基于WebGIS的停车监测信息可视化系统研发

高智文，张学东，张健钦，申兆慕，张安

(北京建筑大学，北京 100044)

1 引 言

近年来随着居民购买力不断增强，城市机动车保有量呈连年增长趋势。伴随着私家车数量的不断增加，停车难已经成为一个越来越严重的全国性问题。截至2018年4月，北京市共有车位约382万个，但全市机动车总量已达596.8万辆，数量几乎是现有车位的2倍。在小汽车停车需求快速增长的背景下，目前大城市的停车系统建设还未能形成一个完整的结构体系，对于城市规划管理者来说，由于停车信息匮乏，整体城市停车信息把握不良造成的现有停车场忙闲不均，停车潜力没有得到进一步开发。传统停车系统由于智能化、信息化程度不足，对于城市停车信息的可视化与分析能力较弱，造成城市停车难和管理难的问题愈发突出[1～3]。因此，本文以北京市西城区为例，充分发挥物联网技术优势，利用“地磁传感仪”感应车位状态，采集停车场基本信息、实时信息、整合城市停车资源，依托平台进行数据分析与处理，使其具有跨部门数据联动能力，实现公众服务、行业监管的决策功能，同时更好地实现了数据的可视化展示与分析[4，5]。

2 关键技术

2.1 WebGIS技术框架

WebGIS是指通过Internet平台创建，采用网络协议实现地理信息采集和空间平台信息共享的大型综合化地理信息系统。WebGIS是传统的GIS在网络上的延伸和发展，利用互联网对地理空间数据进行发布和应用，以实现空间数据的共享和互操作，其客户端采用Web浏览器，如Chrome、IE、FireFox等，用户可通过浏览器无缝访问来自多个WebGIS服务器发布的空间数据，并使用来自多个服务器节点提供的服务[6]。

停车监测信息可视化系统包含的信息多种多样，主要包括该系统建设完成后的基本静态信息，如停车场的空间位置、各个停车场的车位数、停车场权属类型等；系统运行过程中产生的实时动态信息，如停车场实时空余车位数、15分钟内停车场进出流量等。

上述信息除了具有一般信息的所有特性外，还具有以下独特特征：空间分布性、数据量大和时序特性。鉴于此，本系统采用具有时空信息采集、存储、管理、分析和表达能力的地理信息系统(GIS)技术，以满足停车监测信息可视化系统运行信息的有效共享与发布[7～10]。又由于运行信息要求及时网络共享，这就要求实现不同的人员从不同的地点以不同的接入方式访问和操作共同的数据。因此，本系统更适合使用基于浏览器/服务器(Browser/Server，B/S)结构的网络地理信息系统(WebGIS)技术。

2.2 GeoSever底图服务

GeoServer是开源的底图发布工具，是基于OpenGIS Web服务器规范的J2EE实现的，利用GeoServer可以方便地发布地图数据，允许用户对特征数据进行更新、删除、插入操作。支持PostgreSQL、Oracle、MySQL等多种数据库[11]。

将停车场与停车诱导屏的静态数据，处理、分类、存储到PostgreSQL数据库后，便可以通过GeoServer将PostgreSQL中的停车场数据以图层形式进行发布，在WebGIS系统前台通过服务地址进行调用，并在地图上进行渲染。

2.3 基于JS的开源交互式地图框架

Leaflet是一个开源的地图Javascript库，目前版本已更新到1.3.4，具有开发在线地图的大部分功能，适用于开发中大型在线GIS应用。Leaflet提供可读性强的API文档和源码，本身不仅支持旧的浏览器访问，而且更好地支持HTML5和CSS3。Leaflet采用面向对象设计，封装性好，并且提供了很多专业的第三方Javascript插件来扩展自身的功能，从而满足WebGIS对地图的各种查询、分析、渲染等操作[12]。

2.4 智能停车检测设备

地磁传感器是通过探测车辆通过时对地球磁场产生的扰动来探测车辆。地球的磁场在几公里之内基本上是恒定的，但大型的铁磁性物体会对地球磁场产生巨大的扰动，地磁传感器可以分辨出地球磁场六千分之一的变化，而当车辆通过时对地磁的影响将达到地磁强度的几分之一，因此利用地磁传感器来探测车辆，具有极高的灵敏度。地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别，具有安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长，对路面破坏小等优点，在停车监测信息可视化系统中起到非常重要的作用。利用地磁传感器采集到的停车状况，通过计算机汇总并传输到后台服务器与停车诱导屏，可实现基础停车数据的采集，再经计算机前端可视化展示，从而实现对停车场的实时监测，整体流程如图1所示。

图1 系统整体流程图

3 系统设计

3.1 系统功能设计

针对停车诱导屏和城市停车场的空间分布与信息管理，结合管理决策部门的需求以及停车监测信息可视化系统运行信息自身特点，本文设计了一个较全面的停车监测信息可视化系统。该系统功能分为实时监测、统计分析、诱导管理三大模块。

实时监测模块通过丰富的可视化效果将各停车场的地理位置、空余车位情况、以及2小时内车位变化等实时动态信息生动、直观地表达出来，便于使用者获取信息。统计分析模块借助空间数据管理技术对停车系统运行后形成的历史数据进行分析，进而为有关部门提供决策支持。诱导管理模块可对各级别诱导屏数据分级管理，并支持图表联动定位诱导屏的空间位置，具体功能设计如图2所示。

图2 停车监测信息可视化系统总体功能

3.2 数据库设计

根据上述功能设计，可将数据表设为：停车场静态信息表、停车场流量实时信息表、停车诱导屏信息表，具体字段与表结构如表1～表3所示。

停车场静态信息表 表1

停车场流量实时信息表 表2

续表2

停车诱导屏信息表 表3

4 系统实现

本系统采用B/S架构，主要分为数据库管理、后台逻辑、Web端表现三层结构[13～20]。数据库管理层采用PostgreSQL数据库；后台逻辑层采用Spring MVC的后台框架并结合Mybatis技术实现数据库与前台程序的通信；Web端表现层的系统前台采取HTML+CSS+JavaScript的开发模式，通过Mapbox底图框架、leaflet地图插件与ECharts图表库进行数据的可视化表达，利用GeoServer开源地图服务器发布系统所需的地图服务，并通过Tomcat进行软件部署，系统架构如图3所示。

图3 系统架构

4.1 实时停车场监测模块

该模块主要对区域所属停车场的实时状态信息进行展示、分析与发布。为满足管理者对各停车场状态实时监测的需求，系统数据15分钟自动刷新一次。效果如图4所示，其中不同颜色的停车场点位代表停车场空余车位的状态，颜色越深代表空余车位越少，点击弹出框内包含此停车场的实时状态信息与2小时内空余车位变化曲线图，为管理者提供参考。右侧统计分析分页中以柱状图的形式展示了周转率最高与最低前5名的停车场。下方默认展示3个重点停车场一周内的流量统计并可直观比较。右侧停车场信息管理分页中以列表的形式展示西城区全部停车场名称、类型、总车位与当前空余车位，通过单击每条记录可在地图中定位。左上角图层控制器控制地图上的动态热力图显隐，该动态热力图以实时空余车位为渲染值，颜色越深代表空余车位越少，停车越困难，效果如图5所示。

图4 实时停车场监测模块

图5 动态热力图

4.2 停车场统计分析模块

该模块主要是对停车监测信息可视化系统的历史数据进行统计，为系统管理者综合评价停车场运行状态，后期优化调整提供参考。效果如图6所示，右侧统计分析分页上方图表可根据所选时间范围生成该时间段内的周转率最高与最低前5名的停车场，并支持点击定位该停车场。下方图表可根据所选停车场(可多选)与时间范围生成所选停车场在该时间段内的流量变化，通过多柱状图的方式进行比较，直观地显示出多目标停车场的流量状况及其之间的差值。

图6 停车场统计分析模块

4.3 停车诱导管理模块

该模块主要是对停车诱导屏信息进行管理，诱导屏信息每15分钟刷新一次，以期达到近实时监测的效果。在地图上将一、二、三级诱导屏分别以不同颜色的图标方式展示，点击地图上的诱导屏图标可弹出诱导屏的屏号、屏类别、安装位置与显示内容。右侧停车诱导分页将西直门地区的一、二、三级诱导屏信息以列表形式展示，通过单击每条诱导屏记录可在地图中进行定位，效果图如图7所示。

图7 停车诱导管理模块

5 结 语

针对目前西城区管理部门面临的区属停车与诱导信息监测问题，本文提出并设计了基于WebGIS的停车监测信息可视化系统。该系统可跨平台部署、可靠性高、稳定性好，较好地完成了停车与诱导信息的可视化管理与综合分析、共享与发布的需求。通过该系统不仅可以掌握西城区的实时停车动态变化，对各停车单位进行监督；还可以面向公众需求发布停车位信息，引导车辆有序停车，从而降低公众出行成本，方便群众出行。此外，该系统还可以为科学诱导停车、停车流量预警、停车资源调配优化、分析车辆停放规律等多种应用提供支持与帮助。