张金金，刘小明

(北方工业大学城市道路智能控制技术北京市重点实验室，北京 100144)

0 引言

在信息化和数字化日益发展的今天，通过有线电视、带宽通信、无线通信等组成的家庭网络［1］，以宽带家庭网关、数字电视机顶盒、家庭信息机或智能终端等设备为中心，实现了基于宽带通信的数字家庭［2］。数字家庭服务包括家庭娱乐、生活消费和社会公益类服务，近几年数字家庭服务的快速发展，在我国已经取得了一些成果，以家庭为核心的现代数字家庭服务产业正在快速发展，而家庭出行也在数字家庭服务产业中充当着重要的作用，随着社会经济水平的提高，机动车数量越来越多，交通拥堵日益严重，人们对交通出行信息服务的需求也随之增长。本文研究基于ArcGIS Server的数字家庭交通出行系统，方便出行者选择合理的出行方式和出行时间，并向出行者提供驾车行驶路线的行程时间和行驶路程，使家庭出行更加便捷、高效和环保。

1 ArcGISServer简介

ArcGISServer允许以跨企业和跨Web网络的形式共享GIS资源。GIS资源指的是要与其他人共享的地图、地球、地址定位器、地理数据库和各种工具。可通过将这些资源存放在ArcGIS Server系统或GIS服务器中，允许客户端应用程序使用这些资源和与这些资源进行交互来共享这些资源。共享GIS服务器上的GIS资源的主要好处与通过任何一种服务器技术来共享数据是相同的:可对数据进行集中管理、支持多个用户以及可为客户端提供最新的信息。Arc-GISServer的系统架构如图1所示。

图1 ArcGISServer的系统结构图

(1)GIS服务器用于托管GIS资源(例如地图、globe和地址定位器)并将它们作为服务呈现给客户端应用程序。GIS服务器本身由2个不同的部分构成:服务器对象管理器(SOM)和服务器对象容器(SOC)。顾名思义，SOM管理服务器上运行的服务。当客户端应用程序请求使用某项特定服务时，这项服务实际上是由SOM为客户端提供的。SOM可与一个或多个SOC相连接。SOC计算机用于托管由SOM管理的服务。根据配置的不同，可以选择在不同的计算机上运行SOM和SOC，还可以使用多台SOC计算机。

(2)Web服务器用于托管Web应用程序和服务，它们使用GIS服务器上运行的资源。

(3)客户端是连接到ArcGIS Server Internet服务或ArcGISServer本地服务的Web应用程序、移动应用程序和桌面应用程序。

(4)数据服务器包含了以服务形式发布到GIS服务器上的GIS资源。这些资源可以是地图文档、地址定位器、Globe文档、地理数据库和工具箱。

(5)管理器与ArcCatalog管理员用来将GIS资源发布为服务。管理器是一个Web应用程序，它支持将GIS资源作为服务发布、管理GIS服务器以及在服务器上创建Web应用程序。

ArcCatalog中包括一个GIS服务器节点，用于向GIS服务器添加连接以便实现服务器的常规使用或实现服务器属性及服务的管理。

(6)ArcGISDesktop创作GIS资源(如即将发布到服务器中的地图、地理处理工具和globe)，需要使用ArcGIS Desktop应用程序(如 ArcMap、ArcCatalog和ArcGlobe)。此外，如果想创建缓存地图服务，则还需要使用ArcCatalog来创建缓存。

2 系统设计

2．1 设计原则

数字家庭交通出行信息服务模式以家庭为对象提供出行前信息查询，面向家庭不同的出行群体和不同的信息需求，结合智能交通系统的规划，充分利用现有资源，设计主要包括全市路况、交通视频、交通出行、大型活动和停车查询等5个模块。

本设计以电视为媒介，面向的用户是电视机日常使用者，电视机为遥控操作方式，因此应尽量减少需要输入的信息，多提供选择接口，以保证所有用户只需通过选择键的简单操作，即达到查询交通出行信息的目的，实现人机信息的交互。

总的来说，本设计针对目前城市居民出行信息的需求，面向不同的出行群体，提供更方便、更数字化、更智能化、更家庭化的服务。

2．2 系统架构

系统整体设计目标是利用电子地图这种新媒体与数字家庭用户进行信息交换，满足用户对交通信息的需求和辅助用户进行出行方案的制定。

数字家庭信息服务软件采用C/S结构，客户端采用机顶盒(Android平台)，通过电视机显示给用户，服务器采用ArcGISServer 10 for the Java Platform。

交通出行信息服务系统架构如图2所示。

图2 数字家庭交通出行信息服务系统架构图

2．3 系统功能

数字家庭交通出行系统包括全市路况、交通视频、交通出行、停车状况和大型活动5个模块，如图3所示。

图3 数字家庭交通出行系统功能模块

1．全市路况。

该模块为出行者提供全市交通拥堵或畅通情况，使出行者对全市路况全面了解，从而使出行者根据实时交通路况选择合适的出行时间，节约出行成本，减少环境污染，提高出行的效率。

2．交通视频。

该模块为出行者提供道路实时交通视频，如当前道路拥堵视频、路段事故视频、道路现场施工视频等，以便出行者更加直观地了解道路交通，选择合理的交通路线。

3．交通出行，包括路况查询和地铁查询2个模块。

(1)路况查询。

该模块为出行者提供最佳出行路线，出行者可根据出行时间查询，返回按路程最短和时间最短的出行路线，在此模块考虑到用户和电视机的交互，起点、终点的输入均采用下拉提示的功能，尽可能减少用户输入的操作，以提高操作的灵活性。

(2)地铁查询。

该模块为出行者提供最佳地铁换乘路线，出行者可根据出行目的地进行查询，返回换乘次数和最少的换乘方案，在此模块考虑到用户和电视机的交互，起点、终点的输入均采用下拉提示的功能，尽可能减少用户输入的操作，以提高操作的灵活性。

4．停车状况。

停车查询主要包括停车场查询、临时停车位查询及停车位管制3部分。每部分都由停车路径查询、停车位查询及费用查询3个模块组成。停车查询方式是用户根据自己需求在地图上选择已知停车场位置，模块可自动出现附近停车场名称以供选择，用户选择目标停车场名称即可。

(1)停车路径查询。

用户选择目标停车场名称后，该模块可显示从用户位置到停车场位置路径选择，并提供每条路径行程时间，以供用户选择。该模块设有最短路径和最短时间2个选项及相关文字提示信息，以便用户更快捷地选择出行路线。

该模块还包括临时停车位信息的发布及路径查询、停车场管制信息。如果目标停车场被管制禁用，该模块会主动向用户推荐周边相邻停车场，并显示地图路径、剩余停车位等相关信息。

(2)停车位查询。

用户选择目标停车场名称后，可查询剩余停车位以及一定时间内剩余停车位预测，以保障用户可以得到在到达目标停车场时是否有停车位的信息，如果没有停车位，可提前选择其他停车场。

(3)费用查询。

在用户选择目标停车场时，该模块可查询并显示目标停车场的费用，包括计时及承包车位。同时，周边停车场也会显示在地图上，以供用户选择，在用户选择后还可显示其费用查询界面，以供用户作比较。

5．大型活动。

该模块为用户提供大型活动举办地周围的道路交通状况，比如运动会、演唱会、商演会等大型活动举办地的实时交通情况，使出行避开此路段，提高出行效率。

6．辅助功能模块。

该模块主要功能是提供对交通出行有影响的相关信息，包括交通状况动态滚动信息、日期以及天气状况等，并固定驻留在客户端屏幕下方，以推送方式提示用户。

3 系统实现的关键技术

3．1 电子地图的制作与发布

图4 地图数据结构(左)和路径图层(右)

在进行动态路径分析之前，必须进行电子地图的准备和发布，可通过ArcCatalog和ArcMap分别完成。(1)打开ArcCatalog软件，将地图元数据放在文件夹数据库中(如 BeijingGeodatabase．gdb，见图 4 左)，新建要素数据集，在要素数据集里导入将要进行路网构建的道路要素类(能够构成路网的点和线);(2)对要素数据集进行构建生成网络数据集，将网络数据集的权重设置为旅行时间;(3)将构建好的网络数据集在ArcMap中打开，在工具栏中找到Network Analyst，打开新建路径(New Route)，新建一个路径图层(见图4右)，然后将数据保存为．mxd文件，生成地图文件，并通过ArcCatalog或ArcGIS Server管理界面进行地图的发布。

3．2 动态流量表的建立

道路上交通流量的多少对行驶时间的长短有直接的影响，通过ArcGISNetwork Analyst扩展模块，可使用历史流量表来构建在网络元素上行驶的基于时间的成本模型。这样，出行的行驶时间和抵达时间就会更加可靠，并且实际所花费的行驶时间可能会少于在忽略流量模式情况下所花费的行驶时间。首先，建立不同时间段、不同交通流量下的路段行驶时间相对于车辆自由流动下行驶时间倍数的历史流量剖析表;其次，建立路段流量剖析连接表来建立路段和流量之间的连接，在这里需注意以下几个问题:(1)各路段要素都要有一个唯一标识符ObjectID值，“路段—流量剖析”连接表通过唯一标识符在路段与其各种流量剖析之间建立关系;(2)“路段-流量剖析”连接表必须填写字段如边要素类标识符(EdgeFCID)、边要素标识符(EdgeFID)、边的起始位置(EdgeFrmPos)、边的终始位置(EdgeToPos)、基本行驶时间字段(FreeflowMinutes、FreeflowSeconds)、星期字段(ProfileID)等，保证连接表可以标识到一周中每天路段的要素、自由流动行驶时间等。历史流量剖析表和路段流量剖析连接表如图5和图6所示。

图5 历史流量剖析表

图6 路段流量剖析表

3．3 动态路径的实现

打开ArcCatalog软件，在文件夹数据库新建要素集，将要构成网络数据集的线或点要素添加到要素集中，然后构建网络数据集，将历史流量剖析表和路段流量剖析连接表配置到网络数据集中，然后在网络数据集中创建旅行时间属性，最后完成构建。将构建好的网络数据集添加到ArcMap中，保存为．mxd文件，通过ArcMap的二次接口完成动态路径的查询，如图7和图8所示为同一天中不同时段查询相同2点之间的路径以及所需时间和路径长度。动态路径查询流程如图9所示。

图7 图形选择1～图形选择2的动态路径(8:00开始)

图8 图形选择1～图形选择2的动态路径(18:00开始)

图9 路经查询程序流程图

4 数字家庭交通出行平台的实现

数字家庭交通出行平台采用C/S结构，以内置Android系统的机顶盒为客户端，通过电视机显示出行服务界面。开发时将 Eclipse环境与 ArcGIS for Android插件相结合，应用Java语言进行开发，实现包括全市路况、交通视频、交通出行、停车状况和大型活动等5个主要的功能模块以及辅助功能模块，主界面如图10所示。以交通出行模块为例，当需要查询路径时，选择交通出行进入路经查询界面，输入起终点，即可进行查询，如图11所示。驾车出行的用户可点击路经查询结果，获取详细的路线，若需要进一步了解每一段路径长度和行程时间的信息，可以点击地图上对应的线路，地图直接返回所需要的信息，如图12所示。

图10 数字家庭交通出行主界面

图11 路径查询界面

图12 路径分段信息图

5 结束语

基于 ArcGIS Server的开放性，可方便地应用ArcGISServer进行地图的发布和管理操作，通过Arc-GISServer的网络分析功能实现数字家庭交通出行动态路经查询功能，操作简单，该系统运行于机顶盒终端为电视，可方便地通过电视机遥控器进行操作，并进行相关模块的查询，能帮助客户在娱乐的同时进行出行信息的查询，节省出行时间，提高出行效率，节约资源，具有一定的工程使用价值。

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