賈博韜1，陳緒兵1，王瑜輝2，張超2
(1.武漢工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430205；2. 廣東華中科技大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院，廣東 東莞 523808）
摘要：伴隨著日益增長(zhǎng)的石油消耗，石油運(yùn)輸車隊(duì)逐漸龐大，運(yùn)輸車輛管理逐漸達(dá)到瓶頸，車輛資源的合理使用以及分配問(wèn)題顯得尤為突出。提出一套基于地理信息系統(tǒng)的石油運(yùn)輸車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)中采用SSH框架以及Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)，更能通過(guò)大數(shù)據(jù)處理，預(yù)判車輛的維保里程，從而實(shí)現(xiàn)石油運(yùn)輸?shù)陌踩管囕v資源得到合理分配。
關(guān)鍵詞：石油運(yùn)輸；地理信息系統(tǒng)；Hadoop；車輛監(jiān)控
中圖分類號(hào)：TN805文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.10.028
引用格式：賈博韜，陳緒兵，王瑜輝,等.基于GIS和Hadoop的石油運(yùn)輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36（10）：96-98.
0引言
*基金項(xiàng)目：國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目（2013AA040404）； 廣東省引進(jìn)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2011G006）
石油是我國(guó)主要工業(yè)能源之一，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。隨著石油需求量的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的石油運(yùn)輸車輛參與到石油運(yùn)輸調(diào)配中。但是，我國(guó)石油運(yùn)輸業(yè)信息化管理漸漸落后于日益增長(zhǎng)的石油消耗需求［1］。目前，我國(guó)石油運(yùn)輸車輛監(jiān)控手段較為單一，主要體現(xiàn)在實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛地理位置、車輛速度。然而，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，因道路存在較大不確定性，如路面情況、天氣情況等因素，導(dǎo)致企業(yè)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)管難度較大［2］。與此同時(shí)，越來(lái)越龐大的運(yùn)輸車隊(duì)以及越來(lái)越復(fù)雜的監(jiān)控管理會(huì)產(chǎn)生海量的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)［3］。傳統(tǒng)車輛管理系統(tǒng)性能已經(jīng)無(wú)法滿足龐大數(shù)據(jù)流的需求，也無(wú)法合理使用數(shù)據(jù)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，為解決石油運(yùn)輸車的監(jiān)控問(wèn)題提供了新的思路［4］。
WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）是一個(gè)基于Internet平臺(tái)獲取、儲(chǔ)存、編輯、處理、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)，其核心是用計(jì)算機(jī)來(lái)處理和分析地理信息，是一種瀏覽器/服務(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)［5］。而Hadoop是Apache的一個(gè)可靠、高效、可伸縮的分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)。在WebGIS上結(jié)合Hadoop的特點(diǎn)，提出了一種基于Hadoop云GIS的體系結(jié)構(gòu)［6］，體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
本文以石油運(yùn)輸行業(yè)的特殊背景需求作為基礎(chǔ)，在硬件上，集成了GPS和北斗導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛地理信息監(jiān)控；軟件上，選用SSH框架以及Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)［7］。在60 000臺(tái)運(yùn)輸車輛同時(shí)在線的情況下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警、調(diào)度，對(duì)智能運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1系統(tǒng)概述
通過(guò)運(yùn)輸公司用戶需求調(diào)研和業(yè)務(wù)流程分析，結(jié)合運(yùn)輸公司車輛管理的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和深度需求，本系統(tǒng)包括：車
輛監(jiān)控、安全管控、GIS應(yīng)用、ODB（OnBoard Diagnostics）管理和數(shù)據(jù)集成平臺(tái)五個(gè)部分。具體功能范圍如下。
（1）車輛監(jiān)控：車輛監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)對(duì)車輛行車過(guò)程、行駛狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并負(fù)責(zé)車載終端指令的控制，同時(shí)借助電子地圖實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛位置、車輛狀態(tài)、貨物狀態(tài)的全程、實(shí)時(shí)、可視化監(jiān)控，出現(xiàn)異常時(shí)告警提醒。
（2）安全管控：安全管控是對(duì)車輛在安全行車過(guò)程中各種安全要素的管理，對(duì)行車過(guò)程中的突發(fā)狀況進(jìn)行有效的提前預(yù)警，以及對(duì)駕駛員的違規(guī)違章行為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、上報(bào)，從而達(dá)到保障車輛運(yùn)輸全過(guò)程安全的目的。
（3）GIS應(yīng)用：GIS應(yīng)用為車輛管理系統(tǒng)提供GIS服務(wù)，通過(guò)搭建GIS平臺(tái)，為公司車輛管理提供地圖服務(wù)和專題數(shù)據(jù)收集服務(wù)。
（4）OBD管理：OBD管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛故障碼及其他狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)，以便及早發(fā)現(xiàn)車輛隱患、及早處理，確保行車安全；通過(guò)OBD還可以獲取里程、油耗等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)OBD數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而考察車輛運(yùn)輸過(guò)程中的油耗、駕駛員駕駛習(xí)慣等情況，實(shí)現(xiàn)能耗分析、駕駛行為分析以及車輛綜合分析。
（5）數(shù)據(jù)集成平臺(tái)：基于Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)將運(yùn)輸公司生產(chǎn)過(guò)程的人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、抽取、歸納、統(tǒng)計(jì)，直接向各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一、有效、完整的數(shù)據(jù)服務(wù)。
2系統(tǒng)體系架構(gòu)
本系統(tǒng)采用SSH框架實(shí)現(xiàn)MVC架構(gòu)。SSH框架，即集成Spring、Struts、Hibernate的軟件框架，是目前主流的B/S系統(tǒng)的開源框架。SSH框架從職責(zé)上分為三層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層以及數(shù)據(jù)持久層。利用成熟的SSH框架可以搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護(hù)的系統(tǒng)。針對(duì)石油車輛分布廣、數(shù)量多、環(huán)境和管理復(fù)雜的特點(diǎn)，B/S系統(tǒng)都能靈活地面對(duì)各種實(shí)際需求。
2.1GIS應(yīng)用
本系統(tǒng)的GIS應(yīng)用平臺(tái)面向石油運(yùn)輸?shù)暮诵臉I(yè)務(wù)需求開發(fā)了分段限速數(shù)據(jù)標(biāo)繪、車輛軌跡對(duì)比、軌跡線路采集功能模塊。GIS應(yīng)用平臺(tái)框架如圖2所示。
GIS應(yīng)用各個(gè)模塊的業(yè)務(wù)流程如下。
（1）線路車輛軌跡比對(duì):①選擇需要比對(duì)的規(guī)劃線路；②查詢用到該線路的車輛調(diào)派任務(wù)；③選擇調(diào)派任務(wù)，查詢出分配至此調(diào)派任務(wù)的車輛；④選擇車輛，點(diǎn)擊“比對(duì)分析”按鈕，將這些車輛的軌跡與規(guī)劃線路比對(duì)，生成每條軌跡與規(guī)劃線路的比對(duì)信息。
（2）數(shù)據(jù)采集：①用戶選擇業(yè)務(wù)圖層，并點(diǎn)擊“采集”按鈕開始采集數(shù)據(jù)；②填寫屬性信息，在地圖上繪制點(diǎn)、線、面等地理要素；③點(diǎn)擊“提交”按鈕，提交采集數(shù)據(jù)。
（3）應(yīng)急資源查詢：①用戶選擇查詢范圍，點(diǎn)擊“查詢”按鈕查詢應(yīng)急資源；②查看查詢出資源的位置以及屬性信息，以便制定應(yīng)急方案。
（4）GIS統(tǒng)計(jì)圖：①用戶選擇統(tǒng)計(jì)類別，并選擇具體的統(tǒng)計(jì)類型，點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)”按鈕；②針對(duì)柱狀圖、餅狀圖，系統(tǒng)返回統(tǒng)計(jì)信息，前端調(diào)用High Charts組件生成柱狀圖、餅狀圖，以div形式疊加到地圖上；針對(duì)密度圖，系統(tǒng)返回行政區(qū)劃邊界信息以及填充顏色信息，在頁(yè)面繪制點(diǎn)密度圖。
（5）路徑分析：①用戶點(diǎn)擊“路徑分析”按鈕，在地圖上選擇起止點(diǎn)、途經(jīng)點(diǎn)，或輸入查詢條件搜索起止點(diǎn)、途經(jīng)點(diǎn)，點(diǎn)擊“確定”按鈕；②ArcGIS Server網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)根據(jù)距離阻抗、時(shí)間阻抗、耗油阻抗等因素返回最短距離路徑、最短時(shí)間路徑、最優(yōu)路徑這3種路徑信息，路徑信息中還包含此路徑的行駛時(shí)間預(yù)測(cè)。
2.2大數(shù)據(jù)查詢服務(wù)
車輛系統(tǒng)在運(yùn)行中產(chǎn)生的車輛位置、報(bào)警和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)平臺(tái)中，系統(tǒng)對(duì)于存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)基于Hive提供類似于SQL的HQL查詢服務(wù)。
Hive是基于Hadoop的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工具，使用HadoopHDFS作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。它提供類似SQL的語(yǔ)言（HQL），通過(guò)HadoopMapReduce完成數(shù)據(jù)計(jì)算；通過(guò)HQL語(yǔ)言提供使用者部分傳統(tǒng)RDBMS一樣的表格查詢特性和分布式存儲(chǔ)計(jì)算特性。Hive可以將結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文件映射為一張數(shù)據(jù)庫(kù)表，并提供類SQL查詢功能。可以將SQL語(yǔ)句轉(zhuǎn)換為MapReduce任務(wù)來(lái)運(yùn)行。 同時(shí)，Hive沒(méi)有專門的數(shù)據(jù)格式，Hive可以很好地工作在 Thrift 之上，控制分隔符，也允許用戶指定數(shù)據(jù)格式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Hive的本質(zhì)是將SQL轉(zhuǎn)換為MapReduce進(jìn)行編程。
3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)技術(shù)為J2EE技術(shù)。按照預(yù)定的功能模塊，系統(tǒng)成功開發(fā)了操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的石油運(yùn)輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)，圖3為車輛管理系統(tǒng)的GIS應(yīng)用主界面。
4結(jié)論
基于GIS技術(shù)和Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)的石油運(yùn)輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)是利用先進(jìn)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的功能強(qiáng)大的車輛信息服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)大數(shù)據(jù)云計(jì)算規(guī)劃、查詢運(yùn)輸車的運(yùn)行軌跡，增強(qiáng)了運(yùn)輸車輛的安全性，提高了管理水平。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)可以為管理者提供有效的車輛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，使管理者可以更科學(xué)地安排運(yùn)輸路線，提高運(yùn)輸效率。
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