車載GPS軌跡管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

單梅

摘要：隨著移動(dòng)終端、車聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，人們能夠方便的獲取成本低、更新快的車載GPS軌跡數(shù)據(jù)，但目前沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一高效的管理系統(tǒng)來(lái)對(duì)車載GPS軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，因此有必要設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)車載GPS軌跡特性的管理系統(tǒng)。在以上背景下，本文進(jìn)行了用戶界面設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，再將用戶界面和數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接起來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)為用戶界面提供有效的數(shù)據(jù)信息，用戶界面對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、管理、繪制、距離查詢等操作。

關(guān)鍵詞：GPS軌跡;用戶界面;數(shù)據(jù)庫(kù);對(duì)象

0 ?引言

GPS軌跡是將若干時(shí)空連續(xù)的GPS數(shù)據(jù)連接形成的曲線。隨著移動(dòng)終端、車聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，以及GPS全球定位跟蹤系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得人們能夠方便的獲取采集成本低、更新速度快和覆蓋范圍廣的車載GPS軌跡數(shù)據(jù)。GPS軌跡數(shù)據(jù)已經(jīng)在車輛導(dǎo)航領(lǐng)域廣泛運(yùn)用，但沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一、高效的管理系統(tǒng)對(duì)車載GPS軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析。因此有必要設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)車載GPS軌跡特性的管理系統(tǒng)。

1 ?國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

GPS軌跡數(shù)據(jù)具有成本低、更新快和范圍廣泛等時(shí)間特性和空間特性。世界上很多組織都對(duì)這些簡(jiǎn)單易用的數(shù)據(jù)開展了研究，許多研究人員投身到這項(xiàng)事業(yè)中，朱雙嚴(yán)[1]設(shè)計(jì)開發(fā)了車輛軌跡捕獲信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)由Android客戶端、服務(wù)端與Web查詢網(wǎng)站三大部分組成，通過(guò)Android移動(dòng)端實(shí)時(shí)定位，并收集軌跡點(diǎn)與計(jì)算公里數(shù)，Web查詢網(wǎng)站則取出得到的軌跡點(diǎn)，繪制車輛行駛的歷史軌跡。張建學(xué)[2]通過(guò)對(duì)GPS飛行軌跡軟件的需求分析研究，設(shè)計(jì)開發(fā)了滿足實(shí)際需要的軟件結(jié)構(gòu)體系。張治華[3]主要研究的是面向?qū)ο蟮能壽E數(shù)據(jù)分割方法設(shè)計(jì)、出行端點(diǎn)提取方法研究、出行方式判別研究等。

目前，我國(guó)GIS產(chǎn)品在應(yīng)用規(guī)模上處于國(guó)際領(lǐng)先地位，但就系統(tǒng)技術(shù)含量和產(chǎn)品性能來(lái)說(shuō)，我們?nèi)蕴幵诎l(fā)展階段。隨著GPS定位技術(shù)、GIS工程軟件以及電子地圖的發(fā)展，GPS軌跡數(shù)據(jù)管理技術(shù)日趨成熟，其擴(kuò)展性能也不斷增強(qiáng)，除了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理外，又需要滿足特殊用戶的特殊需求，具有相當(dāng)可觀的發(fā)展前景。

車載GPS軌跡管理系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，運(yùn)用SQL Server語(yǔ)句和C#編程語(yǔ)言，在SQL Server和Visual Studio等軟件的支撐下進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以獲取需要的軌跡，以及進(jìn)行軌跡運(yùn)算，為系統(tǒng)決策提供有力支持。

本文主要研究了以下幾個(gè)方面：

①用戶界面設(shè)計(jì)：通過(guò)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)用戶界面，要在用戶界面上實(shí)現(xiàn)軌跡數(shù)據(jù)的分析、查詢、編輯等功能，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)軌跡的繪制。

②數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：可以通過(guò)SQL Server軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，根據(jù)軌跡的屬性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)表，用設(shè)計(jì)完成的表來(lái)存儲(chǔ)GPS軌跡數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)表應(yīng)該清晰簡(jiǎn)潔，完整的表示軌跡的所有屬性。

③管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與檢驗(yàn)：需要通過(guò)GPS定位采集軌跡數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中，能夠在用戶界面上進(jìn)行調(diào)用，最終完成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與檢驗(yàn)。

2 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)概述

車載GPS軌跡管理系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，運(yùn)用SQL Server語(yǔ)句和C#編程語(yǔ)言，在SQL Server和Visual Studio等軟件的支撐下進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。GPS軌跡管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)GPS軌跡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、查詢檢索、輸入輸出等功能。GPS軌跡信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，它將促進(jìn)信息化發(fā)展，有效實(shí)現(xiàn)大量移動(dòng)對(duì)象軌跡數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，提高數(shù)據(jù)使用效率，并進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)查詢檢索，為系統(tǒng)決策提供有力支持，總之對(duì)該系統(tǒng)的研發(fā)可以創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.1 權(quán)限管理功能

權(quán)限管理功能分為管理員登陸和用戶登陸。管理員登陸之后，允許管理員對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)代碼進(jìn)行修改操作，即管理員可以對(duì)系統(tǒng)的所有功能進(jìn)行操作。用戶登陸之后，僅允許用戶對(duì)一部分功能進(jìn)行操作。

2.1.2 數(shù)據(jù)輸入功能

通過(guò)移動(dòng)通訊設(shè)備獲得采集成本低、更新速度快和覆蓋范圍廣的GPS軌跡數(shù)據(jù)，將獲得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。使用數(shù)據(jù)時(shí)，在用戶界面中調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入。

2.1.3 查詢功能

查詢功能實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS軌跡的距離查詢、時(shí)間查詢等操作。距離查詢是按照用戶的要求查詢軌跡到目標(biāo)點(diǎn)的距離，或者查詢軌跡與軌跡之間的距離。時(shí)間查詢按照用戶的要求對(duì)軌跡的時(shí)間變化進(jìn)行查詢。

2.1.4 軌跡繪制功能

軌跡繪制功能實(shí)現(xiàn)GPS軌跡的繪制。用戶查詢需要的數(shù)據(jù)之后，進(jìn)行軌跡繪制，此功能將數(shù)據(jù)直觀的繪制在界面上，使用戶更方便的獲取信息。

2.1.5 數(shù)據(jù)編輯功能

數(shù)據(jù)編輯功能實(shí)現(xiàn)GPS軌跡的增加、刪除和修改等操作，它使用戶可以方便靈活的查詢、分析GPS軌跡。數(shù)據(jù)編輯功能調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的GPS軌跡，在用戶界面中進(jìn)行操作。

2.1.6 管理功能

管理功能是系統(tǒng)中的重要操作，有GPS軌跡管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等。通過(guò)管理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS軌跡統(tǒng)一、高效的管理。

2.2 用戶界面設(shè)計(jì)

GPS軌跡管理系統(tǒng)用戶界面應(yīng)該設(shè)計(jì)的美觀大方，便于使用。本文采用Visual Studio中的控件來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的界面，將界面設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)潔大方的模式。在界面菜單中點(diǎn)擊圖標(biāo)就能進(jìn)入相應(yīng)的功能界面，操作便捷。

2.2.1 主界面設(shè)計(jì)

主界面是GPS軌跡管理系統(tǒng)的核心界面，包含實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有功能的選項(xiàng)。此界面采用menuStrip控件設(shè)計(jì)為五部分，文件、編輯、查詢、管理和幫助。“文件”進(jìn)行軌跡數(shù)據(jù)的輸入輸出，“編輯”是對(duì)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除、修改等操作，“查詢”是對(duì)滿足用戶需求的軌跡進(jìn)行查詢。

2.2.2 登陸界面設(shè)計(jì)

登陸界面是用戶和管理員進(jìn)入系統(tǒng)的一個(gè)中介，此界面包括兩個(gè)文本框用來(lái)設(shè)置用戶名和密碼，一個(gè)采用ComboBox控件設(shè)計(jì)的組合框進(jìn)行管理員和用戶的選擇，以及登陸、取消兩個(gè)按鈕。用戶名和密碼是系統(tǒng)登陸人員的一個(gè)準(zhǔn)入驗(yàn)證，這個(gè)驗(yàn)證增加了系統(tǒng)的安全性。用戶類型有管理員和一般用戶，不同的類型所能操作的功能范圍不同。

2.2.3 GPS軌跡查詢界面設(shè)計(jì)

軌跡查詢界面是從數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選查找滿足用戶需求的界面，此界面有兩個(gè)文本框用來(lái)設(shè)置ID和開始時(shí)間，以及兩個(gè)按鈕查詢和取消。ID、開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間被用來(lái)查詢軌跡，其中主要用ID來(lái)進(jìn)行查詢，查詢按鈕將查到的結(jié)果直接添加到編輯操作界面中，在編輯操作界面中進(jìn)行顯示。

2.2.4 編輯操作界面設(shè)計(jì)

編輯操作界面是對(duì)查詢得到的軌跡進(jìn)行顯示的一個(gè)界面，此界面是在主界面的基礎(chǔ)上使用ListView控件顯示當(dāng)前GPS軌跡的相關(guān)地理信息，有ID、出行方式、起始時(shí)間、平均速度等。同時(shí)可以通過(guò)編輯功能下的增加、刪除和修改等功能來(lái)進(jìn)行操作。

2.2.5 軌跡繪制界面

軌跡繪制界面是一個(gè)繪圖界面，對(duì)軌跡進(jìn)行繪制。此界面由Paint事件觸發(fā)而形成，對(duì)滿足用戶需要的軌跡數(shù)據(jù)根據(jù)它的經(jīng)緯度坐標(biāo)在界面上繪制出來(lái)。繪制出的軌跡給用戶一個(gè)直觀的印象。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)大倉(cāng)庫(kù)，可以將系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)信息都存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。本系統(tǒng)使用SQL Server軟件進(jìn)行空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。SQL Server節(jié)省系統(tǒng)資源，可以將各種文檔的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索和分析等操作。同時(shí)SQL Server在Windows平臺(tái)上具有很好的兼容性和穩(wěn)定性，可以為GPS軌跡管理系統(tǒng)提高強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)支持。

本文通過(guò)收集的各種資料總結(jié)得出GPS軌跡點(diǎn)具有：位置、時(shí)間、速度、高程等屬性信息，GPS軌跡具有名稱、起始時(shí)間、出行方式、平均速度等屬性信息，而登陸人員具有名字、年齡、性別等信息。在表的設(shè)計(jì)過(guò)程中將ID設(shè)計(jì)為主鍵，通過(guò)主鍵對(duì)點(diǎn)和線進(jìn)行識(shí)別操作。

3 ?車載GPS軌跡管理系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與檢驗(yàn)

本文選用一條現(xiàn)實(shí)中的軌跡進(jìn)行GPS軌跡管理系統(tǒng)的檢驗(yàn)，主要對(duì)權(quán)限管理功能和基礎(chǔ)管理功能進(jìn)行檢驗(yàn)。權(quán)限管理功能：用數(shù)據(jù)庫(kù)表存儲(chǔ)允許登陸系統(tǒng)的用戶名和密碼，在登錄時(shí)選擇用戶類型進(jìn)行登陸?；A(chǔ)管理功能：對(duì)文件輸入、編輯、查詢等功能模塊進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 ?結(jié)論

本文根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)環(huán)境下的車載GPS軌跡管理系統(tǒng)。將GPS移動(dòng)設(shè)備獲得精確數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法運(yùn)用到軌跡管理系統(tǒng)中來(lái)，為社會(huì)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)隨著移動(dòng)通訊設(shè)備、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，車載GPS軌跡管理系統(tǒng)將會(huì)擁有更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和更完善的功能，具有廣闊的發(fā)展前景。

本文主要做了以下幾方面的工作：

①研究了實(shí)現(xiàn)車載GPS軌跡管理系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)與相關(guān)技術(shù)，為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供理論與技術(shù)支撐。

②對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)閱讀大量的文獻(xiàn)資料，根據(jù)系統(tǒng)分析提出了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可行方案，并從架構(gòu)與具體功能模塊兩方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

③對(duì)系統(tǒng)各功能模塊進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)，保證系統(tǒng)的可行性與完備性。

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