誘導(dǎo)屏圖標(biāo)可彈出誘導(dǎo)屏的屏號、屏類別、安裝位置與顯示內(nèi)容。右側(cè)停車誘導(dǎo)分頁將西直門地區(qū)的一、二、三級誘導(dǎo)屏信息以列表形式展示，通過單擊每條誘導(dǎo)屏記錄可在地圖中進(jìn)行定位，效果圖如圖7所示。

圖7 停車誘導(dǎo)管理模塊

5 結(jié) 語

針對目前西城區(qū)管理部門面臨的區(qū)屬停車與誘導(dǎo)信息監(jiān)測問題，本文提出并設(shè)計了基于WebGIS的停車監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可跨平臺部署、可靠性高、穩(wěn)定性好，較好地完成了停車與誘導(dǎo)信息的可視化管理與綜合分析、共享與發(fā)布的需求。通過該系統(tǒng)不僅可以掌握西城區(qū)的實(shí)時停車動態(tài)變化，對各停車單位進(jìn)行監(jiān)督；還可以面向公眾需求發(fā)布停車位信息，引導(dǎo)車輛有序停車，從而降低公眾出行成本，方便群眾出行。此外，該系統(tǒng)還可以為科學(xué)誘導(dǎo)停車、停車流量預(yù)警、停車資源調(diào)配優(yōu)化、分析車輛停放規(guī)律等多種應(yīng)用提供支持與幫助。