基于GIS的高速公路可視化管理系統研發思路及探索

楊學本　文雄　張磊

摘 要：基于GIS的管理系統開發案例很多，從建設進度管理、養護管理、沿線設施管理、防災及事故救援管理、交通導航都有，一般由公路運營管理單位自主開發，但專用于高速公路的基于GIS的可視化綜合性信息管理系統則較少。晉紅高速由于工程造價高，收費標準高，車流量有限，運營管理費用大幅度壓縮。為保障該高速公路的正常運營，節省運營成本，并適應未來智慧高速管養的要求，決定以本項目智慧管養為基礎開發一套可視化運維管理系統。該系統采用B/S結構模式，以可視化場景研發實現晉紅高速一體化運營管理系統，達到聯勤聯動、規范管理、科學決策的目的。

關鍵詞：GIS;可視化;系統;研發;探索

中圖分類號：U456.3 文獻標識碼：A

0 前言

基于GIS的管理系統開發案例很多，從建設進度管理、養護管理、沿線設施管理、防災及事故救援管理、交通導航都有，一般由公路運營管理單位自主開發，但專用于高速公路的基于GIS的可視化綜合性信息管理系統則較少。

晉紅高速公路運營管理中心立足自身，為有效控制運營成本，通過市場調研和一系列技術攻關和研發實踐探索工作，旨在最終開發出一套完善的、適應未來智慧高速管理需求，做到及時發現設施設備發生的故障位置、信息，并集成視頻監控和道路信息控制、維修經驗積累的綜合信息管理系統，達到快速處理故障，節約運營成本的目的。

1 項目背景

晉紅高速公路是昆曼國際公路的組成部分，全長49.395公里，是連接滇中城市群兩大核心城市昆明、玉溪重要的交通物流通道，和“一小時”經濟圈重要線路，被列入云南省“三個一百”（全省一百個在建項目、一百個新開工項目、一百個重點前期工作項目）重點建設項目。

晉紅高速起自昆明繞城高速公路西南段（安晉高速K32+300）。路線總體走向為由北向南，經昆陽、寶峰鎮、刺桐關、攢壩塘、梅園村、飛井，止于已建成的玉元高速公路，與規劃的玉溪市外繞城高速東南段連接，路線止點K49+395，主線采用雙向六車道，設計時速每小時100公里，路基寬度33.5 m。

晉紅高速主線隧道11座，主線橋梁30座，跨線橋12座，連接線橋9座，匝道橋11座，立交工程6處，橋隧比高達52.4%，工程造價達86.49億元。

由于工程造價高，收費標準高，車流量有限，運營管理費用大幅度壓縮。為保障該高速公路的正常運營，節省運營成本，并適應未來智慧高速管養的要求，決定以本項目智慧管養為基礎開發一套可視化運維管理系統。該系統采用B/S結構模式，以可視化場景研發實現晉紅高速一體化運營管理系統，達到聯勤聯動、規范管理、科學決策目的。

2 研發思路

談到GIS可視化應用，我們第一時間想到的是高德地圖導航、百度地圖導航。其實現原理為：（1）通過GPS定位實現目標人物或車輛定位，相關數據將匯聚到服務器。（2）為了指導目標行進，布置于服務器的系統軟件需要將目標的實時位置反饋在電子地圖中，并發送到目標的手機（或類的接收裝置）供目標使用。（3）系統需要根據目標選擇的終點位置，結合當前實時位置，從預定的幾條規劃路線中選擇最優路線反饋給目標，提供即時服務參考。（4）當目標GIS坐標改變則它呈現在電子地圖中的位置也將隨著改變。（5）當目標行進錯誤時，應能夠重新規劃繼續指導目標行進，直至目標到達終點位置。

因此，對本項目的可視化運維管理系統，我們就有了以下研發的思路：（1）首先，部署一臺服務器，并考慮該服務器需要安裝什么才能夠提供電子地圖服務，或者是采用最原始的軟件編程拼圖。（2）用什么編程語言可以在電子地圖上畫出需要的符號，用以標識設備所在位置，實現定位。（3）如何可以知道設備發生故障，并提供必要的故障信息。（4）怎么提醒值班技術人員，從而達到快速定位和排除故障目的。

3 可行性研究和技術探索

3.1 GIS技術及可視化的實現

ArcGis Server可以提供需要的電子地圖服務。該平臺提供了良好的軟件環境，二維地圖可直接采用ArcMap構建，三維地圖可采用ArcGisPro2.7輔于SketchUp2020完成。編程方面，它提供了.netSDK、com控件、jsapi多種接口，完全滿足不同編程語言使用要求。

（1）Arcgis API接口選擇。Arcgis Server提供的地圖服務接口有SOAP URL和REST URL兩種：

SOAP （Simple Object Access Protocol）的開發準備時間太長，與REST相比非常笨拙且速度緩慢。REST （REpresentational State Transfort）使用相對簡單的，且可讀性比較好，非常易于使用和編碼，為本項目系統研發選擇。

（2）Arcgis編程語言的選擇。.netSDK和COM控件編程，側重于桌面型，對B/S結構模式的WebServer應用編程難度較大。JavaScript編程，完全兼容B/S，網上可查詢的源代碼較多，成功有保障。因此，本項目很適合使用JavaScript語言進行開發。

3.2 B/S編程技術及軟件選擇

（1）前端編程語言的選擇。毫無疑問，前端最風靡的編程將采用Html5+CSS3+JavaScript。其中，HTML（HyperText Markup Language）是一種用于創建網頁的標準標記語言，用于構建前端頁面框架;CSS（Cascading Style Sheets）層疊樣式表用來格式化HTML元素樣式;JavaScript是一種腳本語言，用來操作元素實現與用戶交互。

（2）Web服務器的搭建及服務器端語言的選擇。Web服務器是運行及發布Web應用的容器，只有將開發的Web項目放置到該容器中，才能被網絡用戶通過瀏覽器進行訪問。主流的WEB服務器與服務器端語言搭配有兩種：IIS+ASP.net和Tomcat+JSP/PHP。從通用性、兼容性、安全性考慮，本項目選擇Tomcat+JSP。

（3）廠商設備驅動程序對編程語言的影響。本項目機電設備涉及各種情報板、攝像機（如大華、路威信）等，設備廠商的驅動為DLL動態鏈接庫。

開發中采用了JNative、JNA、JNI接口規范，通過JAVA內嵌于JSP實現DLL調用，完全滿足本項目研發需求。由于存在DLL函數重寫或封裝，用到了Visual Studio 2019，要求程序員熟悉C語言序列，專業性較強，對一般人員則有很大難度。

（4）數據庫的選擇。數據庫為Web應用網站的管理、運行、查詢和實現用戶對數據存儲請求等提供空間。本項目選擇使用JDBC連接MySQL數據庫。

MySQL是最流行的關系型數據庫管理系統之一，提供多語言支持。由于其體積小、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放源碼這一特點，一般中小型網站的開發都選擇MySQL作為網站數據庫。

3.3 系統及網絡安全的考慮

軟件安全：為拒絕非法使用，系統提供了登錄界面，用戶只有輸入正確的賬號和密碼以及驗證碼才能正常使用。

網站安全：按照《中華人民共和國網絡安全法》和《信息安全等級保護管理辦法》規定執行。本項目配置了多級網絡防火墻和堡壘機，完全滿足運行安全需求。

4 探索與實踐

本項目的實現基于ArcGis Server 10.7搭建地圖服務平臺，在局域網內部離線部署arcgis_js_api4.18，成功實現了地圖調用和各類提示圖形符號的繪制。通過IP監測和心跳檢測，實時監控和反饋IP網絡設備故障和位置，維護人員通過監控屏幕即可快速排除故障，完全達到了本次研發目的，目前已在晉紅高速試行。

5 結語

通過實踐證明，本次選擇的方案是適用的。主要原因是本項目研發使用的技術，各組成部分在互聯網上都有相關案例和源代碼，在技術上是可行的。

軟件的生命周期分為軟件定義、軟件開發及軟件運行維護三個階段。剛開發出來的軟件，必然存在各種BUG，需要在不斷的使用過程中發現和改進，例如UI界面美工需要加強、DLL二次調用內存釋放問題、不同瀏覽器訪問效果優化。

本次軟件開發，試運行測試與設想效果基本一致。不足之處是，未能實現對所有設備進行匯聚，且受專業技術水平限制，還需進一步完善和不斷更新，以適應高速公路運營管理的需求。

參考文獻：

[1]陸軼，梁虹，周園.基于ArcGIS Engine的高速公路隧道監測信息系統[J].昆明理工大學學報（理工版），2008

（4）：58-62.

[2]單楠，況明生，李營剛.基于SketchUp和ArcGIS的三維GIS開發技術研究[J].鐵路計算機應用，2009（4）：14-17.

作者簡介：楊學本（1972—），男，云南玉溪人，本科，工程師，研究方向：高速公路運營管理信息系統-軟件工程。