基于手機端的道路病害管理系統設計與實現

李若童 申 威

（中國礦業大學〈北京〉機電與信息工程學院，中國 北京 100083）

0 引言

道路和地下管線是城市的重要基礎設施，它們的穩定與否關系到城市的正常運轉。在信息化發展的今天，對定期進行城市道路測線的管理人員來講，不僅要記錄當前的測量數據，更需要保存歷史數據以便于進行數據分析、管理、預測、計劃、控制和輔助決策等。基于B/S架構的道路病害管理系統正是為了滿足此需求而開發。該系統滿足了大量數據管理的需求。

在智能手機普及、互聯網飛速發展以及全球定位系統（GPS）廣泛使用的今天，人們通過手機獲取信息的渴望越來越強烈。手機具有移動、小巧的特點，使用起來方便、快捷，不受時間、位置的限制。

本文設計并開發了基于手機端的道路病害管理系統。依托于服務器端對數據庫的訪問和基于web service的web服務來獲取數據。本系統實現了對城市道路和管線的殺手——病害的實時查詢和篩選。可根據病害的各項特征值來篩選符合條件的病害。或者查詢指定地點附近的病害信息，實現對病害的有效掌控。針對每一條病害，查看其詳細信息，對病害修護方案進行查看和下載，掌握病害修復進度。采用DBSCAN聚類算法實現了對病害點的空間聚類，發掘最容易出病害的地理位置，可據此進行實地調研，有一定的預測作用。為了數據安全，對數據傳輸進行了8位密鑰的DES加密[1]。系統經過模擬測試和真機測試，表現良好。

1 系統總體設計

系統的總體架構分為四個部分：手機端、服務器端、通信部分、數據庫。服務器端將與手機通信的web service[2]發布到指定位置，處理用戶端的請求，與數據庫交互。手機端通過internet訪問web service獲取數據。圖1為系統架構圖。

圖1 系統架構圖

2 主要功能設計與實現

2.1 基于web service的web服務

通過web service在服務器啟動的同時將編寫好的、可供手機端調用的方法發布到服務器端，手機端通過網絡發送請求調用web service中的方法為自己服務。手機端可將一些復雜、耗時的計算任務交給web service處理，自己只請求計算后的數據，這樣一來就大大減輕了手機端的負擔，利用了服務器端的優勢。Web service既可調用服務器端已有的方法，又可編寫新的方法將處理后的數據發送給手機端，是一個很好的網絡服務平臺。Web service將手機端請求的數據拼接成字符串，經過8位密鑰的DES加密和Base64編碼兩重封裝后，以HTTP應答的方式將數據傳送回手機。

Web service提供的主要服務有：

（1）返回所有的病害的摘要信息；

（2）根據手機端請求的篩選條件對病害過濾，返回符合條件的病害摘要信息；

（3）根據病害信息的唯一id獲得病害的詳細情況；

（4）提供對病害修護方案的下載功能；

（5）根據DBSCAN聚類算法實現對病害分布的聚類，返回聚類點。

2.2 手機端功能

手機端的開發基于android4.2系統。Android是基于Linux的自由開放源代碼的操作系統，主要用于移動設備。手機端的功能主要分為六個部分：

（1）顯示所有的病害摘要信息，利用病害的三個特征：與當前位置的距離、病害領域（城市、鐵路、高速公路）、病害嚴重程度（非常嚴重、嚴重、中等、常規）對病害進行篩選；

（2）病害的地圖顯示：在導入了百度地圖開發包后，使用其地圖展示和定位功能。將病害位置用標注物在地圖上標注。同時在屏幕的下半部分展示病害的摘要信息，左右滑動查看上一條、下一條病害信息；

（3）病害的搜索：當用戶需要查看某個具體位置附近的病害時，只需在搜索框內輸入地點的名稱，點擊“搜索”，會搜索出距離該位置最近的病害，按照距離的由近及遠排序。該功能的實現借助于百度地圖開發包的地理編碼功能，將地理位置解析成經緯度坐標，與數據庫中病害的經緯度坐標一起運算，得到兩者的距離；

（4）查看病害修護方案：針對每個病害，可查看其詳細信息，以表格的方式展示。包括病害的一般屬性：病害測線尺寸、病害平均緊實度、病害平均空隙率等，還可查看病害現場圖片并且保存到手機。病害修護方案記錄了病害修復單位、負責人等基本內容，還記錄了病害的詳細修復方法。可對病害修護方案進行在線預覽或者下載保存到本地，有利于對病害進行跟蹤調查；

（5）對病害分布點的空間聚類分析：聚類分析又稱群分析，它是研究（樣品或指標）分類問題的一種統計分析方法，同時也是數據挖掘的一個重要算法。本系統采用DBSCAN聚類算法，聚類的結果是最有代表性的樣品。

2.3 服務器端程序

服務器端程序的開發基于SSH集成框架[3]，該框架是目前較為流行的web應用程序開源框架。Web服務器為Tomcat7.x，前端頁面的開發采用了QUI集成框架。數據庫管理系統采用MySQL。服務器端的程序承擔了更多數據管理的工作，直接與數據交互：

（1）道路病害的項目管理：每個項目擁有至少一條測線任務，每條項目記錄了項目編號、名稱、探測單位、負責人等信息；

（2）測線管理：為詳盡、全方位、立體地記錄測線信息，將測線信息劃分為四個表，它們分別是：測線位置信息、探測服務信息、儀器采集參數信息、探測雷達數據；

（3）病害信息：病害信息也分為四個方面來記錄，它們分別是：道路病害信息、標準病害信息、病害修護方案、自然塌陷信息；

（4）地下管線信息：地下管線信息的管理分為對管線探測信息和管線標準庫的管理；

（5）用戶管理、系統日志、數據庫備份等功能。

上述各項管理任務中不僅有記錄的增刪改查等基礎功能，針對不同的數據表還實現了數據的批量導入、導出，數據的地圖顯示，數據的級聯查看，文件的上傳下載，數據的處理等功能，是較為完備的信息管理系統。Web service的實現是服務器端代碼中的一個包，在服務器啟動時，web service將自動注冊。

3 基于DBSCAN的空間聚類算法的應用

DBSCAN算法是基于密度的聚類算法[4]，它將簇定義為密度相連的點的最大集合，能夠把具有足夠高密度的區域劃分為簇，并可在噪聲的空間數據庫中發現任意形狀的聚類。比較適合對病害的聚類。

DBSCAN目的是找到密度相連對象的最大集合。任選一個未被訪問的點開始，找出與其距離在eps之內的所有附近點。如果附近點的數量>minPts，則當前點與其附近點形成一個簇，并且出發點被標記為已訪問。然后遞歸，以相同的方法處理該簇內所有未被標記為已訪問的點，從而對簇進行擴展。如果附近點的數量

對病害位置聚類采用DBSCAN方法的優點是它可以處理任意形狀的聚類，同時它的兩個參數：掃描半徑 (eps)和最小包含點數(minPts)，可針對勘測需求和道路條件自行專業調整，具有一定的靈活性。需要注意的是，由于該聚類算法基于密度，需要計算每個點半徑范圍內的點的個數，即需要計算兩點間的距離。病害的位置信息存儲的是經度和緯度的坐標，在此不能采用平時的歐氏距離，應利用經緯度計算距離的方法。方法如下：

4 測試與實驗

系統測試采用了模擬器和android真機，服務器為部署了Tomcat的個人PC，配有MySQL數據庫服務器。

（1）服務器啟動并且開放了供手機端調用的方法：圖2web service的描述，圖3為接口代碼；

圖2 web service描述

圖3 接口代碼

（2）圖4：手機端沒有網絡時給出提示；圖5：病害列表展示；圖6：病害篩選；圖7：病害地圖展示；

圖4 提示 圖5 病害列表 圖6 病害篩選 圖7 病害地圖

5 總結

本文從實際需求出發，利用手機端移動、便捷、實時的特點，開發了手機端病害管理系統，通過與服務器端交互，獲取遠端道路病害信息，在手機端查看。利用手機定位功能，查看周圍病害。有利于道路管理人員對病害更加靈活的管理。數據傳輸時采用了加密算法，利于保障數據安全。同時，采用聚類算法實現對病害位置的聚類分析，幫助使用者分析與決策。經過實際的測試與使用，該系統較為穩定，運行流暢。為使用者帶來了便捷。

［1］張潔,朱麗娟.DES加密算法分析與實現[J].軟件導刊,2007(03).

［2］王楠,劉心雄,陳和平.Web Service技術研究[J].計算機與數字工程,2006(07).

［3］吳宗東.SSH框架下的Web應用系統開發與研究[J].硅谷,2012(14).

［4］周水庚,周傲英,曹晶.基于數據分區的DBSCAN算法[J].計算機研究與發展,2000(10)