基于GIS的高速公路可视化管理系统研发思路及探索

杨学本　文雄　张磊

摘 要：基于GIS的管理系统开发案例很多，从建设进度管理、养护管理、沿线设施管理、防灾及事故救援管理、交通导航都有，一般由公路运营管理单位自主开发，但专用于高速公路的基于GIS的可视化综合性信息管理系统则较少。晋红高速由于工程造价高，收费标准高，车流量有限，运营管理费用大幅度压缩。为保障该高速公路的正常运营，节省运营成本，并适应未来智慧高速管养的要求，决定以本项目智慧管养为基础开发一套可视化运维管理系统。该系统采用B/S结构模式，以可视化场景研发实现晋红高速一体化运营管理系统，达到联勤联动、规范管理、科学决策的目的。

关键词：GIS;可视化;系统;研发;探索

中图分类号：U456.3 文献标识码：A

0 前言

基于GIS的管理系统开发案例很多，从建设进度管理、养护管理、沿线设施管理、防灾及事故救援管理、交通导航都有，一般由公路運营管理单位自主开发，但专用于高速公路的基于GIS的可视化综合性信息管理系统则较少。

晋红高速公路运营管理中心立足自身，为有效控制运营成本，通过市场调研和一系列技术攻关和研发实践探索工作，旨在最终开发出一套完善的、适应未来智慧高速管理需求，做到及时发现设施设备发生的故障位置、信息，并集成视频监控和道路信息控制、维修经验积累的综合信息管理系统，达到快速处理故障，节约运营成本的目的。

1 项目背景

晋红高速公路是昆曼国际公路的组成部分，全长49.395公里，是连接滇中城市群两大核心城市昆明、玉溪重要的交通物流通道，和“一小时”经济圈重要线路，被列入云南省“三个一百”（全省一百个在建项目、一百个新开工项目、一百个重点前期工作项目）重点建设项目。

晋红高速起自昆明绕城高速公路西南段（安晋高速K32+300）。路线总体走向为由北向南，经昆阳、宝峰镇、刺桐关、攒坝塘、梅园村、飞井，止于已建成的玉元高速公路，与规划的玉溪市外绕城高速东南段连接，路线止点K49+395，主线采用双向六车道，设计时速每小时100公里，路基宽度33.5 m。

晋红高速主线隧道11座，主线桥梁30座，跨线桥12座，连接线桥9座，匝道桥11座，立交工程6处，桥隧比高达52.4%，工程造价达86.49亿元。

由于工程造价高，收费标准高，车流量有限，运营管理费用大幅度压缩。为保障该高速公路的正常运营，节省运营成本，并适应未来智慧高速管养的要求，决定以本项目智慧管养为基础开发一套可视化运维管理系统。该系统采用B/S结构模式，以可视化场景研发实现晋红高速一体化运营管理系统，达到联勤联动、规范管理、科学决策目的。

2 研发思路

谈到GIS可视化应用，我们第一时间想到的是高德地图导航、百度地图导航。其实现原理为：（1）通过GPS定位实现目标人物或车辆定位，相关数据将汇聚到服务器。（2）为了指导目标行进，布置于服务器的系统软件需要将目标的实时位置反馈在电子地图中，并发送到目标的手机（或类的接收装置）供目标使用。（3）系统需要根据目标选择的终点位置，结合当前实时位置，从预定的几条规划路线中选择最优路线反馈给目标，提供即时服务参考。（4）当目标GIS坐标改变则它呈现在电子地图中的位置也将随着改变。（5）当目标行进错误时，应能够重新规划继续指导目标行进，直至目标到达终点位置。

因此，对本项目的可视化运维管理系统，我们就有了以下研发的思路：（1）首先，部署一台服务器，并考虑该服务器需要安装什么才能够提供电子地图服务，或者是采用最原始的软件编程拼图。（2）用什么编程语言可以在电子地图上画出需要的符号，用以标识设备所在位置，实现定位。（3）如何可以知道设备发生故障，并提供必要的故障信息。（4）怎么提醒值班技术人员，从而达到快速定位和排除故障目的。

3 可行性研究和技术探索

3.1 GIS技术及可视化的实现

ArcGis Server可以提供需要的电子地图服务。该平台提供了良好的软件环境，二维地图可直接采用ArcMap构建，三维地图可采用ArcGisPro2.7辅于SketchUp2020完成。编程方面，它提供了.netSDK、com控件、jsapi多种接口，完全满足不同编程语言使用要求。

（1）Arcgis API接口选择。Arcgis Server提供的地图服务接口有SOAP URL和REST URL两种：

SOAP （Simple Object Access Protocol）的开发准备时间太长，与REST相比非常笨拙且速度缓慢。REST （REpresentational State Transfort）使用相对简单的，且可读性比较好，非常易于使用和编码，为本项目系统研发选择。

（2）Arcgis编程语言的选择。.netSDK和COM控件编程，侧重于桌面型，对B/S结构模式的WebServer应用编程难度较大。JavaScript编程，完全兼容B/S，网上可查询的源代码较多，成功有保障。因此，本项目很适合使用JavaScript语言进行开发。

3.2 B/S编程技术及软件选择

（1）前端编程语言的选择。毫无疑问，前端最风靡的编程将采用Html5+CSS3+JavaScript。其中，HTML（HyperText Markup Language）是一种用于创建网页的标准标记语言，用于构建前端页面框架;CSS（Cascading Style Sheets）层叠样式表用来格式化HTML元素样式;JavaScript是一种脚本语言，用来操作元素实现与用户交互。

（2）Web服务器的搭建及服务器端语言的选择。Web服务器是运行及发布Web应用的容器，只有将开发的Web项目放置到该容器中，才能被网络用户通过浏览器进行访问。主流的WEB服务器与服务器端语言搭配有两种：IIS+ASP.net和Tomcat+JSP/PHP。从通用性、兼容性、安全性考虑，本项目选择Tomcat+JSP。

（3）厂商设备驱动程序对编程语言的影响。本项目机电设备涉及各种情报板、摄像机（如大华、路威信）等，设备厂商的驱动为DLL动态链接库。

开发中采用了JNative、JNA、JNI接口规范，通过JAVA内嵌于JSP实现DLL调用，完全满足本项目研发需求。由于存在DLL函数重写或封装，用到了Visual Studio 2019，要求程序员熟悉C语言序列，专业性较强，对一般人员则有很大难度。

（4）数据库的选择。数据库为Web应用网站的管理、运行、查询和实现用户对数据存储请求等提供空间。本项目选择使用JDBC连接MySQL数据库。

MySQL是最流行的关系型数据库管理系统之一，提供多语言支持。由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，一般中小型网站的开发都选择MySQL作为网站数据库。

3.3 系统及网络安全的考虑

软件安全：为拒绝非法使用，系统提供了登录界面，用户只有输入正确的账号和密码以及验证码才能正常使用。

网站安全：按照《中华人民共和国网络安全法》和《信息安全等级保护管理办法》规定执行。本项目配置了多级网络防火墙和堡垒机，完全满足运行安全需求。

4 探索与实践

本项目的实现基于ArcGis Server 10.7搭建地图服务平台，在局域网内部离线部署arcgis_js_api4.18，成功实现了地图调用和各类提示图形符号的绘制。通过IP监测和心跳检测，实时监控和反馈IP网络设备故障和位置，维护人员通过监控屏幕即可快速排除故障，完全达到了本次研发目的，目前已在晋红高速试行。

5 结语

通过实践证明，本次选择的方案是适用的。主要原因是本项目研发使用的技术，各组成部分在互联网上都有相关案例和源代码，在技术上是可行的。

软件的生命周期分为软件定义、软件开发及软件运行维护三个阶段。刚开发出来的软件，必然存在各种BUG，需要在不断的使用过程中发现和改进，例如UI界面美工需要加強、DLL二次调用内存释放问题、不同浏览器访问效果优化。

本次软件开发，试运行测试与设想效果基本一致。不足之处是，未能实现对所有设备进行汇聚，且受专业技术水平限制，还需进一步完善和不断更新，以适应高速公路运营管理的需求。

参考文献：

[1]陆轶，梁虹，周园.基于ArcGIS Engine的高速公路隧道监测信息系统[J].昆明理工大学学报（理工版），2008

（4）：58-62.

[2]单楠，况明生，李营刚.基于SketchUp和ArcGIS的三维GIS开发技术研究[J].铁路计算机应用，2009（4）：14-17.

作者简介：杨学本（1972—），男，云南玉溪人，本科，工程师，研究方向：高速公路运营管理信息系统-软件工程。