货车导航系统设计

罗小龙　喻江波

【摘 要】近年来，城市道路交通问题成了阻碍城市发展的一大难题，由货车带来的交通堵塞、噪音污染和道路破坏等问题，也导致各地进一步升级“限货”政策。货车导航，是指安装在货车上面，引导驾驶者从指定路线从一点运动到另一点的设备。货车司机的业务不限于特定的地方，因此，经常出现迷路，进入限行、限高及限重的路段，对货车司机的正常业务带来很大的不便，因此，文章研究的目的在于以武汉市为例采取GIS在海量数据管理方面的优势来解决这一问题。

【关键词】车辆导航；限行路径分析；空间属性数据查询

0 引言

货车限行，主要是因为全国各地城市都面临交通的压力，而且随着近年来对于各方面的要求的增加，各地对于货车限行的命令也进一步的升级。中国人口密集，人群数量庞大，因此通过对货车进行限行来提高道路的通行力度也是一个最主要的手段[1-4]。

武汉作为一个大型的交通枢纽城市，每年货车交通违规案例数不胜数。一方面原因是武汉交通便利，多数货车从此经过，司机对于武汉限行路段不可能很熟悉，另一方面就是武汉市道路拥堵，人口众多，因此政府对于货车限行路段规定严格，稍不注意就会走入禁区。货车导航系统设计就是以武汉市为蓝本，来研究探讨关于货车导航系统的设计与实现，给货车司机进行在未知地域的正确线路导航，实现限行路段绕行的导航功能。

1 货车导航系统使用现状

而我们常见的普通的导航系统如在PC端的导航系统（如谷歌地图）、基于Android的一些手机地图（如百度地图、老虎地图等）的导航系统，都只能提供简单的线路导航，而不能给货车司机指明正确的线路导航，不能规避禁行区，因此并不能满足货车司机的要求，不能用来对货车进行导航[5-6]。对于货车司机来说，到达一个陌生的地域，没有正确的导航，误入禁区从而产生高额罚款和大幅度扣分的情况屡屡发生，由此给自己带来不必要的损失，货车导航系统由此而生[7-8]。

2 货车导航系统的用户需求

本系统主要的针对人群是货车司机和系统管理员。

2.1 货车司机

对于货车司机来说，能快速的找到所要到达目的地的最短路径，就是此系统所需要实现的具体目标，系统能帮助货车司机快速定位基础设施站和基本的线路导航，快速、实时地反映当前的武汉市内的各种货车限行规定。

2.2 管理员

管理员主要是对于后台数据库的数据维护，主要是为了保证后台的数据的现势性。本系统设计给管理员提供了这方面功能的模块，便于管理员对数据进行更新。

3 货车导航系统总体设计

3.1 系统设计的原则

1）完备性原则。系统应具有一般应用型GIS 都具备的功能，包括数据的采集、管理、编辑、显示、绘图、处理、查询、分析、输出等功能，而且还应具有针对图像的查询和处理分析功能。2）标准化原则。系统使用和输出的数据类型、编码、图示符号应符合国家地质标准及相关规定，軟件工程和数据库建设符合行业规范。3）系统性原则。属性数据库、图像数据库及应用模型有机的结合为一体，各种参数可以相互进行传输，形成了一个高效而有组织的整体。4） 先进性原则。包括硬件设备、软件和技术方法的先进性。5）可靠性原则。包括数据的可靠性和系统运行的可靠性。6）实用性原则。包括，系统能够做到解决用户所关心的问题，为生产实践服务；系统的流转过程实现无纸化；界面设计尽量模拟人的工作习惯，随时提示；最好少用或不用键盘。7）可扩充性原则。系统设计应采用模块化结构设计，模块的独立性强，模块增加、减少或修改均对整个系统的影响很小，便于对系统进行改进和扩充，使系统处于不断完善的过程中。

3.2 系统的总体框架设计

本次系统的实现是一个比较传统的C/S体系架构，根据现在所有能了解到的货车导航系统为蓝本，对本次设计的具体实施提出如下设想方案。

该设想方案的总体思路是：建立一个大型数据库系统，用来存储涉及货车行驶所需的所有数据，其中包括基础设施的基本空间信息（如所在地域）、属性信息（包括设施类别、设施工作时间等相关信息）、空间属性信息（城市道路可行、限行、桥梁限重、限高等相关信息）。在该数据库的基础上开发方便的存取、查询、线路设计等。

数据库设计，使用微软公司的SQL SERVER数据库管理系统，是一个大型的数据库管理系统，在数据库的并发操作、联机处理、分布式处理等方面都提供很好的支持。并且我们学习使用该数据库也有一定的经验。因此以该软件系统来进行此次系统设计的数据库建库软件。

因整个系统涉及到很多空间信息，而ESRI公司的ArcGIS系统软件则具有较强的数据图形处理能力，而且因为学习专业的关系我们对该软件的操作比较熟练，具有较强的动手操作能力，所以此次货车导航系统设计采用ArcGIS Server10.2处理图形，通过ArcGIS Engine搭建系统的组件框架，使用我们学过的C#语言进行程序的编写以便于能较完满的完成该系统的设计。由该思路产生系统的技术路线则见图1。

在此基础上，结合货车导航系统的具体内容，建立系统的整体框架。主要功能包括多源数据管理和方便查询，即数据管理模块和查询模块，数据管理模块实现多源数据的导入；查询模块实现各种查询（图2）。

导航功能作为本系统最主要的功能，所需要用到的就是网络分析方法[9-10]。网络分析方式中的路径分析可以用来做系统的导航功能的实现。具体操作如下：首先讲武汉市矢量图的道路要素，即线要素提取，然后创建一个线要素数据集的几何网络，之后通过设置障碍节点和障碍边的方式来实现对限行路线的导航规避。

4 结语

本系统采用软件工程的思想进行设计，认真地进行了货车导航系统前期的需求分析、调研与论证，根据软件设计的原则完成了后续相关工作。货车导航系统主要面向非武汉市当地的货车司机，旨在解决其对于地域不熟悉导致行车困难的问题，同时也为城市交通减轻压力。

图2 货车导航系统功能设计

【参考文献】

[1]吴海锋，袁彦玲，张宝杰.GPS在车辆定位导航系统中的应用研究[J].科技信息，2011，22：341-342.

[2]赵亦林著，谭国珍译.车辆定位与导航系统[M].北京：电子工业出版社，1993.

[3]张一珂，刘鸿剑，朱志斌.基于车辆导航的一种改良动态最短路径算法[J].科技广场，2009，05：26-28.

[4]温惠英，邢康，沈芬.基于物流信息平台的配送车辆导航系统设计[J].交通与计算机，2007，04：61-64+69.

[5]滕文.车载导航系统最优路径搜索算法研究[J].自动化与仪器仪表，2016，12： 1-2.

[6]温凯峰.基于GPS的智能车载导航系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2016，08：75-79.

[7]张立国，张鑫龄，丛联宇.车载导航系统设计思路[J].黑龙江科学，2016，14：8-9.

[8]陈杨，薄明亮.基于实时车载导航系统中的电子地图若干关键技术研究[J].电子技术与软件工程，2016，06：247.

[9]许忠玲.汽车导航系统在交通管理中的作用[J].科技展望，2016（1）：159.

[10]梅青平.最短路径算法在城市导航中的应用[J].科技信息，2010，32：530-531.

[责任编辑：朱丽娜]