GPS与GIS结合的高速公路实时路分析系统设计及实现

1系统方案设计

1.1 系统目标

高速公路实时路况分析系统的目标是通过WEBGIS建立实时的浙江省高速公路路况分析系统，该系统要求使用方便、数据可靠、时效性高、造价低廉，为自驾车出行者提供有效的路况信息，为其他公众出行服务商提供数据支持。

1.2 分析模型

将高速公路抽象为面状，其中中间为1～2m隔离栏，两侧为15～30m路面，图形如图1所示。高速公路分段处理：高速公路显著的特征是只有在出入口才可以上下车，所以拥堵情况也主要发生在两个出入口之间，高速公路在每个出入口处分段，并缓冲为双面，每个面的宽度为40m。如图2所示。

1.3 实现方法

系统的实现方法是通过分析人量的GPS信息，实时输出各个高速公路路段的路况信息，并利用WEBGIS发布，用户通过Internet浏览器获取图形化的动态路况信息。

1.4 外部环境

硬件环境：

(1) GPS接收机

(2) 数据采集前置服务器

(3) 数据中心服务器

(4) 数据分析与发布服务器

软件环境：

(1) Oracle9i数据库

(2) APAChe2.4+tomcat5

(3) ArcIMS9.0

(4) ArcGIS desktop 9.0

(5) MapObject2.3

1.5 系统结构和功能

系统结构如图3所示。

用户通过浏览器每隔10～30s自动获取一张实时的浙江省高速公路路况地图，地图以不同颜色代表当前该路段车辆行驶平均速度。颜色区分如表1所列。

2 核心软件设计技术

2.1 数据采集

本系统对GPS数据的传输要求很高，分析结果的实时性取决于GPS数据的实时性，所以采取准确高效的数据传输与存储技术。

GPS采集如图4所示。

要建立端到端的通信模式，可以采用现在较为流行的客户/服务器模型。客户/服务器模型的核心思想就是两个网络应用进程在传输数据前先要有一个“ 握手”过程，即一方请求，另一方响应。这个过程成功之后，实际上是在两个机器的对等层之间建立了一条从信源到信宿的虚拟线路，然后在这条虚拟线路上进行数据传输，而无需关心中间节点是否存在，这是与端到端通信模式相一致的。

本系统主要提供对各运营商的数据接口。运营商通过用户合法性验证后，发送GPS数据、车辆维护数据和公司维护数据，我方将对无效的GPS数据过滤，并对车辆和公司维护数据做出应答，使操作流程完整。

通信双方采用TCP/IP长连接方式，通信双方以客户-服务器方式建立TCP连接，用于双方信息的相互提交。

我方作为服务器方，开监听端口，端口连接成功后接收各营运商发送的GPS数据、车辆维护数据和公司维护数据。对接收到的GPS数据进行分类，对无效的GPS数据过滤。对接收到的车辆维护数据和公司维护数据，我方将返回对应的回复消息。

2.2 数据处理与分析

数据处理与分析模块采用C/S结构，服务器端为ArcSDE+Oracle， 客户端为 MapObjects2.3。MapObjects提供了基础电子地图加载、连接数据库并获取实时GPS数据进行空间分析，分析结果直接写入数据库，以供发布端获取。

路况分析如图5所示。

2.3 GIS展现

地图发布采用著名的ArcIMS平台，该平台提供了一种通过网络获取动态地图、GIS数据以及各种服务的途径。它为适应企业网络需求以及访问国际网络而建立的GIS网页发布提供了高效的分层框架结构。ArcIMS服务可被应用于多种客户端中，如自定义网页应用、ArcGIS桌面系统以及移动和无线设备。通过应用ArcIMS，城市和地方政府、商业机构以及其他组织均可以发布，发掘以及共享地理空间信息。

地图浏览提供地图的任意缩放、按比例尺缩放等功能;提供地图任意拖动漫游、全图显示等地图操作功能。

地图根据需要自动刷新，以保持最新的路况信息，用户也可以手动刷新。

3 系统实现效果

3.1 性能分析

分析结果的准确性：假设高速公路样本车每公里一辆，以杭甬高速为例，杭甬高速总长约150km，则杭甬高速10～30s内同时必须存存150个样本车。

分析结果的实时性：每个被系统使用的样本车10～30s必须传回一条位置信息，最长可延长至60s。因为交通拥堵的变化在5～10分钟内发生和结束，如果样木回传数据时延太长，分析结果就不实时，也就没有仟何意义。

3.2 系统运行效果

系统运行效果如图6所示。

4 结束语

本文结合GPS、GIS的先进技术，通过多分散点的数据采集，然后进行一系列的数据分析、处理，实现了高速公路实时路况WEB发布的目的。在未来GPS设备日益普遍、数据量进一步扩充时，可以进行高速公路与城市街道的联动，实现城市街道实时路况的联合发布。再者，随着车载移动设备的兴起，本系统可扩展到大量移动设备上，用户可通过移动终端获取实时路况信息，配合自带的地埋信息，实现真正的实时汽车导航，市场前景非常可观。