基于GIS的城市違停管理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鐘凱 黃義忠 譚榮建 馬義超 王恒煊

摘 要：為了提高溫州市鹿城區(qū)城市管理與行政執(zhí)法局執(zhí)法效率，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)與地理位置相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)并開發(fā)了溫州市鹿城區(qū)違停管理系統(tǒng)，以取代傳統(tǒng)的手工Excel記錄方式。通過數(shù)據(jù)分析和功能分析明確系統(tǒng)功能，并進(jìn)一步給出設(shè)計(jì)方向、實(shí)現(xiàn)方法與關(guān)鍵技術(shù)，包括SQL查詢、Excel表數(shù)據(jù)添加、圖層屬性查看、查詢統(tǒng)計(jì)、密度分析與熱力圖顯示等。開發(fā)設(shè)計(jì)出的基于GIS的城市違停管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以將歷史違停數(shù)據(jù)與地理位置信息相結(jié)合，形成可視化的數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái)，從而對(duì)未來形勢(shì)進(jìn)行預(yù)判，并為今后的停車場(chǎng)選址提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：GIS;車輛違停管理;SQL查詢;統(tǒng)計(jì)查詢;熱力圖;數(shù)據(jù)可視化

DOI：10. 11907/rjdk. 182019

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2019）004-0127-06

0 引言

隨著機(jī)動(dòng)車數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，城市道路的承載量日趨增大，泊車位呈現(xiàn)過飽和狀態(tài)，城市違停現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對(duì)此，本文以溫州市鹿城區(qū)為例進(jìn)行研究。吳益[1]和陳志利[2]從公共管理角度論證了溫州市鹿城區(qū)的違停狀況與解決違停問題的必要性;吳鎏鵬[3]采用B/S架構(gòu)和Java語言設(shè)計(jì)開發(fā)了一套違停信息管理系統(tǒng)，但其研究未將違停數(shù)據(jù)與地理位置信息相結(jié)合進(jìn)行可視化展示。因此，本文采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及C#結(jié)合ArcEngine二次開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)一套城市違停管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[4-5]，可實(shí)現(xiàn)違停數(shù)據(jù)的快速導(dǎo)入并關(guān)聯(lián)地理位置信息，生成可視化的違停數(shù)據(jù)矢量圖，并能快速查詢違停數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)密度分析并生成可視化的違停數(shù)據(jù)熱力圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)違停狀況的分析與管理。

1 需求分析

城市違停管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)庫與管理系統(tǒng)兩部分[6]。

1.1 數(shù)據(jù)庫需求分析

數(shù)據(jù)庫部分應(yīng)包含以下3個(gè)功能，分別為：

（1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入。本項(xiàng)目數(shù)據(jù)源為Excel表格，包括歷史記錄表格數(shù)據(jù)與通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)生成的實(shí)時(shí)表格數(shù)據(jù)。通過新建查詢功能或操作員的手動(dòng)操作，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與關(guān)聯(lián)。完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括地理基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、車輛違停歷史數(shù)據(jù)、違停實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、路段數(shù)據(jù)以及中隊(duì)數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)包含的地理空間數(shù)據(jù)為地名坐標(biāo)文件數(shù)據(jù)。通過查詢語句將缺少空間坐標(biāo)的違停記錄與地址坐標(biāo)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，生成一個(gè)包含X/Y空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)的新表，從而完成數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

（3）數(shù)據(jù)導(dǎo)出。根據(jù)數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性需求以及大數(shù)據(jù)環(huán)境的現(xiàn)實(shí)情況，需要將數(shù)據(jù)庫中關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)定時(shí)導(dǎo)出備份，并入庫存檔。數(shù)據(jù)導(dǎo)出類似于數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

1.2 管理系統(tǒng)需求分析

管理系統(tǒng)應(yīng)包含以下5個(gè)功能，分別為：

（1）圖層加載功能。本系統(tǒng)基于ArcEngine技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，所以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需要通過“加載圖層”功能實(shí)現(xiàn)。

（2）表數(shù)據(jù)加載功能。表數(shù)據(jù)即為導(dǎo)出備份的Excel表數(shù)據(jù)，以及其它歷史違停數(shù)據(jù)。通過該功能將表中一條條獨(dú)立記錄以X/Y坐標(biāo)數(shù)據(jù)形式結(jié)合空間參考文件生成統(tǒng)計(jì)點(diǎn)，自動(dòng)添加至圖層窗口，作為統(tǒng)計(jì)分析的主體。

（3）右鍵菜單查看屬性功能。將生成的統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)據(jù)添加至圖層窗口后，圖層名自動(dòng)添加至圖層列表，然后通過圖層列表右鍵菜單調(diào)出“查看屬性表”選項(xiàng)，打開屬性表窗口，可以查看選中圖層的完整屬性。

（4）統(tǒng)計(jì)查詢功能。類似于GIS中的按屬性查詢，是本系統(tǒng)的核心功能。通過篩選關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)分時(shí)段統(tǒng)計(jì)、分路段統(tǒng)計(jì)與分中隊(duì)統(tǒng)計(jì)等查詢統(tǒng)計(jì)功能，并能實(shí)時(shí)顯示在窗口，十分快速、準(zhǔn)確。

（5）密度分析與熱力圖顯示功能。通過數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)生成熱力圖，能直觀了解點(diǎn)的分布規(guī)律及分布形式，從而幫助管理者快速理解數(shù)據(jù)，找出海量數(shù)據(jù)中的規(guī)律并從中提取有用信息，為決策分析提供了便利。

2 總體架構(gòu)

一個(gè)完整的管理信息系統(tǒng)應(yīng)包括軟硬件支持層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層3部分[7-8]。本系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

2.1 軟硬件支持層

軟硬件支持層是平臺(tái)運(yùn)行的主要環(huán)境支撐，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、操作系統(tǒng)軟件等設(shè)施，可為違停大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)建設(shè)提供軟硬件支持。

2.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)備份等功能。數(shù)據(jù)層由數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)處理語言與數(shù)據(jù)表組成，其中包含地理空間數(shù)據(jù)、車輛違停歷史數(shù)據(jù)、車輛違停實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、路段數(shù)據(jù)、中隊(duì)數(shù)據(jù)等。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是面向用戶提供各類業(yè)務(wù)功能與交互的界面層，將服務(wù)層提供的各類服務(wù)通過友好的功能界面進(jìn)行封裝，提供給用戶使用，并與用戶進(jìn)行交互操作，主要包括地圖加載切換功能、數(shù)據(jù)加載功能、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析功能、屬性表查詢功能、密度分析與熱力圖顯示功能等。

3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與查詢

3.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

違停數(shù)據(jù)庫中主要存儲(chǔ)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與違停數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包含中隊(duì)數(shù)據(jù)、路段數(shù)據(jù)、地名統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等涉密敏感數(shù)據(jù)，所以本文未作收錄，也不作演示，但本文在數(shù)據(jù)庫中模擬了一份臨時(shí)地名地址數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，包含3個(gè)字段：地名、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)。

違停數(shù)據(jù)包括歷史違停數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)為歷史時(shí)間段的違停記錄，可關(guān)聯(lián)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，是完整的違停數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)量龐大且涉密;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是通過多渠道實(shí)時(shí)接收到的違停記錄數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)更新的涉密數(shù)據(jù)以及一份采取去密操作后的樣例數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)只包含違停記錄的地址或位置信息，而缺少對(duì)應(yīng)坐標(biāo)信息。樣例數(shù)據(jù)包含以下7條記錄：記錄編號(hào)、錄入時(shí)間、道路編號(hào)、路段編號(hào)、違規(guī)項(xiàng)、中隊(duì)編號(hào)及車牌號(hào)。

3.2 SQL查詢

樣例數(shù)據(jù)與臨時(shí)地名地址數(shù)據(jù)之間相互獨(dú)立，且數(shù)據(jù)量較大，要為樣例數(shù)據(jù)增添地理位置坐標(biāo)，可以通過在兩張Excle表數(shù)據(jù)之間建立SQL查詢加以實(shí)現(xiàn)[9-14]。在數(shù)據(jù)庫中，違停樣例數(shù)據(jù)為表wt，而臨時(shí)地名地址數(shù)據(jù)為表loc，現(xiàn)需要通過查詢，將表loc中的坐標(biāo)信息通過地址字段值關(guān)聯(lián)至表wt中的每一條記錄。

查詢思路如下：如果wt的地址字段值（H_Address）出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)表loc中的地址記錄，意味著該違停記錄有了對(duì)應(yīng)的位置信息（WEITING_poi_x，WEITING_poi_y），否則，在wt表與本記錄之外的其它違停記錄中查找：“是否有對(duì)應(yīng)的道路及其路段（h_roadid，H_RoadSectionId）相同的其它記錄，且其地址（H_Address）也在loc中的地址（H_Address）出現(xiàn)”，如果有滿足該條件（condition1）的記錄r2，則取出r2的地址，并替換r1的地址，r1.h_address=r2.h_address。如果以上兩點(diǎn)都不滿足，即意味著表wt中該項(xiàng)記錄的地址字段值在表loc中不存在完全對(duì)應(yīng)的記錄。繼續(xù)用地址（r1.h_address）在loc中尋找地址記錄，觀察r1.h_address的前部是否與其一致。例如 r1.h_address=“甌江大廈南門”在loc中有l(wèi)oc.h_address=“甌江大廈”的記錄，則r1.h_address=“甌江大廈”。如果上述查找都失敗，則說明該地址無法（直接或間接）找到匹配的地址位置信息，需要操作員手工篩選關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

具體查詢流程如圖3所示。

4 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 圖層加載

通過menuStrip菜單欄上的“文件”-“載入”，打開文件選擇界面，選擇并添加圖層文件“溫州市鹿城區(qū)歷史違停柵格-矢量圖”，實(shí)現(xiàn)圖層加載功能，得到結(jié)果如圖4所示。

打開。mxd文件關(guān)鍵代碼如下：

System.Windows.Forms.OpenFileDialog open2 = new OpenFileDialog（）;

open2.Filter = "Arcgis mxddocument（*mxd）|*mxd";

open2.Multiselect = false;

open2.Title = "打開arcgis地圖文檔";

if （open2.ShowDialog（） == DialogResult.OK）

{

if （axMapControl1.CheckMxFile（open2.FileName））

{

axMapControl1.LoadMxFile（open2.FileName）;

axMapControl1.Refresh（）;

}

}

如果要實(shí)現(xiàn)分別加載柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)以及多種類地圖文檔，代碼如下：

System.Windows.Forms.OpenFileDialog open1 = new OpenFileDialog（）;

open1.Filter = "shape文件（*.shp）|*.shp";

open1.Filter += "柵格數(shù)據(jù)（*.jpg，*.bmp，*.tiff）|*.jpg;*.bmp;*.tiff|";

open1.Filter += "地圖文檔（*.mxd，*.mxt，*.jmf）|*.mxd;*.mxt;*.jmf|";

open1.Multiselect = false;

open1.Title = "打開文件";

4.2 表數(shù)據(jù)添加

添加表數(shù)據(jù)也是本系統(tǒng)的核心功能之一，將Excel表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為shapefile格式的空間點(diǎn)數(shù)據(jù)，并添加到MapControl中作為統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)據(jù)用于后續(xù)統(tǒng)計(jì)查詢。通過menuStrip菜單欄上的“文件”-“導(dǎo)入表數(shù)據(jù)”，打開導(dǎo)入表數(shù)據(jù)的彈框，在“選擇數(shù)據(jù)源”中選中“樣例.xls”文件;在“選擇X/Y坐標(biāo)數(shù)據(jù)”中，X坐標(biāo)選擇WEITING_poi_x（經(jīng)度），Y坐標(biāo)選擇WEITING_poi_y（緯度）;在“選擇投影圖層”中，選中CGCS2000坐標(biāo)系;在“選擇輸出路徑”中，選擇保存路徑即可。添加表數(shù)據(jù)界面如圖5所示。

此時(shí)可得到新的結(jié)果，將溫州市的柵格圖層去掉，得到新的溫州市鹿城區(qū)違停數(shù)據(jù)矢量圖。如圖6所示，圖中紫色點(diǎn)為歷史違停數(shù)據(jù)，綠色點(diǎn)為新增違停樣例數(shù)據(jù)（彩圖見封二）。

導(dǎo)入數(shù)據(jù)窗體功能的實(shí)現(xiàn)分為3部分。第一部分為表數(shù)據(jù)選擇，單擊窗體上的“打開數(shù)據(jù)”按鈕，激活系統(tǒng)窗口選擇Excel文件，并讀取其sheet數(shù)據(jù)和每一欄標(biāo)題數(shù)據(jù)。關(guān)鍵代碼如下：

OpenFileDialog file = new OpenFileDialog（）;

string[] SheetName;

file.Filter = "Excel03文件（*.xls）|*.xls|文本文件（*.txt）|*.txt";

file.Title = "選擇數(shù)據(jù)表";

file.RestoreDirectory = true;

if （file.ShowDialog（） == DialogResult.OK）

{

sheetcmbx.Items.Clear（）;

path.Text = @file.FileName;

if （System.IO.Path.GetExtension（file.FileName） == ".xls"）