基于GIS_GPS路产数据管理系统研究

陈欣欢，郝保明

（宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州234000）

基于GIS_GPS路产数据管理系统研究

陈欣欢，郝保明

（宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州234000）

分析了GIS在路产管理中的应用，介绍了GPS数据的获取与转换，实现了GIS与路产数据的交互式查询，最终完成了对公路路产数据的管理的研究.

GIS；GPS；路产数据

经济发展带来了众多公路养护问题，对智能交通系统（ITS）提出了更高的要求.随着地理信息系统（GIS），全球定位系统（GPS）以及通信技术的发展，基于GIS_GPS路产数据管理系统在公路养护领域得到重视，在提高经济与社会效益方面展示出巨大潜力.

近几十年来，我国公路事业突飞猛进，截至2012年，公路总里程已经超过400万公里，强劲的公路发展规模与建设速度要求更高的路产管理技术与之相适应.路产管理中最基本的内容包括在公路的验收交付以及使用期间，定期地对路产数据进行记录和分析，并建立档案资料以方便查询.这些路产数据包括：公路路面信息、路边设施以及周围环境等.本文所研究的基于GIS_GPS路产数据管理系统，能有效的管理路产及其状态.

1 系统介绍

基于GIS路产数据管理系统，利用GIS二次开发组件MapX为核心，以工控机为载体，将GIS数据导入工控机作为工作底图；将GPS接收机接收到的路产数据通过串口上传给工控机并进行解析，提取当前点位的WGS84地心坐标，通过坐标转换到工控机的GIS上直观地显示点位；保存图形信息，将得到的信息经过处理后用于地图道路要素更新，用户能够根据需要点击电子地图查询相应的路产信息，也能够通过查询相应的路产（标识牌、路面信息、路边设施）来得到对应的GIS信息.

2 系统关键技术研究

2.1 基于GIS电子地图的制作

电子地图底图的制作是系统的重点之一，要实现的主要功能:电子地图的放大、缩小、漫游、鹰眼以及利用鼠标得到路产图元的基本信息[1]，把得到的图元的基本信息作为条件在数据库中进行查询.

本文所研究的地图制图与GIS密切相关，我们不仅可以用它来管理地理数据，也可以利用GIS视觉化的特点作为设计电子地图集的开发工具.

GIS工具软件包包括Arc/Info、MapInfo等，能够进行空间数据的输入、存储、处理、分析和输出，笔者选择MapInfo公司的MapX控件来设计制作电子地图，并实现相关功能. MapX是一个OCX组件[2],可以被快速集成到VisualBasic、PowerBuilder、Delphi、VisualC++中.在应用程序中，可以通过MapX来加入所需要的制图功能.MapX具有的分析功能，可以对数据进行分组和组织、执行搜索或在一个指定的半径、矩形区域或指定点的周围选择地图图元，所有这些结合在一起就是数据在地图上的直观显示.

使用MapX5.0作为ActiveX控件添加到VC工程中以嵌入地图功能，在绘制图层时，Maplnfo要输入绘制对象的属性，其中区域与路线的属性应该与相对应的采集数据库中的名称相对应.在路产管理系统中将数据分为三个级别：路线、区间、路段.根据路产管理系统的要求，将系统中的空间数据分为以下几个图层，如图1所示：

图1 图层设置

MapX中的路产对象的坐标是相对坐标，这个坐标是相对于图中的某个基准点来设置的，需要对各个图层进行配准.在匹配各个图层时，要使用一致的投影方法进行匹配.在MapX上选择坐标投影，点投影(Projection)按钮，选择所需要的坐标系来完成一次配准，如图2所示.

图2 电子地图投影的选择

2.2 GPS数据的获取及转换

GPS是GIS采集经纬度信息的主要手段之一，通过GPS能够实时获得路产信息点的位置信息，由此来实现定位的功能.

GPS定位信息接收系统包括[3]：GPS接收天线、变频器、信号通道、微处理器、存储器、电源等部分.用RS-232串口将定位信息从GPS接收机传送到工控机进行信息提取处理.数据传送采用异步串行传送方式，设置好相应的串口配置参数，根据相应的串口读写程序操作将GPS导航定位信息通过串口传送到工控机，图3为GPS数据采集模块图.

图3 GPS数据采集模块

GPS接收的NMEA格式数据为WGS-84坐标系下的大地坐标，但在实际应用中我国地图采用的是1954北京坐标系或1980西安坐标系要.通过坐标转换实现坐标系的统一，转换过程分为两步，第一步将WGS-84椭球下的(B,L)坐标，通过高斯正算，转换为该椭球下的平面坐标；第二步将高斯平面坐标，通过解析变换法，转换为国家大地坐标系或地方独立坐标系下的平面坐标(X,Y).

2.3 GPS路产数据在电子地图上的标注

要实现路产进行可视管理，需要在电子地图上进行路产对象的标注[4].为了在电子地图上显示出路产对象，需要创建两种图层：

2.3.1 临时图层(miLayerInfoTypeTemp)，用来绘制采集车的运动轨迹，使用GPS获得采集车的位置，并依据此数据更新采集车对应点特征的位置.由于地理特征变化速率很快，要用Layer集合的AnimationLayer属性将这一层设置为动画图层，使用动画图层存储以获得更快的地图刷新速度.

2.3.2 永久图层(miLayerInfoTypeNewTable)，用来标注路产，首先在图层集中创建新的图层——“路边设施”图层，MapX在创建“路边设施”图层时，为其建立一张表，与图层相对应的表中存储了路产对象的地理信及其相关联的属性信息.

由于不同路产建立在不同图层上，当路产对象发生改变，只需对相应图层进行修改、删除或添加，从而实现路产数据的分层管理.

2.4 GIS、路产数据的交互式查询

主路产管理系统的主要功能就是查询，查询信息包括：标识牌、路面信息、路边设施等、GIS.能够按照各种查询条件，如路段名称、里程桩号、路产设施等，来满足用户的各种查询要求.

2.4.1 由路产数据查询GIS

查询某路产所对应的GIS数据，选择好路产信息后，若查询到有唯一的要素与所查有关键字的要素相匹配，系统会显示出该要素，并定位在地图的中心，同时也能查询到要素的属性信息；若有多个要素与之相匹配，则可选择列表中的一项，查看相关的位置及属性信息，系统即给出该点的坐标信息.由路产数据查询GIS的数据流图如图4：

图4 由路产数据查询GIS的数据流图

2.4.2 由GIS查询路产数据

公路既具有表征其地理位置的信息，又具有表征其空间特性的空间属性信息，GIS不仅能够管理对象的位置，同时也能够管理对象的属性，且两者是自动关联的.与GIS数据库建立连接，以更方便实现路产的管理.

GIS查询路产数据的实现：在点击电子地图查询时，会获得唯一的一个GPS坐标，此坐标的唯一性，使得在一张地图上找到一个确切的位置与之相对应.由GIS查询路产数据的数据流图如图5：.

图5 GIS查询路产数据的数据流图

3 结论

本文所研究的基于GIS_GPS路产数据管理系统在现有路产管理的基础上，设计出符合高速公路路产管理要求的综合型信息管理系统，来实现高速公路管理工作的全面数字化.提出了GIS与GPS相结合的技术方案，设计了高质量的电子地图，完成了电子地图与GPS数据交互式查询功能，最终完成GIS与GPS相结合的路产管理系统研究.

〔1〕宋玉兰.理信息系统与制图的结合思路研究[J].科技资讯, 2011(25):50-51.

〔2〕刘立峻.MapX控件的GPS/GIS技术在车辆监控系统中的应用[J].武汉工业学院学报，2006,25(1):26-29.

〔3〕王缓缓,李虎.用Java实现GPS全球定位系统定位数据的提取[J].计算机与现代化,2004(11):89-91.

〔4〕颜志伟,杜军平.GPS信息实时标注系统的实现[J].北京工商大学学报,2009,27(5):35-38.

U495

A

1673-260X（2013）12-036-02

安徽省教育厅自然科学研究项目（KJ2013Z317）；宿州学院硕士科研启动基金项目（2010yss01，2009YSS07，2009YSS08）；宿州学院产学研合作项目（2013CXY01）