基于路灯灯杆号报警定位系统的研究与实现

魏金明，仲伟政，张广春，王国峰

（济南市勘察测绘研究院，山东济南 250013）

一、引 言

随着计算机技术、网络技术、数据库技术的飞速发展，GIS在国民经济和社会生活中得到了越来越广泛的应用［1］，而警务工作更是与GIS结合紧密的一个领域。目前，GIS已在我国许多城市的公安部门的一些警种中被采用，并在一定程度上发挥着重要作用。北京奥运会、上海世博会、亚运会、全运会等重大社会活动的安保工作都已引入了GIS。

警务工作的每一项内容都与地理位置有关［2］，并且警务工作的一个重要任务就是快速准确地确定案发地。在城市中，与地理位置密切相关又便于寻找的是遍布城市每条道路、深入城市各个角落的路灯灯杆。路灯作为城市公用基础设施的重要组成部分，不仅是一种照明工具，还可用于报警定位。在路灯灯杆上粘贴醒目的灯杆号后，便可通过灯杆号在地图上方便、快捷地定位到具体位置，实施快速定位、路径规划等相关工作。当前，我国许多城市都在建设基于路灯灯杆号的报警定位系统，如北京、深圳、济南等。基于灯杆号的报警定位，可以避免当事人因陌生、紧张、恐惧等原因说不清具体事发位置的现象，有利于警务人员迅速出警，提高办案效率。本文针对济南高新区，制定了一种路灯灯杆号编码规则，制作了标准化的地理底图，研发了基于路灯灯杆号的报警定位系统，并实现了路灯灯杆号的快速定位、路径规划、打印输出等功能。

二、灯杆编号

灯杆编号是对路灯灯杆的唯一编码，它如同灯杆的身份证。有了灯杆编号，便可确定唯一的路灯灯杆，进而确定其位置。路灯编号遵循唯一性、简捷性、易记性的原则，具体的编码规则为:

1）路灯编号由道路名称和路段编码两部分组成，其表达式为

2）道路名称为该路灯所在道路的名称。

3）路段编码为路灯在所属道路的唯一标识码，针对济南高新区的道路特点，用3位数字编码表示。

4）位于路东（路北）的路段编码用奇数表示，编码由北向南（由东向西）依次为001，003，…，L，其中，L的最大值为999；位于路西（路南）的路段编码用偶数表示，编码由北向南（由东向西）依次为002，004，…，M，其中，M的最大值为 998。

5）道路同侧相邻路灯的间距为25 m，当一条道路遇到路口未安装路灯时，将路口处路段编码保留，如路口左侧编码为026，保留路口编码028，路口右侧编码为030。

路灯编号印刷在20 cm×13.6 cm的专用贴纸上，采用黑体字体，粘贴在离地面1.70 m处，其效果如图1所示。

图1 路灯编号效果图

三、数据准备

数据准备指利用数据处理工具，将原始数据处理为便于系统浏览和存储的标准化数据，并将其存入数据库。

1.数据种类

原始数据包括CAD地形数据、影像数据和路灯数据。CAD地形数据是实测1∶2000标准地形数据；影像数据是最新航测数据；路灯数据是包含坐标信息的现实属性数据。

标准化数据包括标准底图和应用图两部分。标准底图由矢量数据和影像数据组成，其中，矢量数据分为道路、植被、房屋、其他特征4类；应用图为路灯、单位、道路的矢量数据。标准化数据分类如图2所示。

图2 标准化数据分类图

2.数据处理

数据处理指将原始数据处理成标准化数据，包括数据分层、矢量化、配准纠正、矢量点生成等过程。数据处理流程如图3所示。

1）数据分层。数据分层是对CAD数据进行标准化分层，将其分为道路线、道路面、道路注记、植被线、植被面、房屋线、房屋面、房屋注记、其他线、其他面、其他注记共11层，以便于生成标准化的矢量数据。数据分层可利用AutoCAD软件经过信息筛选、信息删减、信息合并等过程实现。

图3 数据处理流程图

2）矢量化。矢量化的目的是制作矢量数据（Shapefile）。对于标准分层的CAD数据，首先通过ArcGIS软件将其转换为分层的Shapefile矢量数据；然后对关键数据进行处理，以消除冗余数据等。矢量化后的数据分为线层、面层、注记层3大类共11种数据，对其进行有序组合和符号化可生成矢量标准底图。

3）配准纠正。配准纠正的目的是将数据赋予统一的坐标系统，本文针对济南高新区数据，统一采用济南独立坐标系统。济南独立坐标系又称正济南坐标系，建立于1993年，是对1955年济南市大地测量控制网改造后的高斯正形投影平面坐标系统［3］。对于原始影像数据，经过数据配准、正射纠正等操作便可生成标准影像底图。

4）矢量点生成。矢量点生成是根据路灯数据的坐标信息生成矢量点，并赋予相应属性的过程。矢量点生成利用ArcGIS软件来实现，其灯杆号属性是灯杆定位的依据。

另外，对房屋注记进行类型转换、信息筛选等操作可生成单位矢量点；对道路矢量线进行编辑、信息提取、网络化等操作可生成道路中心线网络数据。

3.数据入库

数据入库指将标准化数据存储入库，以便对其有效地组织、管理和应用。本文采用用ArcSDE和SQL Server存储数据。

ArcSDE是美国Esri公司推出的空间数据库引擎，使用ArcSDE对数据存储和管理具有以下特点:①可将空间数据和属性数据集成在通用的商用数据库管理系统中，实现海量数据有机地组织与管理；②利用商用数据库的安全机制，保障了数据的安全；③采用真正的C/S结构，可在任何基于TCP/IP协议的网络上运行，并支持多用户并发访问，即多个用户可以同时对同一数据源进行操作［4］；④ 提供了一套完整的空间数据版本管理机制和策略，高效地解决了空间数据的并发访问和多用户编辑的瓶颈［5］。

存储入库的空间数据可分成栅格和矢量两种，本文将其分为影像数据、底图矢量数据、应用矢量数据3大类，以便于组织和管理。各类数据与数据库的关系如图4所示。

图4 数据与数据库关系

1）应用矢量数据。应用矢量数据包括路灯矢量点、单位矢量点、道路中心线3层。路灯矢量点、单位矢量点以要素类（Feature Class）的形式存储在ArcSDE数据库中，道路中心线则以要素集（Feature Datasets）的形式存储。存储后的数据保存了原数据的空间特性和属性特性，可以方便地进行浏览、编辑和应用，是系统操作的应用数据。

2）底图矢量数据。底图矢量数据以要素类（Feature Class）的形式存储，有利于管理和浏览。它包括道路线、道路面、道路注记、植被线、植被面、房屋线、房屋面、房屋注记、其他线、其他面、其他注记共11层，是标准底图中的矢量图。

3）影像数据。影像数据以栅格数据集（Raster Dataset）的形式存储，具有浏览速度快、支持服务发布的特点。它的范围为整个济南高新区，是标准底图中的影像图。

四、系统实现

为实现基于路灯灯杆号的快速定位、路径规划等功能，笔者基于ArcGIS Engine组件开发了路灯灯杆号报警定位系统。

1.ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是Esri公司推出的可构建定制GIS桌面应用程序的一个完整的嵌入式GIS组件库。ArcGIS Engine包括构建ArcGIS产品ArcView、ArcEditor、ArcInfo和 ArcGIS Server的所有核心组件，使用ArcGIS Engine可以创建独立界面版本的应用程序，或者对现有的应用程序进行扩展，为GIS和非GIS用户提供专门的空间解决方案。

ArcGIS Engine提供了COM、.NET和C++的应用程序编程接口（API）。这些编程接口包括一系列高层次的组件，可以让编程人员为现有的应用程序添加动态制图和GIS功能，或者创建新的制图和GIS解决方案。开发人员可以使用多种具有行业标准的交互式开发环境来创建专门的应用程序，可以方便、快捷地开发应用系统，并且保证系统的安装、使用便捷稳定。

2.系统功能

路灯灯杆号报警定位系统提供了快速定位、路径规划、打印输出等功能。系统界面如图5所示。

图5 路灯灯杆号报警定位系统界面

1）快速定位。快速定位要求能快速、准确地输入灯杆号，并对灯杆号进行地图定位。针对灯杆号由道路名称和路段编码组成的特点，系统提供了两种灯杆号输入方法。一种是通过选择道路和编号的方法自动生成准确的灯杆号；另一种是直接写入准确的灯杆号。输入灯杆号后，点击查找按钮执行操作。如果灯杆号不准确，系统将自动提示。准确灯杆号的路灯会在地图上定位选中，并在图上标注出最近单位和最近距离，同时最近警务室也显示在警务室输入框内，以便进行路径规划。

2）路径规划。路径规划是画出路灯到警务室的最短路径。输入准确的灯杆号和警务室名称后，点击规划路径按钮执行操作。以警务室为起点、路灯为终点的路径会在地图上绘制定位，并标注出起止点和路径距离。路径规划效果如图6所示。

图6 路径规划效果图

3）打印输出:系统提供打印输出功能，可以直接打印图形视窗内的地图，也可将地图以图片格式（JPG、BMP等）输出，方便警务工作使用。

除上述功能之外，系统还提供了地图浏览、图层管理、量测、信息查看等功能。

五、结束语

本文针对济南高新区路灯报警定位工作，开发了路灯灯杆号报警定位系统。系统以标准化底图为地理背景，借助规范化路灯灯杆号和ArcSDE空间数据引擎，采用ArcGIS Engine开发组件，实现了路灯灯杆号的快速定位、路径规划、打印输出等功能。系统在济南高新区警务室的灯杆报警定位、路径规划等工作中发挥了积极作用。同时，系统尚有可扩展和完备的空间，如可与高新区监控网络联网，第一时间查看事发点附近的监控信息，有利于案件的处置，也可增加三维模型数据，实现突发事件的警务预案处置工作。

［1］ 马品，周峻松，丁昀辉.警用地理信息系统研究与实践［J］.测绘与空间地理信息，2007，30（1）:74-76.

［2］ 张爱娟.警务门牌系统的研究与设计［EB/OL］.2011-01-22.http:∥www.doc88.com/p-94451303031.html.

［3］ 崔健，魏金鹏，仲伟政，等.基于栅格基本图的POI数据更新方法研究［J］.测绘通报，2011（3）:66-68，94.

［4］ 郭朝辉，齐清文，邹秀萍，等.基于ArcSDE的云南沿边境地带生态环境数据库建设研究［J］.测绘通报，2007（3）:53-56.

［5］ 陈晓明.基于ArcSDE的空间数据库版本管理软件开发研究［J］.测绘与空间地理信息，2008，31（4）:128-131.