基于ArcGISServer的交通出行路徑查詢系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

張金金，劉小明

(北方工業(yè)大學城市道路智能控制技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100144)

0 引言

在信息化和數(shù)字化日益發(fā)展的今天，通過有線電視、帶寬通信、無線通信等組成的家庭網(wǎng)絡［1］，以寬帶家庭網(wǎng)關(guān)、數(shù)字電視機頂盒、家庭信息機或智能終端等設備為中心，實現(xiàn)了基于寬帶通信的數(shù)字家庭［2］。數(shù)字家庭服務包括家庭娛樂、生活消費和社會公益類服務，近幾年數(shù)字家庭服務的快速發(fā)展，在我國已經(jīng)取得了一些成果，以家庭為核心的現(xiàn)代數(shù)字家庭服務產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，而家庭出行也在數(shù)字家庭服務產(chǎn)業(yè)中充當著重要的作用，隨著社會經(jīng)濟水平的提高，機動車數(shù)量越來越多，交通擁堵日益嚴重，人們對交通出行信息服務的需求也隨之增長。本文研究基于ArcGIS Server的數(shù)字家庭交通出行系統(tǒng)，方便出行者選擇合理的出行方式和出行時間，并向出行者提供駕車行駛路線的行程時間和行駛路程，使家庭出行更加便捷、高效和環(huán)保。

1 ArcGISServer簡介

ArcGISServer允許以跨企業(yè)和跨Web網(wǎng)絡的形式共享GIS資源。GIS資源指的是要與其他人共享的地圖、地球、地址定位器、地理數(shù)據(jù)庫和各種工具?？赏ㄟ^將這些資源存放在ArcGIS Server系統(tǒng)或GIS服務器中，允許客戶端應用程序使用這些資源和與這些資源進行交互來共享這些資源。共享GIS服務器上的GIS資源的主要好處與通過任何一種服務器技術(shù)來共享數(shù)據(jù)是相同的:可對數(shù)據(jù)進行集中管理、支持多個用戶以及可為客戶端提供最新的信息。Arc-GISServer的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 ArcGISServer的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)GIS服務器用于托管GIS資源(例如地圖、globe和地址定位器)并將它們作為服務呈現(xiàn)給客戶端應用程序。GIS服務器本身由2個不同的部分構(gòu)成:服務器對象管理器(SOM)和服務器對象容器(SOC)。顧名思義，SOM管理服務器上運行的服務。當客戶端應用程序請求使用某項特定服務時，這項服務實際上是由SOM為客戶端提供的。SOM可與一個或多個SOC相連接。SOC計算機用于托管由SOM管理的服務。根據(jù)配置的不同，可以選擇在不同的計算機上運行SOM和SOC，還可以使用多臺SOC計算機。

(2)Web服務器用于托管Web應用程序和服務，它們使用GIS服務器上運行的資源。

(3)客戶端是連接到ArcGIS Server Internet服務或ArcGISServer本地服務的Web應用程序、移動應用程序和桌面應用程序。

(4)數(shù)據(jù)服務器包含了以服務形式發(fā)布到GIS服務器上的GIS資源。這些資源可以是地圖文檔、地址定位器、Globe文檔、地理數(shù)據(jù)庫和工具箱。

(5)管理器與ArcCatalog管理員用來將GIS資源發(fā)布為服務。管理器是一個Web應用程序，它支持將GIS資源作為服務發(fā)布、管理GIS服務器以及在服務器上創(chuàng)建Web應用程序。

ArcCatalog中包括一個GIS服務器節(jié)點，用于向GIS服務器添加連接以便實現(xiàn)服務器的常規(guī)使用或?qū)崿F(xiàn)服務器屬性及服務的管理。

(6)ArcGISDesktop創(chuàng)作GIS資源(如即將發(fā)布到服務器中的地圖、地理處理工具和globe)，需要使用ArcGIS Desktop應用程序(如 ArcMap、ArcCatalog和ArcGlobe)。此外，如果想創(chuàng)建緩存地圖服務，則還需要使用ArcCatalog來創(chuàng)建緩存。

2 系統(tǒng)設計

2．1 設計原則

數(shù)字家庭交通出行信息服務模式以家庭為對象提供出行前信息查詢，面向家庭不同的出行群體和不同的信息需求，結(jié)合智能交通系統(tǒng)的規(guī)劃，充分利用現(xiàn)有資源，設計主要包括全市路況、交通視頻、交通出行、大型活動和停車查詢等5個模塊。

本設計以電視為媒介，面向的用戶是電視機日常使用者，電視機為遙控操作方式，因此應盡量減少需要輸入的信息，多提供選擇接口，以保證所有用戶只需通過選擇鍵的簡單操作，即達到查詢交通出行信息的目的，實現(xiàn)人機信息的交互。

總的來說，本設計針對目前城市居民出行信息的需求，面向不同的出行群體，提供更方便、更數(shù)字化、更智能化、更家庭化的服務。

2．2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)整體設計目標是利用電子地圖這種新媒體與數(shù)字家庭用戶進行信息交換，滿足用戶對交通信息的需求和輔助用戶進行出行方案的制定。

數(shù)字家庭信息服務軟件采用C/S結(jié)構(gòu)，客戶端采用機頂盒(Android平臺)，通過電視機顯示給用戶，服務器采用ArcGISServer 10 for the Java Platform。

交通出行信息服務系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)字家庭交通出行信息服務系統(tǒng)架構(gòu)圖

2．3 系統(tǒng)功能

數(shù)字家庭交通出行系統(tǒng)包括全市路況、交通視頻、交通出行、停車狀況和大型活動5個模塊，如圖3所示。

圖3 數(shù)字家庭交通出行系統(tǒng)功能模塊

1．全市路況。

該模塊為出行者提供全市交通擁堵或暢通情況，使出行者對全市路況全面了解，從而使出行者根據(jù)實時交通路況選擇合適的出行時間，節(jié)約出行成本，減少環(huán)境污染，提高出行的效率。

2．交通視頻。

該模塊為出行者提供道路實時交通視頻，如當前道路擁堵視頻、路段事故視頻、道路現(xiàn)場施工視頻等，以便出行者更加直觀地了解道路交通，選擇合理的交通路線。

3．交通出行，包括路況查詢和地鐵查詢2個模塊。

(1)路況查詢。

該模塊為出行者提供最佳出行路線，出行者可根據(jù)出行時間查詢，返回按路程最短和時間最短的出行路線，在此模塊考慮到用戶和電視機的交互，起點、終點的輸入均采用下拉提示的功能，盡可能減少用戶輸入的操作，以提高操作的靈活性。

(2)地鐵查詢。

該模塊為出行者提供最佳地鐵換乘路線，出行者可根據(jù)出行目的地進行查詢，返回換乘次數(shù)和最少的換乘方案，在此模塊考慮到用戶和電視機的交互，起點、終點的輸入均采用下拉提示的功能，盡可能減少用戶輸入的操作，以提高操作的靈活性。

4．停車狀況。

停車查詢主要包括停車場查詢、臨時停車位查詢及停車位管制3部分。每部分都由停車路徑查詢、停車位查詢及費用查詢3個模塊組成。停車查詢方式是用戶根據(jù)自己需求在地圖上選擇已知停車場位置，模塊可自動出現(xiàn)附近停車場名稱以供選擇，用戶選擇目標停車場名稱即可。

(1)停車路徑查詢。

用戶選擇目標停車場名稱后，該模塊可顯示從用戶位置到停車場位置路徑選擇，并提供每條路徑行程時間，以供用戶選擇。該模塊設有最短路徑和最短時間2個選項及相關(guān)文字提示信息，以便用戶更快捷地選擇出行路線。

該模塊還包括臨時停車位信息的發(fā)布及路徑查詢、停車場管制信息。如果目標停車場被管制禁用，該模塊會主動向用戶推薦周邊相鄰停車場，并顯示地圖路徑、剩余停車位等相關(guān)信息。

(2)停車位查詢。

用戶選擇目標停車場名稱后，可查詢剩余停車位以及一定時間內(nèi)剩余停車位預測，以保障用戶可以得到在到達目標停車場時是否有停車位的信息，如果沒有停車位，可提前選擇其他停車場。

(3)費用查詢。

在用戶選擇目標停車場時，該模塊可查詢并顯示目標停車場的費用，包括計時及承包車位。同時，周邊停車場也會顯示在地圖上，以供用戶選擇，在用戶選擇后還可顯示其費用查詢界面，以供用戶作比較。

5．大型活動。

該模塊為用戶提供大型活動舉辦地周圍的道路交通狀況，比如運動會、演唱會、商演會等大型活動舉辦地的實時交通情況，使出行避開此路段，提高出行效率。

6．輔助功能模塊。

該模塊主要功能是提供對交通出行有影響的相關(guān)信息，包括交通狀況動態(tài)滾動信息、日期以及天氣狀況等，并固定駐留在客戶端屏幕下方，以推送方式提示用戶。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3．1 電子地圖的制作與發(fā)布

圖4 地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(左)和路徑圖層(右)

在進行動態(tài)路徑分析之前，必須進行電子地圖的準備和發(fā)布，可通過ArcCatalog和ArcMap分別完成。(1)打開ArcCatalog軟件，將地圖元數(shù)據(jù)放在文件夾數(shù)據(jù)庫中(如 BeijingGeodatabase．gdb，見圖 4 左)，新建要素數(shù)據(jù)集，在要素數(shù)據(jù)集里導入將要進行路網(wǎng)構(gòu)建的道路要素類(能夠構(gòu)成路網(wǎng)的點和線);(2)對要素數(shù)據(jù)集進行構(gòu)建生成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集，將網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集的權(quán)重設置為旅行時間;(3)將構(gòu)建好的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集在ArcMap中打開，在工具欄中找到Network Analyst，打開新建路徑(New Route)，新建一個路徑圖層(見圖4右)，然后將數(shù)據(jù)保存為．mxd文件，生成地圖文件，并通過ArcCatalog或ArcGIS Server管理界面進行地圖的發(fā)布。

3．2 動態(tài)流量表的建立

道路上交通流量的多少對行駛時間的長短有直接的影響，通過ArcGISNetwork Analyst擴展模塊，可使用歷史流量表來構(gòu)建在網(wǎng)絡元素上行駛的基于時間的成本模型。這樣，出行的行駛時間和抵達時間就會更加可靠，并且實際所花費的行駛時間可能會少于在忽略流量模式情況下所花費的行駛時間。首先，建立不同時間段、不同交通流量下的路段行駛時間相對于車輛自由流動下行駛時間倍數(shù)的歷史流量剖析表;其次，建立路段流量剖析連接表來建立路段和流量之間的連接，在這里需注意以下幾個問題:(1)各路段要素都要有一個唯一標識符ObjectID值，“路段—流量剖析”連接表通過唯一標識符在路段與其各種流量剖析之間建立關(guān)系;(2)“路段-流量剖析”連接表必須填寫字段如邊要素類標識符(EdgeFCID)、邊要素標識符(EdgeFID)、邊的起始位置(EdgeFrmPos)、邊的終始位置(EdgeToPos)、基本行駛時間字段(FreeflowMinutes、FreeflowSeconds)、星期字段(ProfileID)等，保證連接表可以標識到一周中每天路段的要素、自由流動行駛時間等。歷史流量剖析表和路段流量剖析連接表如圖5和圖6所示。

圖5 歷史流量剖析表

圖6 路段流量剖析表

3．3 動態(tài)路徑的實現(xiàn)

打開ArcCatalog軟件，在文件夾數(shù)據(jù)庫新建要素集，將要構(gòu)成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集的線或點要素添加到要素集中，然后構(gòu)建網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集，將歷史流量剖析表和路段流量剖析連接表配置到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集中，然后在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集中創(chuàng)建旅行時間屬性，最后完成構(gòu)建。將構(gòu)建好的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集添加到ArcMap中，保存為．mxd文件，通過ArcMap的二次接口完成動態(tài)路徑的查詢，如圖7和圖8所示為同一天中不同時段查詢相同2點之間的路徑以及所需時間和路徑長度。動態(tài)路徑查詢流程如圖9所示。

圖7 圖形選擇1～圖形選擇2的動態(tài)路徑(8:00開始)

圖8 圖形選擇1～圖形選擇2的動態(tài)路徑(18:00開始)

圖9 路經(jīng)查詢程序流程圖

4 數(shù)字家庭交通出行平臺的實現(xiàn)

數(shù)字家庭交通出行平臺采用C/S結(jié)構(gòu)，以內(nèi)置Android系統(tǒng)的機頂盒為客戶端，通過電視機顯示出行服務界面。開發(fā)時將 Eclipse環(huán)境與 ArcGIS for Android插件相結(jié)合，應用Java語言進行開發(fā)，實現(xiàn)包括全市路況、交通視頻、交通出行、停車狀況和大型活動等5個主要的功能模塊以及輔助功能模塊，主界面如圖10所示。以交通出行模塊為例，當需要查詢路徑時，選擇交通出行進入路經(jīng)查詢界面，輸入起終點，即可進行查詢，如圖11所示。駕車出行的用戶可點擊路經(jīng)查詢結(jié)果，獲取詳細的路線，若需要進一步了解每一段路徑長度和行程時間的信息，可以點擊地圖上對應的線路，地圖直接返回所需要的信息，如圖12所示。

圖10 數(shù)字家庭交通出行主界面

圖11 路徑查詢界面

圖12 路徑分段信息圖

5 結(jié)束語

基于 ArcGIS Server的開放性，可方便地應用ArcGISServer進行地圖的發(fā)布和管理操作，通過Arc-GISServer的網(wǎng)絡分析功能實現(xiàn)數(shù)字家庭交通出行動態(tài)路經(jīng)查詢功能，操作簡單，該系統(tǒng)運行于機頂盒終端為電視，可方便地通過電視機遙控器進行操作，并進行相關(guān)模塊的查詢，能幫助客戶在娛樂的同時進行出行信息的查詢，節(jié)省出行時間，提高出行效率，節(jié)約資源，具有一定的工程使用價值。

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