基于GIS的芜湖高速公路管理平台设计

袁 苑，阮 颖，郎 朗

(1.安徽工程大学安徽省电气传动与控制重点实验室，安徽芜湖241000;2.安徽省高速公路控股集团有限公司芜湖管理处，安徽芜湖241000)

高速公路是交通运输现代化和经济社会发展程度的重要标志。目前，芜湖高速公路管理处管辖路段总里程达到196 km，其沿线包括3座枢纽互通，13座特大型桥梁，56座大桥，9个收费互通以及6座隧道。随着高速公路的运营，对其沿线设备及交通状况的监测与管理成为了一项长期的、复杂的、繁琐的工作，建立智能的高速公路信息管理平台，为用户提供及时、方便、精确的公路信息具有重要的意义。

日趋成熟的地理信息系统(Geographic Information System，GIS)技术为公路养护管理提供了一种新的思路，利用GIS强大的空间数据与属性数据的一体化管理能力，可以实现路面管理的可视化。但是，GIS的进一步发展面临着不少问题，目前国内运行的路面管理系统实现的GIS功能较为单一，结构和功能较为简单。而基于GIS系统为平台进行路面性能评价、预测和决策优化分析等较为薄弱，而这些功能是养护管理系统信息化关键技术之一［1］。研究使用GIS为基础软件，以芜湖管理处管辖路段作为研究对象，对高速公路涉及的各类信息进行数据库设计。设计了基于GIS的芜湖高速公路管理平台，旨在方便、快捷地满足各类应用系统调用公路数据，全面提高高速公路管理现代化水平［2］。

1 系统设计

1.1 系统网络拓扑结构

系统的网络拓扑结构如图1所示，平台的现场信息采集包括自动设备采集和人工采集。自动设备采集通过云台监控摄像机与快球监控摄像机提供高速公路的设施情况;人工采集则由现场巡逻人员通过移动手机、平板电脑或者个人电脑，以图像、文字等形式上传高速公路上的交通事故、隐患点等路面信息。采集的信息通过Internet传输至高速公路监管中心的数据库服务器中进行存储，管理中心的用户可以根据权限从服务平台管理系统查询高速公路的信息数据。服务平台共享资源，增强了路政、中控和养护3个部门的信息互动，节省了大量人力物力，避免了繁杂的重复劳动，提高了高速公路维护与监管的效率。

图1 系统网络结构拓扑结构

1.2 系统总体架构设计

系统采用B/S网络结构模式，通过高速内网，将系统业务数据、地理空间信息和属性信息有机地结合起来。实现信息资源整合综合应用。系统总体架构如图2所示，基础层提供业务数据，为基于GIS技术的高速公路营运管理平台的建设提供相关系统基础数据和系统业务数据。数据层依托电子地图，展示和管理高速营运日常业务数据和基本高速资源数据，其中数据主要包含高速公路空间数据、高速公路基本资源数据、相关系统日常业务数据。支撑层依托GIS平台服务，交互和整合系统日常业务数据，实现相关业务数据的GIS展示。应用层围绕养护管理、路产管理业务，建立基于GIS技术的高速公路营运管理平台，同时通过接口调用中控管理、收费管理业务数据，集成中控和收费业务数据管理模块，依托GIS服务平台为用户展示高速公路基本地理位置信息和相关系统业务数据。

图2 系统总体架构

1.3 系统功能设计

基于GIS的高速公路营运管理平台按照功能需要，主要分为地图操作、基础信息管理、养护管理、路政管理、中控管理、收费管理、信息浏览、系统管理等模块。系统功能结构图如图3所示。

图3 系统功能结构

2 数据库设计

2.1 高速公路空间数据库

高速公路是分布在大地上的空间构造物，在地理上可抽象描述为位于地面上的线状物，其地理位置可由路线上的一系列大地坐标x、y来确定。在GIS软件中，每个图层对象都与一个坐标系发生联系，这个坐标系或是地理坐标系对象，或是投影坐标系对象。由于不同信息源的用途和比例尺不同，需要不同直角坐标系存储空间数据;因此，建立空间数据库并存储该空间数据并对其进行坐标转换是GIS实现多源数据无缝集成和正确进行空间分析及成果显示的基础［3］。

2.2 高速公路属性数据库

在高速公路属性数据采集与管理方面，系统建立统一的数据管理平台和属性数据库，实现对高速公路各类专业数据的综合查询，既可以直接给决策者提供信息查询，又可以为决策模型的计算提供数据来源。按照数据管理部门分类，系统包括设施、养护、中控三方数据，系统管理的属性数据主要涉及到公路路面、桥梁、隧道、涵洞、沿线设施及交通管理等信息。系统的属性数据库设计如图4所示。

以上的相关数据信息作为公路属性数据都以各自的地理空间为依托而存在。其各要素之间是通过地理空间分布形式而表现出来的，并可用不同的专题图表示。属性数据既依附于空间数据库上，又具有独立性，以便进行日常数据信息管理。高速公路数据库是集空间数据和属性数据于一体的数据库，以满足需求分析中提出的各种要求［4，5］。

3 系统实现

研究以J2EE平台作为系统的核心架构，以WebLogic作为应用服务器，采用SqlServer2008企业版数据库软件建立数据库，实现系统的监测和数据的存储;以GIS为软件平台，进行数据管理系统的开发。

系统软件实现按照客户端、服务器端和数据库的3层结构建立，系统3层结构如图5所示。

图4 高速公路属性数据库设计

图5 系统3三层结构

客户端主要为Web浏览器。Applet为采用Java编写的Web GIS插件，插件可以包含在HTML文件中，当客户端从网络下载HTML文件时，Java的程序的执行代码也同时被下载，代码完成对GIS的数据的解释和GIS分析，并实现与服务器端的通信。

服务器端采用“模型-视图-控制器”结构进行开发与管理。Java Bean负责定义数据模型，数据模型与数据库中的属性表对应，控制器负责调用改数据模型并接收客户端请求，并根据请求分析、计算、访问数据库。通过视图将HTML动态显示给用户。

数据库采用SqlServer2008数据库，存储空间信息数据和属性信息数据。数据库与服务器端通过JDBC技术进行通信。

在上述方案的指导下，以芜湖高速公路管理处管辖路段为监管对象，根据芜湖高速公路辖段高速公路的特点，开发了如图6所示的高速公路GIS系统界面。

图6 高速公路GIS系统界面

4 结语

研究针对芜湖管理处高速公路管理现状及相关信息化应用存在的缺陷，利用J2EE、SqlServer2008、GIS等技术技术，分析并设计了一个科学合理的高速公路管理平台，建立统一的数据管理平台和数据库以整合各部门信息资源，实现数据共享。有利于路政、中控和养护3个部门的信息共享、协调联动与决策分析，大大提高了高速公路维护与监管的效率。同时信息管理平台将各个孤立功能模块整合在一起，构建了智能化、信息化、精确化的管理平台，这对于促进我国公路交通事业的持续、稳定和健康发展具有十分重要的作用。

［1］谢峰.基于GIS的高速公路路面管理智能决策模型研究［D］.四川:西南交通大学，2012

［2］张兴国，刘学军，陈建兵.基于GIS青藏公路基础信息平台的设计与实现［J］.计算机应用与软件，2013，30(2):93-97

［3］廖邦固，韩雪培.GIS中多源数据的空间坐标变换方法探讨［J］.测绘与空间地理信息，2004，27(1):26-29

［4］ BHOJ R P，RYUICHI Y，NETRA P B.GIS-based Highway Maintenance Prioritization Model:an Integrated Approach for Highwaymaintenance in Nepal Mountains［J］.Journal of Transport Geography，2010，18(3):426-433

［5］ ZOLFAGHARI A，HEATH A C.A GIS application for assessing landslide hazardover a large area ［J］.Computers and Geotechnics，2008，35(2):278-285