基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究

陳欣歡，郝保明

（宿州學院機械與電子工程學院，安徽宿州234000）

基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究

陳欣歡，郝保明

（宿州學院機械與電子工程學院，安徽宿州234000）

分析了GIS在路產(chǎn)管理中的應用，介紹了GPS數(shù)據(jù)的獲取與轉換，實現(xiàn)了GIS與路產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互式查詢，最終完成了對公路路產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理的研究.

GIS；GPS；路產(chǎn)數(shù)據(jù)

經(jīng)濟發(fā)展帶來了眾多公路養(yǎng)護問題，對智能交通系統(tǒng)（ITS）提出了更高的要求.隨著地理信息系統(tǒng)（GIS），全球定位系統(tǒng)（GPS）以及通信技術的發(fā)展，基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在公路養(yǎng)護領域得到重視，在提高經(jīng)濟與社會效益方面展示出巨大潛力.

近幾十年來，我國公路事業(yè)突飛猛進，截至2012年，公路總里程已經(jīng)超過400萬公里，強勁的公路發(fā)展規(guī)模與建設速度要求更高的路產(chǎn)管理技術與之相適應.路產(chǎn)管理中最基本的內容包括在公路的驗收交付以及使用期間，定期地對路產(chǎn)數(shù)據(jù)進行記錄和分析，并建立檔案資料以方便查詢.這些路產(chǎn)數(shù)據(jù)包括：公路路面信息、路邊設施以及周圍環(huán)境等.本文所研究的基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，能有效的管理路產(chǎn)及其狀態(tài).

1 系統(tǒng)介紹

基于GIS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，利用GIS二次開發(fā)組件MapX為核心，以工控機為載體，將GIS數(shù)據(jù)導入工控機作為工作底圖；將GPS接收機接收到的路產(chǎn)數(shù)據(jù)通過串口上傳給工控機并進行解析，提取當前點位的WGS84地心坐標，通過坐標轉換到工控機的GIS上直觀地顯示點位；保存圖形信息，將得到的信息經(jīng)過處理后用于地圖道路要素更新，用戶能夠根據(jù)需要點擊電子地圖查詢相應的路產(chǎn)信息，也能夠通過查詢相應的路產(chǎn)（標識牌、路面信息、路邊設施）來得到對應的GIS信息.

2 系統(tǒng)關鍵技術研究

2.1 基于GIS電子地圖的制作

電子地圖底圖的制作是系統(tǒng)的重點之一，要實現(xiàn)的主要功能:電子地圖的放大、縮小、漫游、鷹眼以及利用鼠標得到路產(chǎn)圖元的基本信息[1]，把得到的圖元的基本信息作為條件在數(shù)據(jù)庫中進行查詢.

本文所研究的地圖制圖與GIS密切相關，我們不僅可以用它來管理地理數(shù)據(jù)，也可以利用GIS視覺化的特點作為設計電子地圖集的開發(fā)工具.

GIS工具軟件包包括Arc/Info、MapInfo等，能夠進行空間數(shù)據(jù)的輸入、存儲、處理、分析和輸出，筆者選擇MapInfo公司的MapX控件來設計制作電子地圖，并實現(xiàn)相關功能. MapX是一個OCX組件[2],可以被快速集成到VisualBasic、PowerBuilder、Delphi、VisualC++中.在應用程序中，可以通過MapX來加入所需要的制圖功能.MapX具有的分析功能，可以對數(shù)據(jù)進行分組和組織、執(zhí)行搜索或在一個指定的半徑、矩形區(qū)域或指定點的周圍選擇地圖圖元，所有這些結合在一起就是數(shù)據(jù)在地圖上的直觀顯示.

使用MapX5.0作為ActiveX控件添加到VC工程中以嵌入地圖功能，在繪制圖層時，Maplnfo要輸入繪制對象的屬性，其中區(qū)域與路線的屬性應該與相對應的采集數(shù)據(jù)庫中的名稱相對應.在路產(chǎn)管理系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)分為三個級別：路線、區(qū)間、路段.根據(jù)路產(chǎn)管理系統(tǒng)的要求，將系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)分為以下幾個圖層，如圖1所示：

圖1 圖層設置

MapX中的路產(chǎn)對象的坐標是相對坐標，這個坐標是相對于圖中的某個基準點來設置的，需要對各個圖層進行配準.在匹配各個圖層時，要使用一致的投影方法進行匹配.在MapX上選擇坐標投影，點投影(Projection)按鈕，選擇所需要的坐標系來完成一次配準，如圖2所示.

圖2 電子地圖投影的選擇

2.2 GPS數(shù)據(jù)的獲取及轉換

GPS是GIS采集經(jīng)緯度信息的主要手段之一，通過GPS能夠實時獲得路產(chǎn)信息點的位置信息，由此來實現(xiàn)定位的功能.

GPS定位信息接收系統(tǒng)包括[3]：GPS接收天線、變頻器、信號通道、微處理器、存儲器、電源等部分.用RS-232串口將定位信息從GPS接收機傳送到工控機進行信息提取處理.數(shù)據(jù)傳送采用異步串行傳送方式，設置好相應的串口配置參數(shù)，根據(jù)相應的串口讀寫程序操作將GPS導航定位信息通過串口傳送到工控機，圖3為GPS數(shù)據(jù)采集模塊圖.

圖3 GPS數(shù)據(jù)采集模塊

GPS接收的NMEA格式數(shù)據(jù)為WGS-84坐標系下的大地坐標，但在實際應用中我國地圖采用的是1954北京坐標系或1980西安坐標系要.通過坐標轉換實現(xiàn)坐標系的統(tǒng)一，轉換過程分為兩步，第一步將WGS-84橢球下的(B,L)坐標，通過高斯正算，轉換為該橢球下的平面坐標；第二步將高斯平面坐標，通過解析變換法，轉換為國家大地坐標系或地方獨立坐標系下的平面坐標(X,Y).

2.3 GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)在電子地圖上的標注

要實現(xiàn)路產(chǎn)進行可視管理，需要在電子地圖上進行路產(chǎn)對象的標注[4].為了在電子地圖上顯示出路產(chǎn)對象，需要創(chuàng)建兩種圖層：

2.3.1 臨時圖層(miLayerInfoTypeTemp)，用來繪制采集車的運動軌跡，使用GPS獲得采集車的位置，并依據(jù)此數(shù)據(jù)更新采集車對應點特征的位置.由于地理特征變化速率很快，要用Layer集合的AnimationLayer屬性將這一層設置為動畫圖層，使用動畫圖層存儲以獲得更快的地圖刷新速度.

2.3.2 永久圖層(miLayerInfoTypeNewTable)，用來標注路產(chǎn)，首先在圖層集中創(chuàng)建新的圖層——“路邊設施”圖層，MapX在創(chuàng)建“路邊設施”圖層時，為其建立一張表，與圖層相對應的表中存儲了路產(chǎn)對象的地理信及其相關聯(lián)的屬性信息.

由于不同路產(chǎn)建立在不同圖層上，當路產(chǎn)對象發(fā)生改變，只需對相應圖層進行修改、刪除或添加，從而實現(xiàn)路產(chǎn)數(shù)據(jù)的分層管理.

2.4 GIS、路產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互式查詢

主路產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要功能就是查詢，查詢信息包括：標識牌、路面信息、路邊設施等、GIS.能夠按照各種查詢條件，如路段名稱、里程樁號、路產(chǎn)設施等，來滿足用戶的各種查詢要求.

2.4.1 由路產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢GIS

查詢某路產(chǎn)所對應的GIS數(shù)據(jù)，選擇好路產(chǎn)信息后，若查詢到有唯一的要素與所查有關鍵字的要素相匹配，系統(tǒng)會顯示出該要素，并定位在地圖的中心，同時也能查詢到要素的屬性信息；若有多個要素與之相匹配，則可選擇列表中的一項，查看相關的位置及屬性信息，系統(tǒng)即給出該點的坐標信息.由路產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢GIS的數(shù)據(jù)流圖如圖4：

圖4 由路產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢GIS的數(shù)據(jù)流圖

2.4.2 由GIS查詢路產(chǎn)數(shù)據(jù)

公路既具有表征其地理位置的信息，又具有表征其空間特性的空間屬性信息，GIS不僅能夠管理對象的位置，同時也能夠管理對象的屬性，且兩者是自動關聯(lián)的.與GIS數(shù)據(jù)庫建立連接，以更方便實現(xiàn)路產(chǎn)的管理.

GIS查詢路產(chǎn)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)：在點擊電子地圖查詢時，會獲得唯一的一個GPS坐標，此坐標的唯一性，使得在一張地圖上找到一個確切的位置與之相對應.由GIS查詢路產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流圖如圖5：.

圖5 GIS查詢路產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流圖

3 結論

本文所研究的基于GIS_GPS路產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在現(xiàn)有路產(chǎn)管理的基礎上，設計出符合高速公路路產(chǎn)管理要求的綜合型信息管理系統(tǒng)，來實現(xiàn)高速公路管理工作的全面數(shù)字化.提出了GIS與GPS相結合的技術方案，設計了高質量的電子地圖，完成了電子地圖與GPS數(shù)據(jù)交互式查詢功能，最終完成GIS與GPS相結合的路產(chǎn)管理系統(tǒng)研究.

〔1〕宋玉蘭.理信息系統(tǒng)與制圖的結合思路研究[J].科技資訊, 2011(25):50-51.

〔2〕劉立峻.MapX控件的GPS/GIS技術在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].武漢工業(yè)學院學報，2006,25(1):26-29.

〔3〕王緩緩,李虎.用Java實現(xiàn)GPS全球定位系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)的提取[J].計算機與現(xiàn)代化,2004(11):89-91.

〔4〕顏志偉,杜軍平.GPS信息實時標注系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].北京工商大學學報,2009,27(5):35-38.

U495

A

1673-260X（2013）12-036-02

安徽省教育廳自然科學研究項目（KJ2013Z317）；宿州學院碩士科研啟動基金項目（2010yss01，2009YSS07，2009YSS08）；宿州學院產(chǎn)學研合作項目（2013CXY01）