基于WebGIS的停車監測信息可視化系統研發

高智文，張學東，張健欽，申兆慕，張安

(北京建筑大學，北京 100044)

1 引 言

近年來隨著居民購買力不斷增強，城市機動車保有量呈連年增長趨勢。伴隨著私家車數量的不斷增加，停車難已經成為一個越來越嚴重的全國性問題。截至2018年4月，北京市共有車位約382萬個，但全市機動車總量已達596.8萬輛，數量幾乎是現有車位的2倍。在小汽車停車需求快速增長的背景下，目前大城市的停車系統建設還未能形成一個完整的結構體系，對于城市規劃管理者來說，由于停車信息匱乏，整體城市停車信息把握不良造成的現有停車場忙閑不均，停車潛力沒有得到進一步開發。傳統停車系統由于智能化、信息化程度不足，對于城市停車信息的可視化與分析能力較弱，造成城市停車難和管理難的問題愈發突出[1～3]。因此，本文以北京市西城區為例，充分發揮物聯網技術優勢，利用“地磁傳感儀”感應車位狀態，采集停車場基本信息、實時信息、整合城市停車資源，依托平臺進行數據分析與處理，使其具有跨部門數據聯動能力，實現公眾服務、行業監管的決策功能，同時更好地實現了數據的可視化展示與分析[4，5]。

2 關鍵技術

2.1 WebGIS技術框架

WebGIS是指通過Internet平臺創建，采用網絡協議實現地理信息采集和空間平臺信息共享的大型綜合化地理信息系統。WebGIS是傳統的GIS在網絡上的延伸和發展，利用互聯網對地理空間數據進行發布和應用，以實現空間數據的共享和互操作，其客戶端采用Web瀏覽器，如Chrome、IE、FireFox等，用戶可通過瀏覽器無縫訪問來自多個WebGIS服務器發布的空間數據，并使用來自多個服務器節點提供的服務[6]。

停車監測信息可視化系統包含的信息多種多樣，主要包括該系統建設完成后的基本靜態信息，如停車場的空間位置、各個停車場的車位數、停車場權屬類型等；系統運行過程中產生的實時動態信息，如停車場實時空余車位數、15分鐘內停車場進出流量等。

上述信息除了具有一般信息的所有特性外，還具有以下獨特特征：空間分布性、數據量大和時序特性。鑒于此，本系統采用具有時空信息采集、存儲、管理、分析和表達能力的地理信息系統(GIS)技術，以滿足停車監測信息可視化系統運行信息的有效共享與發布[7～10]。又由于運行信息要求及時網絡共享，這就要求實現不同的人員從不同的地點以不同的接入方式訪問和操作共同的數據。因此，本系統更適合使用基于瀏覽器/服務器(Browser/Server，B/S)結構的網絡地理信息系統(WebGIS)技術。

2.2 GeoSever底圖服務

GeoServer是開源的底圖發布工具，是基于OpenGIS Web服務器規范的J2EE實現的，利用GeoServer可以方便地發布地圖數據，允許用戶對特征數據進行更新、刪除、插入操作。支持PostgreSQL、Oracle、MySQL等多種數據庫[11]。

將停車場與停車誘導屏的靜態數據，處理、分類、存儲到PostgreSQL數據庫后，便可以通過GeoServer將PostgreSQL中的停車場數據以圖層形式進行發布，在WebGIS系統前臺通過服務地址進行調用，并在地圖上進行渲染。

2.3 基于JS的開源交互式地圖框架

Leaflet是一個開源的地圖Javascript庫，目前版本已更新到1.3.4，具有開發在線地圖的大部分功能，適用于開發中大型在線GIS應用。Leaflet提供可讀性強的API文檔和源碼，本身不僅支持舊的瀏覽器訪問，而且更好地支持HTML5和CSS3。Leaflet采用面向對象設計，封裝性好，并且提供了很多專業的第三方Javascript插件來擴展自身的功能，從而滿足WebGIS對地圖的各種查詢、分析、渲染等操作[12]。

2.4 智能停車檢測設備

地磁傳感器是通過探測車輛通過時對地球磁場產生的擾動來探測車輛。地球的磁場在幾公里之內基本上是恒定的，但大型的鐵磁性物體會對地球磁場產生巨大的擾動，地磁傳感器可以分辨出地球磁場六千分之一的變化，而當車輛通過時對地磁的影響將達到地磁強度的幾分之一，因此利用地磁傳感器來探測車輛，具有極高的靈敏度。地磁傳感器可用于檢測車輛的存在和車型識別，具有安裝尺寸小、靈敏度高、施工量小、使用壽命長，對路面破壞小等優點，在停車監測信息可視化系統中起到非常重要的作用。利用地磁傳感器采集到的停車狀況，通過計算機匯總并傳輸到后臺服務器與停車誘導屏，可實現基礎停車數據的采集，再經計算機前端可視化展示，從而實現對停車場的實時監測，整體流程如圖1所示。

圖1 系統整體流程圖

3 系統設計

3.1 系統功能設計

針對停車誘導屏和城市停車場的空間分布與信息管理，結合管理決策部門的需求以及停車監測信息可視化系統運行信息自身特點，本文設計了一個較全面的停車監測信息可視化系統。該系統功能分為實時監測、統計分析、誘導管理三大模塊。

實時監測模塊通過豐富的可視化效果將各停車場的地理位置、空余車位情況、以及2小時內車位變化等實時動態信息生動、直觀地表達出來，便于使用者獲取信息。統計分析模塊借助空間數據管理技術對停車系統運行后形成的歷史數據進行分析，進而為有關部門提供決策支持。誘導管理模塊可對各級別誘導屏數據分級管理，并支持圖表聯動定位誘導屏的空間位置，具體功能設計如圖2所示。

圖2 停車監測信息可視化系統總體功能

3.2 數據庫設計

根據上述功能設計，可將數據表設為：停車場靜態信息表、停車場流量實時信息表、停車誘導屏信息表，具體字段與表結構如表1～表3所示。

停車場靜態信息表 表1

停車場流量實時信息表 表2

續表2

停車誘導屏信息表 表3

4 系統實現

本系統采用B/S架構，主要分為數據庫管理、后臺邏輯、Web端表現三層結構[13～20]。數據庫管理層采用PostgreSQL數據庫；后臺邏輯層采用Spring MVC的后臺框架并結合Mybatis技術實現數據庫與前臺程序的通信；Web端表現層的系統前臺采取HTML+CSS+JavaScript的開發模式，通過Mapbox底圖框架、leaflet地圖插件與ECharts圖表庫進行數據的可視化表達，利用GeoServer開源地圖服務器發布系統所需的地圖服務，并通過Tomcat進行軟件部署，系統架構如圖3所示。

圖3 系統架構

4.1 實時停車場監測模塊

該模塊主要對區域所屬停車場的實時狀態信息進行展示、分析與發布。為滿足管理者對各停車場狀態實時監測的需求，系統數據15分鐘自動刷新一次。效果如圖4所示，其中不同顏色的停車場點位代表停車場空余車位的狀態，顏色越深代表空余車位越少，點擊彈出框內包含此停車場的實時狀態信息與2小時內空余車位變化曲線圖，為管理者提供參考。右側統計分析分頁中以柱狀圖的形式展示了周轉率最高與最低前5名的停車場。下方默認展示3個重點停車場一周內的流量統計并可直觀比較。右側停車場信息管理分頁中以列表的形式展示西城區全部停車場名稱、類型、總車位與當前空余車位，通過單擊每條記錄可在地圖中定位。左上角圖層控制器控制地圖上的動態熱力圖顯隱，該動態熱力圖以實時空余車位為渲染值，顏色越深代表空余車位越少，停車越困難，效果如圖5所示。

圖4 實時停車場監測模塊

圖5 動態熱力圖

4.2 停車場統計分析模塊

該模塊主要是對停車監測信息可視化系統的歷史數據進行統計，為系統管理者綜合評價停車場運行狀態，后期優化調整提供參考。效果如圖6所示，右側統計分析分頁上方圖表可根據所選時間范圍生成該時間段內的周轉率最高與最低前5名的停車場，并支持點擊定位該停車場。下方圖表可根據所選停車場(可多選)與時間范圍生成所選停車場在該時間段內的流量變化，通過多柱狀圖的方式進行比較，直觀地顯示出多目標停車場的流量狀況及其之間的差值。

圖6 停車場統計分析模塊

4.3 停車誘導管理模塊

該模塊主要是對停車誘導屏信息進行管理，誘導屏信息每15分鐘刷新一次，以期達到近實時監測的效果。在地圖上將一、二、三級誘導屏分別以不同顏色的圖標方式展示，點擊地圖上的誘導屏圖標可彈出誘導屏的屏號、屏類別、安裝位置與顯示內容。右側停車誘導分頁將西直門地區的一、二、三級誘導屏信息以列表形式展示，通過單擊每條誘導屏記錄可在地圖中進行定位，效果圖如圖7所示。

圖7 停車誘導管理模塊

5 結 語

針對目前西城區管理部門面臨的區屬停車與誘導信息監測問題，本文提出并設計了基于WebGIS的停車監測信息可視化系統。該系統可跨平臺部署、可靠性高、穩定性好，較好地完成了停車與誘導信息的可視化管理與綜合分析、共享與發布的需求。通過該系統不僅可以掌握西城區的實時停車動態變化，對各停車單位進行監督；還可以面向公眾需求發布停車位信息，引導車輛有序停車，從而降低公眾出行成本，方便群眾出行。此外，該系統還可以為科學誘導停車、停車流量預警、停車資源調配優化、分析車輛停放規律等多種應用提供支持與幫助。