基于GIS的高速公路可視化管理系統(tǒng)研發(fā)思路及探索

楊學(xué)本　文雄　張磊

摘 要：基于GIS的管理系統(tǒng)開發(fā)案例很多，從建設(shè)進(jìn)度管理、養(yǎng)護(hù)管理、沿線設(shè)施管理、防災(zāi)及事故救援管理、交通導(dǎo)航都有，一般由公路運(yùn)營管理單位自主開發(fā)，但專用于高速公路的基于GIS的可視化綜合性信息管理系統(tǒng)則較少。晉紅高速由于工程造價(jià)高，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)高，車流量有限，運(yùn)營管理費(fèi)用大幅度壓縮。為保障該高速公路的正常運(yùn)營，節(jié)省運(yùn)營成本，并適應(yīng)未來智慧高速管養(yǎng)的要求，決定以本項(xiàng)目智慧管養(yǎng)為基礎(chǔ)開發(fā)一套可視化運(yùn)維管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)模式，以可視化場景研發(fā)實(shí)現(xiàn)晉紅高速一體化運(yùn)營管理系統(tǒng)，達(dá)到聯(lián)勤聯(lián)動、規(guī)范管理、科學(xué)決策的目的。

關(guān)鍵詞：GIS;可視化;系統(tǒng);研發(fā);探索

中圖分類號：U456.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 前言

基于GIS的管理系統(tǒng)開發(fā)案例很多，從建設(shè)進(jìn)度管理、養(yǎng)護(hù)管理、沿線設(shè)施管理、防災(zāi)及事故救援管理、交通導(dǎo)航都有，一般由公路運(yùn)營管理單位自主開發(fā)，但專用于高速公路的基于GIS的可視化綜合性信息管理系統(tǒng)則較少。

晉紅高速公路運(yùn)營管理中心立足自身，為有效控制運(yùn)營成本，通過市場調(diào)研和一系列技術(shù)攻關(guān)和研發(fā)實(shí)踐探索工作，旨在最終開發(fā)出一套完善的、適應(yīng)未來智慧高速管理需求，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備發(fā)生的故障位置、信息，并集成視頻監(jiān)控和道路信息控制、維修經(jīng)驗(yàn)積累的綜合信息管理系統(tǒng)，達(dá)到快速處理故障，節(jié)約運(yùn)營成本的目的。

1 項(xiàng)目背景

晉紅高速公路是昆曼國際公路的組成部分，全長49.395公里，是連接滇中城市群兩大核心城市昆明、玉溪重要的交通物流通道，和“一小時(shí)”經(jīng)濟(jì)圈重要線路，被列入云南省“三個(gè)一百”（全省一百個(gè)在建項(xiàng)目、一百個(gè)新開工項(xiàng)目、一百個(gè)重點(diǎn)前期工作項(xiàng)目）重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。

晉紅高速起自昆明繞城高速公路西南段（安晉高速K32+300）。路線總體走向?yàn)橛杀毕蚰?，?jīng)昆陽、寶峰鎮(zhèn)、刺桐關(guān)、攢壩塘、梅園村、飛井，止于已建成的玉元高速公路，與規(guī)劃的玉溪市外繞城高速東南段連接，路線止點(diǎn)K49+395，主線采用雙向六車道，設(shè)計(jì)時(shí)速每小時(shí)100公里，路基寬度33.5 m。

晉紅高速主線隧道11座，主線橋梁30座，跨線橋12座，連接線橋9座，匝道橋11座，立交工程6處，橋隧比高達(dá)52.4%，工程造價(jià)達(dá)86.49億元。

由于工程造價(jià)高，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)高，車流量有限，運(yùn)營管理費(fèi)用大幅度壓縮。為保障該高速公路的正常運(yùn)營，節(jié)省運(yùn)營成本，并適應(yīng)未來智慧高速管養(yǎng)的要求，決定以本項(xiàng)目智慧管養(yǎng)為基礎(chǔ)開發(fā)一套可視化運(yùn)維管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)模式，以可視化場景研發(fā)實(shí)現(xiàn)晉紅高速一體化運(yùn)營管理系統(tǒng)，達(dá)到聯(lián)勤聯(lián)動、規(guī)范管理、科學(xué)決策目的。

2 研發(fā)思路

談到GIS可視化應(yīng)用，我們第一時(shí)間想到的是高德地圖導(dǎo)航、百度地圖導(dǎo)航。其實(shí)現(xiàn)原理為：（1）通過GPS定位實(shí)現(xiàn)目標(biāo)人物或車輛定位，相關(guān)數(shù)據(jù)將匯聚到服務(wù)器。（2）為了指導(dǎo)目標(biāo)行進(jìn)，布置于服務(wù)器的系統(tǒng)軟件需要將目標(biāo)的實(shí)時(shí)位置反饋在電子地圖中，并發(fā)送到目標(biāo)的手機(jī)（或類的接收裝置）供目標(biāo)使用。（3）系統(tǒng)需要根據(jù)目標(biāo)選擇的終點(diǎn)位置，結(jié)合當(dāng)前實(shí)時(shí)位置，從預(yù)定的幾條規(guī)劃路線中選擇最優(yōu)路線反饋給目標(biāo)，提供即時(shí)服務(wù)參考。（4）當(dāng)目標(biāo)GIS坐標(biāo)改變則它呈現(xiàn)在電子地圖中的位置也將隨著改變。（5）當(dāng)目標(biāo)行進(jìn)錯(cuò)誤時(shí)，應(yīng)能夠重新規(guī)劃繼續(xù)指導(dǎo)目標(biāo)行進(jìn)，直至目標(biāo)到達(dá)終點(diǎn)位置。

因此，對本項(xiàng)目的可視化運(yùn)維管理系統(tǒng)，我們就有了以下研發(fā)的思路：（1）首先，部署一臺服務(wù)器，并考慮該服務(wù)器需要安裝什么才能夠提供電子地圖服務(wù)，或者是采用最原始的軟件編程拼圖。（2）用什么編程語言可以在電子地圖上畫出需要的符號，用以標(biāo)識設(shè)備所在位置，實(shí)現(xiàn)定位。（3）如何可以知道設(shè)備發(fā)生故障，并提供必要的故障信息。（4）怎么提醒值班技術(shù)人員，從而達(dá)到快速定位和排除故障目的。

3 可行性研究和技術(shù)探索

3.1 GIS技術(shù)及可視化的實(shí)現(xiàn)

ArcGis Server可以提供需要的電子地圖服務(wù)。該平臺提供了良好的軟件環(huán)境，二維地圖可直接采用ArcMap構(gòu)建，三維地圖可采用ArcGisPro2.7輔于SketchUp2020完成。編程方面，它提供了.netSDK、com控件、jsapi多種接口，完全滿足不同編程語言使用要求。

（1）Arcgis API接口選擇。Arcgis Server提供的地圖服務(wù)接口有SOAP URL和REST URL兩種：

SOAP （Simple Object Access Protocol）的開發(fā)準(zhǔn)備時(shí)間太長，與REST相比非常笨拙且速度緩慢。REST （REpresentational State Transfort）使用相對簡單的，且可讀性比較好，非常易于使用和編碼，為本項(xiàng)目系統(tǒng)研發(fā)選擇。

（2）Arcgis編程語言的選擇。.netSDK和COM控件編程，側(cè)重于桌面型，對B/S結(jié)構(gòu)模式的WebServer應(yīng)用編程難度較大。JavaScript編程，完全兼容B/S，網(wǎng)上可查詢的源代碼較多，成功有保障。因此，本項(xiàng)目很適合使用JavaScript語言進(jìn)行開發(fā)。

3.2 B/S編程技術(shù)及軟件選擇

（1）前端編程語言的選擇。毫無疑問，前端最風(fēng)靡的編程將采用Html5+CSS3+JavaScript。其中，HTML（HyperText Markup Language）是一種用于創(chuàng)建網(wǎng)頁的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記語言，用于構(gòu)建前端頁面框架;CSS（Cascading Style Sheets）層疊樣式表用來格式化HTML元素樣式;JavaScript是一種腳本語言，用來操作元素實(shí)現(xiàn)與用戶交互。

（2）Web服務(wù)器的搭建及服務(wù)器端語言的選擇。Web服務(wù)器是運(yùn)行及發(fā)布Web應(yīng)用的容器，只有將開發(fā)的Web項(xiàng)目放置到該容器中，才能被網(wǎng)絡(luò)用戶通過瀏覽器進(jìn)行訪問。主流的WEB服務(wù)器與服務(wù)器端語言搭配有兩種：IIS+ASP.net和Tomcat+JSP/PHP。從通用性、兼容性、安全性考慮，本項(xiàng)目選擇Tomcat+JSP。

（3）廠商設(shè)備驅(qū)動程序?qū)幊陶Z言的影響。本項(xiàng)目機(jī)電設(shè)備涉及各種情報(bào)板、攝像機(jī)（如大華、路威信）等，設(shè)備廠商的驅(qū)動為DLL動態(tài)鏈接庫。

開發(fā)中采用了JNative、JNA、JNI接口規(guī)范，通過JAVA內(nèi)嵌于JSP實(shí)現(xiàn)DLL調(diào)用，完全滿足本項(xiàng)目研發(fā)需求。由于存在DLL函數(shù)重寫或封裝，用到了Visual Studio 2019，要求程序員熟悉C語言序列，專業(yè)性較強(qiáng)，對一般人員則有很大難度。

（4）數(shù)據(jù)庫的選擇。數(shù)據(jù)庫為Web應(yīng)用網(wǎng)站的管理、運(yùn)行、查詢和實(shí)現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)存儲請求等提供空間。本項(xiàng)目選擇使用JDBC連接MySQL數(shù)據(jù)庫。

MySQL是最流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一，提供多語言支持。由于其體積小、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放源碼這一特點(diǎn)，一般中小型網(wǎng)站的開發(fā)都選擇MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫。

3.3 系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)安全的考慮

軟件安全：為拒絕非法使用，系統(tǒng)提供了登錄界面，用戶只有輸入正確的賬號和密碼以及驗(yàn)證碼才能正常使用。

網(wǎng)站安全：按照《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》和《信息安全等級保護(hù)管理辦法》規(guī)定執(zhí)行。本項(xiàng)目配置了多級網(wǎng)絡(luò)防火墻和堡壘機(jī)，完全滿足運(yùn)行安全需求。

4 探索與實(shí)踐

本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)基于ArcGis Server 10.7搭建地圖服務(wù)平臺，在局域網(wǎng)內(nèi)部離線部署arcgis_js_api4.18，成功實(shí)現(xiàn)了地圖調(diào)用和各類提示圖形符號的繪制。通過IP監(jiān)測和心跳檢測，實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障和位置，維護(hù)人員通過監(jiān)控屏幕即可快速排除故障，完全達(dá)到了本次研發(fā)目的，目前已在晉紅高速試行。

5 結(jié)語

通過實(shí)踐證明，本次選擇的方案是適用的。主要原因是本項(xiàng)目研發(fā)使用的技術(shù)，各組成部分在互聯(lián)網(wǎng)上都有相關(guān)案例和源代碼，在技術(shù)上是可行的。

軟件的生命周期分為軟件定義、軟件開發(fā)及軟件運(yùn)行維護(hù)三個(gè)階段。剛開發(fā)出來的軟件，必然存在各種BUG，需要在不斷的使用過程中發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)，例如UI界面美工需要加強(qiáng)、DLL二次調(diào)用內(nèi)存釋放問題、不同瀏覽器訪問效果優(yōu)化。

本次軟件開發(fā)，試運(yùn)行測試與設(shè)想效果基本一致。不足之處是，未能實(shí)現(xiàn)對所有設(shè)備進(jìn)行匯聚，且受專業(yè)技術(shù)水平限制，還需進(jìn)一步完善和不斷更新，以適應(yīng)高速公路運(yùn)營管理的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸軼，梁虹，周園.基于ArcGIS Engine的高速公路隧道監(jiān)測信息系統(tǒng)[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版），2008

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[2]單楠，況明生，李營剛.基于SketchUp和ArcGIS的三維GIS開發(fā)技術(shù)研究[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009（4）：14-17.

作者簡介：楊學(xué)本（1972—），男，云南玉溪人，本科，工程師，研究方向：高速公路運(yùn)營管理信息系統(tǒng)-軟件工程。