基于路燈燈桿號報警定位系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

魏金明，仲偉政，張廣春，王國峰

（濟南市勘察測繪研究院，山東濟南 250013）

一、引 言

隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術的飛速發(fā)展，GIS在國民經(jīng)濟和社會生活中得到了越來越廣泛的應用［1］，而警務工作更是與GIS結合緊密的一個領域。目前，GIS已在我國許多城市的公安部門的一些警種中被采用，并在一定程度上發(fā)揮著重要作用。北京奧運會、上海世博會、亞運會、全運會等重大社會活動的安保工作都已引入了GIS。

警務工作的每一項內(nèi)容都與地理位置有關［2］，并且警務工作的一個重要任務就是快速準確地確定案發(fā)地。在城市中，與地理位置密切相關又便于尋找的是遍布城市每條道路、深入城市各個角落的路燈燈桿。路燈作為城市公用基礎設施的重要組成部分，不僅是一種照明工具，還可用于報警定位。在路燈燈桿上粘貼醒目的燈桿號后，便可通過燈桿號在地圖上方便、快捷地定位到具體位置，實施快速定位、路徑規(guī)劃等相關工作。當前，我國許多城市都在建設基于路燈燈桿號的報警定位系統(tǒng)，如北京、深圳、濟南等?；跓魲U號的報警定位，可以避免當事人因陌生、緊張、恐懼等原因說不清具體事發(fā)位置的現(xiàn)象，有利于警務人員迅速出警，提高辦案效率。本文針對濟南高新區(qū)，制定了一種路燈燈桿號編碼規(guī)則，制作了標準化的地理底圖，研發(fā)了基于路燈燈桿號的報警定位系統(tǒng)，并實現(xiàn)了路燈燈桿號的快速定位、路徑規(guī)劃、打印輸出等功能。

二、燈桿編號

燈桿編號是對路燈燈桿的唯一編碼，它如同燈桿的身份證。有了燈桿編號，便可確定唯一的路燈燈桿，進而確定其位置。路燈編號遵循唯一性、簡捷性、易記性的原則，具體的編碼規(guī)則為:

1）路燈編號由道路名稱和路段編碼兩部分組成，其表達式為

2）道路名稱為該路燈所在道路的名稱。

3）路段編碼為路燈在所屬道路的唯一標識碼，針對濟南高新區(qū)的道路特點，用3位數(shù)字編碼表示。

4）位于路東（路北）的路段編碼用奇數(shù)表示，編碼由北向南（由東向西）依次為001，003，…，L，其中，L的最大值為999；位于路西（路南）的路段編碼用偶數(shù)表示，編碼由北向南（由東向西）依次為002，004，…，M，其中，M的最大值為 998。

5）道路同側相鄰路燈的間距為25 m，當一條道路遇到路口未安裝路燈時，將路口處路段編碼保留，如路口左側編碼為026，保留路口編碼028，路口右側編碼為030。

路燈編號印刷在20 cm×13.6 cm的專用貼紙上，采用黑體字體，粘貼在離地面1.70 m處，其效果如圖1所示。

圖1 路燈編號效果圖

三、數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)準備指利用數(shù)據(jù)處理工具，將原始數(shù)據(jù)處理為便于系統(tǒng)瀏覽和存儲的標準化數(shù)據(jù)，并將其存入數(shù)據(jù)庫。

1.數(shù)據(jù)種類

原始數(shù)據(jù)包括CAD地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和路燈數(shù)據(jù)。CAD地形數(shù)據(jù)是實測1∶2000標準地形數(shù)據(jù)；影像數(shù)據(jù)是最新航測數(shù)據(jù)；路燈數(shù)據(jù)是包含坐標信息的現(xiàn)實屬性數(shù)據(jù)。

標準化數(shù)據(jù)包括標準底圖和應用圖兩部分。標準底圖由矢量數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)組成，其中，矢量數(shù)據(jù)分為道路、植被、房屋、其他特征4類；應用圖為路燈、單位、道路的矢量數(shù)據(jù)。標準化數(shù)據(jù)分類如圖2所示。

圖2 標準化數(shù)據(jù)分類圖

2.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理指將原始數(shù)據(jù)處理成標準化數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)分層、矢量化、配準糾正、矢量點生成等過程。數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

1）數(shù)據(jù)分層。數(shù)據(jù)分層是對CAD數(shù)據(jù)進行標準化分層，將其分為道路線、道路面、道路注記、植被線、植被面、房屋線、房屋面、房屋注記、其他線、其他面、其他注記共11層，以便于生成標準化的矢量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分層可利用AutoCAD軟件經(jīng)過信息篩選、信息刪減、信息合并等過程實現(xiàn)。

圖3 數(shù)據(jù)處理流程圖

2）矢量化。矢量化的目的是制作矢量數(shù)據(jù)（Shapefile）。對于標準分層的CAD數(shù)據(jù)，首先通過ArcGIS軟件將其轉換為分層的Shapefile矢量數(shù)據(jù)；然后對關鍵數(shù)據(jù)進行處理，以消除冗余數(shù)據(jù)等。矢量化后的數(shù)據(jù)分為線層、面層、注記層3大類共11種數(shù)據(jù)，對其進行有序組合和符號化可生成矢量標準底圖。

3）配準糾正。配準糾正的目的是將數(shù)據(jù)賦予統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)，本文針對濟南高新區(qū)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采用濟南獨立坐標系統(tǒng)。濟南獨立坐標系又稱正濟南坐標系，建立于1993年，是對1955年濟南市大地測量控制網(wǎng)改造后的高斯正形投影平面坐標系統(tǒng)［3］。對于原始影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)配準、正射糾正等操作便可生成標準影像底圖。

4）矢量點生成。矢量點生成是根據(jù)路燈數(shù)據(jù)的坐標信息生成矢量點，并賦予相應屬性的過程。矢量點生成利用ArcGIS軟件來實現(xiàn)，其燈桿號屬性是燈桿定位的依據(jù)。

另外，對房屋注記進行類型轉換、信息篩選等操作可生成單位矢量點；對道路矢量線進行編輯、信息提取、網(wǎng)絡化等操作可生成道路中心線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)入庫

數(shù)據(jù)入庫指將標準化數(shù)據(jù)存儲入庫，以便對其有效地組織、管理和應用。本文采用用ArcSDE和SQL Server存儲數(shù)據(jù)。

ArcSDE是美國Esri公司推出的空間數(shù)據(jù)庫引擎，使用ArcSDE對數(shù)據(jù)存儲和管理具有以下特點:①可將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集成在通用的商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)有機地組織與管理；②利用商用數(shù)據(jù)庫的安全機制，保障了數(shù)據(jù)的安全；③采用真正的C/S結構，可在任何基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡上運行，并支持多用戶并發(fā)訪問，即多個用戶可以同時對同一數(shù)據(jù)源進行操作［4］；④ 提供了一套完整的空間數(shù)據(jù)版本管理機制和策略，高效地解決了空間數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問和多用戶編輯的瓶頸［5］。

存儲入庫的空間數(shù)據(jù)可分成柵格和矢量兩種，本文將其分為影像數(shù)據(jù)、底圖矢量數(shù)據(jù)、應用矢量數(shù)據(jù)3大類，以便于組織和管理。各類數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫的關系如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫關系

1）應用矢量數(shù)據(jù)。應用矢量數(shù)據(jù)包括路燈矢量點、單位矢量點、道路中心線3層。路燈矢量點、單位矢量點以要素類（Feature Class）的形式存儲在ArcSDE數(shù)據(jù)庫中，道路中心線則以要素集（Feature Datasets）的形式存儲。存儲后的數(shù)據(jù)保存了原數(shù)據(jù)的空間特性和屬性特性，可以方便地進行瀏覽、編輯和應用，是系統(tǒng)操作的應用數(shù)據(jù)。

2）底圖矢量數(shù)據(jù)。底圖矢量數(shù)據(jù)以要素類（Feature Class）的形式存儲，有利于管理和瀏覽。它包括道路線、道路面、道路注記、植被線、植被面、房屋線、房屋面、房屋注記、其他線、其他面、其他注記共11層，是標準底圖中的矢量圖。

3）影像數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)以柵格數(shù)據(jù)集（Raster Dataset）的形式存儲，具有瀏覽速度快、支持服務發(fā)布的特點。它的范圍為整個濟南高新區(qū)，是標準底圖中的影像圖。

四、系統(tǒng)實現(xiàn)

為實現(xiàn)基于路燈燈桿號的快速定位、路徑規(guī)劃等功能，筆者基于ArcGIS Engine組件開發(fā)了路燈燈桿號報警定位系統(tǒng)。

1.ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是Esri公司推出的可構建定制GIS桌面應用程序的一個完整的嵌入式GIS組件庫。ArcGIS Engine包括構建ArcGIS產(chǎn)品ArcView、ArcEditor、ArcInfo和 ArcGIS Server的所有核心組件，使用ArcGIS Engine可以創(chuàng)建獨立界面版本的應用程序，或者對現(xiàn)有的應用程序進行擴展，為GIS和非GIS用戶提供專門的空間解決方案。

ArcGIS Engine提供了COM、.NET和C++的應用程序編程接口（API）。這些編程接口包括一系列高層次的組件，可以讓編程人員為現(xiàn)有的應用程序添加動態(tài)制圖和GIS功能，或者創(chuàng)建新的制圖和GIS解決方案。開發(fā)人員可以使用多種具有行業(yè)標準的交互式開發(fā)環(huán)境來創(chuàng)建專門的應用程序，可以方便、快捷地開發(fā)應用系統(tǒng)，并且保證系統(tǒng)的安裝、使用便捷穩(wěn)定。

2.系統(tǒng)功能

路燈燈桿號報警定位系統(tǒng)提供了快速定位、路徑規(guī)劃、打印輸出等功能。系統(tǒng)界面如圖5所示。

圖5 路燈燈桿號報警定位系統(tǒng)界面

1）快速定位。快速定位要求能快速、準確地輸入燈桿號，并對燈桿號進行地圖定位。針對燈桿號由道路名稱和路段編碼組成的特點，系統(tǒng)提供了兩種燈桿號輸入方法。一種是通過選擇道路和編號的方法自動生成準確的燈桿號；另一種是直接寫入準確的燈桿號。輸入燈桿號后，點擊查找按鈕執(zhí)行操作。如果燈桿號不準確，系統(tǒng)將自動提示。準確燈桿號的路燈會在地圖上定位選中，并在圖上標注出最近單位和最近距離，同時最近警務室也顯示在警務室輸入框內(nèi)，以便進行路徑規(guī)劃。

2）路徑規(guī)劃。路徑規(guī)劃是畫出路燈到警務室的最短路徑。輸入準確的燈桿號和警務室名稱后，點擊規(guī)劃路徑按鈕執(zhí)行操作。以警務室為起點、路燈為終點的路徑會在地圖上繪制定位，并標注出起止點和路徑距離。路徑規(guī)劃效果如圖6所示。

圖6 路徑規(guī)劃效果圖

3）打印輸出:系統(tǒng)提供打印輸出功能，可以直接打印圖形視窗內(nèi)的地圖，也可將地圖以圖片格式（JPG、BMP等）輸出，方便警務工作使用。

除上述功能之外，系統(tǒng)還提供了地圖瀏覽、圖層管理、量測、信息查看等功能。

五、結束語

本文針對濟南高新區(qū)路燈報警定位工作，開發(fā)了路燈燈桿號報警定位系統(tǒng)。系統(tǒng)以標準化底圖為地理背景，借助規(guī)范化路燈燈桿號和ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，采用ArcGIS Engine開發(fā)組件，實現(xiàn)了路燈燈桿號的快速定位、路徑規(guī)劃、打印輸出等功能。系統(tǒng)在濟南高新區(qū)警務室的燈桿報警定位、路徑規(guī)劃等工作中發(fā)揮了積極作用。同時，系統(tǒng)尚有可擴展和完備的空間，如可與高新區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)，第一時間查看事發(fā)點附近的監(jiān)控信息，有利于案件的處置，也可增加三維模型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)突發(fā)事件的警務預案處置工作。

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