基于ArcGIS Server的车辆调度管理系统的设计与实现

王 鹏， 郑贵省， 王 元

(1.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161；2.军事交通学院 基础部，天津300161)

目前在应对自然灾害和突发事件时，应急调动的车辆数量较大，品种繁多。在执行应急物流运输时，特别是紧急情况下，对运输的时效性和准确性有较高的要求，如何最大限度的发挥车辆的利用率，确保行车安全，把“车辆、道路、驾驶员”三者紧密的结合起来，进行优化协调和数据分析，并直观、高效地展示,进而为车辆调度指挥提供依据,具有重要的研究意义。应急物流公路运输因其特殊性，在运输实施之前必须充分考虑各种因素，对人、车、路信息充分掌握后，进行合理的调度.目前，对车辆的调度与管控都有相应的信息系统，但是这些系统主要是对车辆的出入和使用情况的等信息的记录，并不能结合道路信息，制定相应的调度方案。在车辆驶离后，对车辆和操作人员实时信息掌控存在不足，特别是在自然灾害发生时，路段被破坏的情况下，如何制定行车路线，尚有不足。基于这些问题，利用Web服务，借助Flex技术并结合ArcGIS Server平台构建了一个界面直观、交互性强的应急物流车辆调度系统平台。

1 相关技术概述

(1) WebGIS技术。WebGIS就是GIS和Web技术相结合的产物，地理信息系统已经逐渐被大家所了解，并在各种领域中发挥着巨大的作用。各种各样的GIS应用系统不断的出现，功能和性能不断完善，但大多数都价格不菲，而且可操作性较差.而Web在信息技术领域占据非常重要的位置，而其应用的广泛性也是首屈一指。而WebGIS就是充分利用Web的易操作性，将GIS扩展到Web上。Web的结构遵循HTTP协议，而HTTP协议采用基于浏览器/服务器(Browser/Server,B/S)的请求应答机制，因此，Web在浏览器端上支持文字、图像等多媒体数据的显示[1]。而GIS的空间数据主要通过图形与图像的方式表现。借助Web，GIS实现了从单机环境到万维网的飞跃.人们可以像浏览网页一样，通过GIS进行交互，查询、分析空间数据。

(2) ArcGIS Server。ArcGIS Server是ESRI旗下的一款商业WebGIS软件，是一个基于Web的企业级GIS解决方案。用户可以使用ArcGIS Server在企业内部网或整个互联网范围内共享GIS资源，可以把这些地理信息资源集成到普通网站网页中。ArcGIS Server为创建基于Web的GIS应用提供一个框架平台。它充分利用了 ArcGIS的核心组件库 ArcObjects，并且基于工业标准提供 Web GIS服务。由于ArcGIS Server是将网络技术与GIS的结合，使用户可以通过ArcGIS Server在Web应用上实现GIS的功能和发布地图服务功能，此外还具有编辑和分析空间数据的能力.ArcGIS Server是一个分布式系统，由分布在多台机器上的各个功能单元组成。利用ArcGIS Server搭建的WebGIS应用其基本由浏览器、Web Server、GIS Server、桌面应用程序组成。

(3) Flex技术。Flex是Adobe公司推出的一个富互联网应用程序(Rich Internet Application，RIA)技术。与传统的基于页面的、服务器端数据传递的模式网络开发程序相比，具有丰富的内容和表现力，当用户与其交互时能获得较好的满意度.RIA具有比传统HTML更丰富的客户端，其接口更加健壮，反应灵敏且具有可视化特性。RIA具有立即部署，跨平台，采用逐步下载检索内容和数据，以及可以充分利用被采纳的互联网标准的Web应用程序的特点.客户端在RIA中不仅可以显示页面，还可以在后台与用户请求异步地进行数据的处理，显示集成的用户界面和综合使用的声音图像。Flex是高效率的开放源码框架，使用与HTML非常简易的MXML描述界面，其更加规范和标准，可用于构建和维护在各种客户端部署的极具表现力的Web应用程序。目前Flex的最新版本是Flex 4，其包含一系列的开发工具和服务，Flex 4的框架主包含MXML界面语言、ActionScript 3.0编程语言、Flex 4 SDK和Flash Builder 4开发环境[2]。

(4) REST。REST(Representational State Transfer)是一种软件架构风格，即“表象化状态转变”。REST架构风格把网络上分布的各种数据看作资源，并由URI标识，而客户端应用通过URI来获取资源的表现形式。客户端获取这些表现形式后，可以改变其应用状态。

2 系统总体设计

2.1 系统结构设计

根据ArcGIS Server分布式系统的体系架构，基于ArcGIS Server搭建车辆调度管理系统分为客户端、服务端以及数据端(图1)。

图1 系统整体结构

(1) 客户端。采用Web浏览器作为富客户端，使用Flex技术进行开发设计，为使用者提供图交互、信息查询、地图分析等交互接口，展现一个使用者满意度高、易交互和表现丰富的可视界面。

(2) 服务层。主要是对应用层的请求做出响应的核心，主要承担GIS服务和非GIS服务两个任务。GIS服务由ArcGIS Server搭建，为使用者提供地图访问接口，非GIS服务主要支持使用者通过网页对需求信息进行浏览。

(3) 数据层。数据端主要用于存储与地图有关的数据库和非地图数据库。地图数据库包括ArcSDE以及存储海量路网地图数据空间数据库。ArcSDE是应用程序与存放有空间数据的数据库之间的GIS通道,用于高效地存储、索引、访问和维护存放在DBMS中的矢量、栅格、元数据以及其他空间数据。非地图数据库主要存储车辆调信息，如驾驶员信息、车辆信息、使用记录、行车记录及与调度有关的信息。

2.2 系统功能设计

车辆调度管理系统应遵循“定车、定人”的原则，满足有利于安全行驶和有效监管的需求。其整个结构功能划分为用户管理、地图管理、人车信息管理、车辆调度管理、行车管理、数据管理等。系统具体功能为：

(1) 用户管理。主要包括用户注册以及用户信息管理。

(2) 地图管理。对地图进行放大、缩小和平移等基本操作，同时更新地图信息，如路网数据及其他信息的修改与更新。

(3) 人车信息管理。对车辆信息(车辆编号、车型、装备时间等信息)进行管理，对驾驶员信息进行管理，以及信息的及时更新与维护。

(4) 车辆调度管理。根据遂行任务和使用需求，确定车辆和驾驶人，根据要求确定起点和终点，求出两点之间的最短路径、最优路径。还可根据车辆情况，及载运物资要求，制定符合要求的行车路线，并在电子地图上显示。同时生成运输路径方案，并将此次调度信息和方案存储到数据库。

(5) 行车管理。主要是针对车辆驶离后的监控与管理，对车辆和驾驶员信息实时掌握。

(6) 数据管理。对系统中的数据进行集中管理，便于导入导出，生成详细数据报表。

3 系统开发与实现

3.1 电子地图设计

电子地图是整个系统的基础，地图服务对应的GIS资源是地图文档。GIS是以数据库的形式来表述信息，而表中的信息要想展示出来，必须通过电子地图的图层。为了便于GIS数据管理，将性质相同的数据放在一起，行成一个图层.不同图层的叠加能呈现不同的效果。系统电子地图以中国政区矢量图的为地图，添加相应的图层形成(图2)。

图2 中国政区矢量地图

在图2基础上，可以添加各类要素，如建筑物、公路、铁路、水系等地物信息.根据需求，可以设计出美观形象的地图图层。作为车辆调度系统，必然后道路密不可分。道路网络是车辆线路制定的基础，尤其是在求解最佳路径、最短路径，离不开道路的属性数据，如长度、道路等级等。为了符合实际和交通规则，还包括行驶属性，如单行道/双行道，转弯限制等信息(图3)。

图3 某地路网数据

3.2 系统主要功能模块设计

利用ArcGIS Server 10.1提供的REST API，由Flex客户端Flex Builder 4.6通过REST API访问服务器发布的GIS服务。ArcGIS Server10.1为GIS服务提供了10种API，系统主要模块的实现主要利用地图服务、Geometry服务、GP服务和Feature服务。ERSI公司基于Flex开发一套运行在浏览器端API，即ArcGIS Flex API，借助其可以实现地图浏览、多个地图叠加、地图客户端符号绘制、动态对象跟踪显示、运行GIS空间分析模型、属性条件查询、空间条件查询和编辑矢量数据。ArcGIS Flex API包含了地图及图层类、辅助地图的控件、业务功能类、图形及几何体类和符合类5个类库。

(1) 地图管理模块。地图管理模块主要是实现地图的一些基本操作，主要利用地图及图层类的Map控件，Map控件支持一些事件，通过编写代码监听这些事件可以实现与地图的交互。实现地图缩放、平移、增加图层、鹰眼等功能(表1)。

表1 Map控件支持的常用事件举例

(2) 车辆调度模块。模块是系统的核心，在车辆和驾驶员信息确定后，确定行车的最佳路径和、最短路径。在最佳路径确定前，需要确定起点和终点。服务器根据确定的起点和终点信息计算最佳路径集，并由客户端绘制在浏览器端的地图上。地点的确定可由ArcGIS Flex API提供的QueryTask实现，使用属性条件where构建Query的查询参数，使用where属性可以查询各图层属性字段NAME，也就是名称并确定位置将其实点绘出。在确定起始点时，也可以根据需求在地图上手动绘制起点始，起始点绘制用点符号类SimpleMarkerSymbol实现。

在确定最佳路径时，在ArcGIS Server提供的RouteTask基础上来进行最佳路径。最短路径分析是建立在路网网络数据集的基础上的，因此，在进行求解之前，必须对网络数据集进行精心设计。

构建网络数据集之前，数据设计也必不可少，其主要步骤包括数据工作空间的选择、确定数据源及其在网络中所扮演的角色、建立连通性模型、设置属性字段及其值等。主要流程：① 将参与网络分析的点、线要素加入网络数据集。② 通过字段设置网络权重。字段名由采用字段单位设置，如 Meters、Minutes，用 oneWay 字段来设置单行路段，Z-value 来设置高架桥和地下通道等。③ 设置转弯数据可以控制网络的转弯方向。④ 将网络元素、网络连通性以及网络指定的权重值赋予网络的过程。

图4 构建后的路网数据集

在路网数据集(图4)创建之后，将包含网络数据集的地图文档以地图服务的形式发布出来，并在服务器选择Network Analysis 功能。在Flex客户端中获取网络分析功能获取网络分析功能后，就可以进行最短路径的查询分析了。最佳路径数据集求解完成后，将最佳路径包含的道路在地图上绘制出来。还可以根据需求调整线路，如线路制定时，高等级公路优先考虑，设置禁行路段等。

(3) 行车管理模块。模块实现主要依靠GPS和GIS的结合，通过在车辆上加装GPS和无线通信终端，加车辆的经纬度、速度、时间等实时信息通过无线通信传至调度中心，将这些数据处理后，通过ArcGIS 提供的接口，将监控车辆和其运行轨迹在地图上进行显示,同时在屏幕上显示车辆的各种相关信息(如目标的位置、速度、运动方向、车辆状态等)。

3.3 系统实现示例

在车辆调度管理模块中，主要是实现最佳路径分析，在确定车辆信息后，输入起点、终点后，系统将目标位置标记。勾选最短路径选项后，点击生成路径，最短行驶路径将在地图上显示，并且可以显示车辆行驶方向的具体信息，行驶距离和时间(图5)。

图5 路程最短路径分析

在实际行车中，知道即使距离最短的路径也不能很快到达。因为车辆行驶速度和道路的通行能力密切相关，如城市快速通道比起一般街道行驶速度明显加快，在不考虑车流量的情况下，不同道路都有最大行驶速度的限制。基于此，设定不同等级道路的行驶速度，勾选时间最短，车辆将沿着行驶速较快的路径行驶。如图6所示。

图6 时间最短路径分析

针对自然灾害或突发事件等因素对行车道路的干扰，可根据路况实际情况，增加禁行点，如某路段或桥梁损毁，可在地图上添加禁行标志后，重新规划新的路径。还可以根据实际需求，增加车辆行驶过程中的停靠点，得到最佳行驶路径(图7、8)。

图7 添加禁行路段后最短路径分析

图8 增加停靠点后最短路径分析

行车方案制定后，车辆行在驶途中通过GPS传回的数据信息，经处理后，在客户端显示。通过行车管理模块，可以对指定区域的车辆进行定位并查询，点击车辆标记符号，可以看到车辆速度、位置等实时信息(图9)。

图9 车辆在途实时信息显示

4 结束语

利用ArcGIS Server和Flex搭建了一个基于WebGIS的车辆调度信息管理系统，系统实现对人车信息的管理、以及车辆行驶路径的制定、车辆在途实时信息显示等功能。系统交互性强，可视化程度高，对提高车辆调度效率，确保运输的时效性和准确性，提高精确运输能力具有重大意义。

参考文献：

[1] 贾庆雷,万庆,邢超.ArcGIS Server开发指南-基于Flex和.NET[M].北京:科学出版社,2011

[2] 郑阿奇.Flex 4开发实践[M].北京：电子工业出版社,2011

[3] 马德涛,刘建忠,王锐,等.基于 ArcGIS Server 的城市道路最短路径分析方法研究[J].海洋测绘,2007,27(5):58-61

[4] PEETA S， YANG T-H. Stability issues for dynamic traffic assignment[J].Automatica,2003,39:21-34

[5] 袁超,刘小勇.基于WebGIS的公交查询系统的设计与实现[J].交通与计算机,2006,26(6):128-131

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[7] 朗茂祥.配送车辆调度问题刍议[J].管理现代化,2003,34(12):62-64

[8] 魏志军.浅析 RIA-FLEX 技术WEB 应用开发中的应用[J].信息系统工程,2011,11(3):52-55