基于WebGIS的智能公交监控调度系统设计与实现

韩 文，张 硕

（北京工业大学信息学部，北京100124）

随着我国硬件与软件实力的提升，公共交通智能化开始逐步发展，智能交通系统（Intelligent Transport System，简称ITS）应运而生[1]。尽管我国在智能公交监控系统方面有所研究，但是基于WebGIS的视频监控并结合车辆调度模块接口的系统却并不多见[2-3]，本文就是在这样的构想下进行系统的设计与实现。

国内车辆视频监控大多根据路况信息对车辆进行监控，如将车流量等因子作为衡量道路状况的条件，通过背景查分等方法提取车流量、车辆类型及车速等信息实现车辆视频监控[4-5]。这种方法只能对指定地点以及仅限车身环境进行视频监控，而无法对车内状况进行全程实时监控。因此，本文围绕公交车辆进行视频监控部署，通过将视频流数据与车辆基本位置信息等数据进行融合发送至平台进行处理，结合WebGIS将公交车内及车身环境进行实时和较为全面的监控[6-7]。

大多数的智能公交调度平台会针对某一调度问题如制定排班计划或最优路径规划等进行设计和开发[8-9]，通常设计开发人员会使用某一算法来较理想地进行调度。然而，如果系统需要更优质的算法来提升系统的性能，则需要重新更新调度模块，这势必会耗费大量的人力物力，增加系统开发成本。针对这一问题，本文设计出车辆业务调度接口模型[10-11]，实现系统功能模块的解耦，从而解决系统模块更新困难这一问题。

1 关键技术与开发工具概述

1.1 WebGIS技术概述

WebGIS技术是Internet技术应用于GIS系统开发的产物，是GIS系统在WEB功能上的一种拓展。WebGIS技术允许用户和服务器能够分布在不同地点或不同的操作平台上进行运作，在WEB的任意一个节点上，用户可以登录WebGIS站点访问浏览空间数据和制作专题图，可以进行空间检索、空间数据分析、空间数据发布和空间模型的服务等操作。目前对于WebGIS技术研究多是基于Internet，采用B/S或多级B/S体系结构，使用JAVA、CORBA、DCOM/ACTIVEX和COM+等分布式面向对象技术或几种技术综合使用来构造WebGIS。

1.2 EasyDarwin流媒体服务器

EasyDarwin是国内开发的一套开源流媒体视频平台框架，包含单点服务开源流媒体服务器及扩展后的流媒体云平台架构开源框架。EasyDarwin核心流媒体服务支持RTSP/RTP流媒体协议，经过相关配置，将H.264/M-JPEG/MPEG-4/G.711/G.726/AAC等音视频数据推送至RTSP流媒体服务器，在Windows、Linux、Android、IOS等多种平台上实现流媒体数据的转发功能，进行低延时直播或视频播放。

2 系统架构设计

系统由安控终端、服务器集群和B/S客户端三部分组成，其架构图如图1所示。

图1 系统架构图

安控终端用以车辆相关数据的收集，是整个系统所用数据的重要来源。通过与GPS卫星的通讯，车载终端获得车辆GPS基本位置信息，包括经纬度、高程、车速、方向及时间等，这些信息参数将为调度接口的设计开发提供参考；摄像头收集车内和车身等视频信息，以数据流的形式向平台进行数据传输。安控终端与平台采用TCP通信协议进行通信，并通过发送终端心跳消息和平台通用应答消息等维持通信链路的连接。

服务器端主要由网关服务器、GIS服务器、流媒体服务器、数据服务器、FTP服务器和数据库组成。网关服务器提供车辆接入服务，车辆与网关服务器建立通信链路，并通过此链路传送车辆位置和状态信息以及负责与上级平台交互；GIS服务器提供地理信息相关服务；数据服务器负责安控终端传感器数据接收、数据入库存储；FTP服务器提供固件升级服务；数据库用于系统信息和安控终端传感器信息的存储。流媒体服务器通过RTSP协议接收来自安控终端的视频数据流，对流数据进行处理、存储和转发，可以在Web客户端提取视频信息进行实时的播放或者录像的回放。

B/S客户端实现系统功能应用展示。系统使用百度地图JavaScript API加载WEB地图，进行地图功能的二次开发[12]，实现车辆定位、轨迹回放及车辆报警等功能；使用VLC播放器播放H.264视频流，根据不同频道（Channel）来选择想要播放的视频监控，实现实时视频监控和录像回放功能；提供import调度功能模块加载入口，通过添加功能类文件实现功能模块的加载。

3 数据组织设计

系统数据主要包括终端位置信息数据和终端视频数据两部分。安控终端通过GPS模块接收车辆GPS数据信息，结合车载设备其他传感器获得的车辆终端参数，形成终端位置信息数据，包括车辆经纬度、高程值、车辆速度、行驶方向、定位时间以及报警信息等。终端视频数据主要是由部署在安控终端上的摄像头进行获取，摄像头将拍摄的视频数据生成.avi格式文件存储在安控终端存储单元中，或通过RTSP协议将视频流数据直接发送至服务器端进行处理。

按照以上设计，数据组织设计如图2所示。从图中可以看出，安控终端上的GPS模块和传感器获取终端位置信息数据，将其发送至数据服务器，在SQL Server数据库进行存储，供平台应用进行数据查询，结合百度地图API进行车辆位置相关服务展示；车辆摄像头获取终端视频数据，转发至EasyDarwin流媒体服务器进行处理，平台通过VLC播放器进行视频播放。

图2 数据组织设计图

4 关键问题分析及解决方案

4.1 WEB地图加载及车辆定位与轨迹跟踪

WEB地图加载是车辆定位及轨迹跟踪功能实现的基础，系统使用百度地图的JavaScript API加载在线WEB地图数据，可以提供位置标注、地图缩放、地图模式切换、经纬度显示等功能。

车辆定位模块将所有车辆以列表形式列出，用户可以选择想要查询的车辆，根据选中车辆的终端ID在后台通过与SQL Server数据库的连接查询车辆经纬度与高程值，前台通过Ajax异步调用获取Json格式数据，在地图上进行车辆位置显示[13]。点击地图上车辆图标，会显示车辆经纬度、高程、车速、车辆行驶方向、定位时间、温湿度、油量、载客量等详细信息。

轨迹跟踪是对某一车辆在一段时间径进行历史查询并进行回放。轨迹回放需要确定某一具体车辆和车辆查询的起始时间及终止时间，根据车辆ID从数据库中提取时间段内的位置坐标，在WEB地图上通过线对象描绘历史轨迹；通过定时器将车辆的变化位置进行描绘，动态展示车辆行驶轨迹。

4.2 视频播放

实现视频播放功能，首先需要在平台上部署流媒体服务器，本系统使用EasyDarwin流媒体服务器实现视频流的处理和转发。使用EasyDarwin流媒体服务器前需配置RTSP端口和HTTP端口等服务器参数。视频实时监控为用户提供车辆选择的树形列表，并绑定监听器，用户在平台界面上选择目标监控车辆以及监控探头编号时，平台会向终端发送请求，终端根据车辆终端ID和摄像头IP将获取的实时视频流传送至EasyDarwin服务器进行处理和转发，然后将视频流推送至平台前端，由VLC视频播放器进行实时视频播放[14]。VLC播放视频加载伪代码如下：

视频录像回放对车辆某段时间内的监控录像进行提取和播放。视频录像在监控探头进行摄像时，在终端设备进行归档备份，平台提取时需要对目标文件进行筛选进行播放。在平台上选择监控筛选条件，包括车辆终端编号、开始时间和结束时间、文件位置以及录像类型，点击“搜索”按钮，事件监听器将会根据车辆终端ID及筛选条件，将符合条件录像文件加载至下载列表中，用户可以对目标视频文件通过EasyDarwin流媒体服务器进行流数据转发实现在线播放，也可以下载到本地进行查看。

4.3 调度接口模型设计实现

平台提供调度功能接口，用户可以在车辆调度功能模块界面搜索可以加载的调度模块，选择合适的调度模块进行加载。平台根据选中模块对应的功能类文件，通过XML配置文件对功能模块进行配置[15-16]，利用反射机制实现功能模块在平台上的加载，提高系统扩展性和灵活性。调度接口模型如图3所示。

图3 调度接口模型图

从模型图中可以看出，终端位置信息数据发送至平台，平台将获取的终端位置信息数据作为调度接口参数。平台调度接口模块加载实现调度功能的功能类文件，同时配置XML文件，运用反射完成调度接口的实现。此时，平台调度模块可以调用调度接口实现模块功能，最终将结果在平台上进行显示。

4.4 系统实现

根据以上的分析和设计，本文实现了基于WebGIS的智能公交视频监控调度系统，主要功能实现效果图如图4和图5所示，包括车辆的轨迹跟踪和视频监控的回放等。实验结果表明，系统能够对车辆进行有效的位置定位和视频监控，加载调度功能模块完成调度分析，实现了预期目标。

图4 轨迹回放

图5 视频录像播放

5 结束语

针对公交车辆监控方式和系统调度方式单一化以及无法有效实现可视化等问题，本文对基于WebGIS的智能公交视频监控调度系统进行了设计和实现。系统在实现WebGIS基本功能的前提下，如在线地图加载、车辆定位和轨迹跟踪等，将视频实时监控和录像回放功能添加到本系统中，可以对车辆状况进行有效的监控，同时提供了调度功能接口，可以任意添加符合接口规范的功能模块实现调度，增强了系统的扩展性。经过测试，实验结果表明，系统能够实时准确地获取车辆数据，查询并清晰流畅地播放监控视频，功能较为完善，在智能公交领域有非常广阔的应用和发展前景。