牟志遠(yuǎn)+黃琴+張明

摘 要 隨著電網(wǎng)建設(shè)投入的不斷加大，各項(xiàng)生產(chǎn)、基建、農(nóng)電、營(yíng)銷作業(yè)任務(wù)十分繁重，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)點(diǎn)多、面廣、戰(zhàn)線長(zhǎng)，管理人員有限，按照“四不兩直”方式，特別是對(duì)小型、零星、分散在偏遠(yuǎn)地段的施工作業(yè)采取人盯人的安全監(jiān)督工作模式已無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)各作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的全過(guò)程管控。安全管理人員在不熟悉道路的情況下如果離開(kāi)作業(yè)人員的指引，就難以快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，甚至走繞路、錯(cuò)路，加上缺乏有效的技術(shù)監(jiān)管手段，安全管理人員無(wú)法全面、準(zhǔn)確地掌握生產(chǎn)一線的作業(yè)動(dòng)態(tài)，安全風(fēng)險(xiǎn)防控難以做到“橫向到邊，縱向到底，不留死角”。

針對(duì)上述問(wèn)題，眉山供電公司開(kāi)發(fā)了空間定位技術(shù)GPS、無(wú)線通信技術(shù)、地理信息系統(tǒng)GIS和Android智能手機(jī)客戶端的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控，利用一站式導(dǎo)航技術(shù)記錄和分析人車行進(jìn)軌跡自動(dòng)生成支持語(yǔ)音導(dǎo)航的地圖路網(wǎng)信息，對(duì)電網(wǎng)、設(shè)備、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施“全覆蓋”和“全過(guò)程”管理，大大提高了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)防控水平，保障了電網(wǎng)運(yùn)行安全可靠。

本文將對(duì)一站式導(dǎo)航技術(shù)作深入分析。

【關(guān)鍵詞】一站式導(dǎo)航 三層架構(gòu) 路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)

1 引言

眉山供電公司自主研發(fā)的“現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控”成果的核心在于能將城市道路與野外軌跡無(wú)縫結(jié)合后自動(dòng)生成地圖路網(wǎng)信息的一站式自助導(dǎo)航技術(shù)的研發(fā)與拓展應(yīng)用。在駕車行駛時(shí)自動(dòng)調(diào)用城市道路導(dǎo)航系統(tǒng)，在野外步行時(shí)自動(dòng)調(diào)用施工人員的行走軌跡進(jìn)行語(yǔ)音導(dǎo)航，解決了管理人員不能在第一時(shí)間以最優(yōu)路徑、最快速度自主趕往施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行突擊檢查的問(wèn)題，大大增強(qiáng)了對(duì)野外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的管控力度和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急搶險(xiǎn)的能力。

2 技術(shù)架構(gòu)

一站式自助導(dǎo)航技術(shù)的本質(zhì)是一套可以自動(dòng)更新地圖的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，完全基于SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)集中管理、靈活部署和敏捷實(shí)施。

系統(tǒng)管理PC端和服務(wù)器端采用基于B/S的J2EE三層體系架構(gòu)，WEB瀏覽器是客戶端最主要的應(yīng)用軟件。這種模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用。客戶機(jī)上只要安裝一個(gè)瀏覽器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explorer，服務(wù)器安裝Oracle、Sybase、Informix或 SQL Server等數(shù)據(jù)庫(kù)。瀏覽器通過(guò)Web Server 同數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

Web服務(wù)器使用Tomcat 6.0，應(yīng)用服務(wù)器則使用Jboss。Tomcat 是一個(gè)小型的輕量級(jí)應(yīng)用服務(wù)器，在中小型系統(tǒng)和并發(fā)訪問(wèn)用戶不是很多的場(chǎng)合下被普遍使用，是開(kāi)發(fā)和調(diào)試JSP 程序的首選。在使用Tomcat作為Web服務(wù)器的同時(shí)，搭配JBoss作為應(yīng)用服務(wù)器?；旌霞夹g(shù)模型從最新的操作系統(tǒng)技術(shù)里提供了最好的線程和事件處理。JBoss服務(wù)器具有原生特性和強(qiáng)大的可擴(kuò)展性，可支持多種并非基于Java的服務(wù)器內(nèi)容處理技術(shù)，可同時(shí)運(yùn)行JSP， Servlet， Microsoft .NET ， PHP 及 CGI，為其提供單一的、高性能的企業(yè)級(jí)部署平臺(tái)。

采用Seam作為系統(tǒng)J2EE中間件技術(shù)搭建的三層架構(gòu)使系統(tǒng)具有開(kāi)發(fā)快、框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。Seam建立在實(shí)現(xiàn)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的、像JSF和 EJB 3.0這樣的開(kāi)源項(xiàng)目基礎(chǔ)上，并且整合了其他優(yōu)秀的開(kāi)源項(xiàng)目，如Hibernate、jBPM、Facelets、Drools等等。Seam是完全建立在“致力于Java平臺(tái)的創(chuàng)新和提高”的開(kāi)源項(xiàng)目理念上的開(kāi)源框架。

2.1 前端技術(shù)選型

（1）前臺(tái)技術(shù)：JQuery 1.3.2、JSP 2.0、JavaScript。

（2）用戶體念增強(qiáng)技術(shù)： Ajax。

（3）圖形報(bào)表：Open Flash Chart 1.9。

（4）Excel報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出：Jxl 1.0。

2.2 服務(wù)器端架構(gòu)技術(shù)選型

（1）Web控制器層： Struts 2 、JSF 1.2。

（2）數(shù)據(jù)持久化層：JPA（Hibernate， Ibatis， topLink）。

（3）商業(yè)邏輯處理層：Spring 2.5 、Tomcat 6.0。

（4）工作流引擎：JBPM 4.2。

（5）數(shù)據(jù)庫(kù)：MySQL 6.0關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 功能架構(gòu)

系統(tǒng)界面布局文件是通過(guò)XML語(yǔ)言來(lái)完成的，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中使用了線性布局和相關(guān)布局兩種布局方式。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)包括六大模塊，分別為地圖控制模塊、記錄控制模塊、軌跡管理模塊、語(yǔ)音輔助模塊、信息管理模塊、路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新生成模塊。如圖2所示。

3.1 地圖控制模塊

通過(guò)設(shè)置初始參數(shù)以及添加縮放控件，來(lái)實(shí)現(xiàn)初始地圖的加載、地圖縮放和地圖移動(dòng)的功能。該模塊基于類Locationdata來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2 記錄控制模塊

完成了對(duì)GPS信號(hào)的獲取和軌跡繪制的控制功能。通過(guò)開(kāi)啟記錄獲取GPS信號(hào)來(lái)繪制導(dǎo)航點(diǎn)，然后通過(guò)暫停記錄繪制軌跡點(diǎn)。該模塊基于類MainActivity來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3 軌跡管理模塊

包括軌跡添加、軌跡繪制、軌跡導(dǎo)航、軌跡刪除以及軌跡導(dǎo)入和導(dǎo)出功能。通過(guò)將新軌跡路線添加到SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的路線信息表中完成軌跡添加功能。通過(guò)GPS定位技術(shù)獲取軌跡點(diǎn)經(jīng)緯度信息，然后添加到SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的位置點(diǎn)信息表中，最后采用Google Maps技術(shù)中圖層的思想完成軌跡繪制功能。通過(guò)從SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)表中獲取位置點(diǎn)信息，調(diào)用繪制指示箭頭算法，完成指示箭頭的繪制，然后通過(guò)返回軌跡路線與記錄路線進(jìn)行比對(duì)以及對(duì)軌跡點(diǎn)相關(guān)照片的查看，從而實(shí)現(xiàn)軌跡導(dǎo)航功能。該模塊基于類FindPlaceActivity來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.4 語(yǔ)音輔助模塊

一是添加語(yǔ)音導(dǎo)航功能。在用戶根據(jù)軌跡路線返回或者根據(jù)已保存的路線導(dǎo)航時(shí)，給予語(yǔ)音提示。另外若用戶偏離軌跡路線則發(fā)出警示性語(yǔ)音以預(yù)防用戶少走彎路。二是豐富軌跡點(diǎn)的位置信息，比如在軌跡位置處增加對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)的錄音標(biāo)注（在岔路口注明是向左轉(zhuǎn)還是向右轉(zhuǎn)），并將該處的注意事項(xiàng)分享給其他使用人員方便大家找到你。

該模塊基于DirectionRouteActivity來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.5 信息管理模塊

包括照片管理和位置管理，照片管理即是照片的存儲(chǔ)與查看，是通過(guò)JAVA語(yǔ)言中對(duì)文件的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。位置管理即軌跡點(diǎn)經(jīng)緯度的存儲(chǔ)與查看，是通過(guò)對(duì)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)表的插入與查詢來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該模塊主要由類ShowTrackActivity來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.6 路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新生成模塊

根據(jù)對(duì)導(dǎo)航對(duì)象的定位信息，記錄其移動(dòng)的動(dòng)態(tài)軌跡，作為當(dāng)前路網(wǎng)數(shù)據(jù)。并將當(dāng)前路網(wǎng)數(shù)據(jù)與電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的電子地圖中的路網(wǎng)數(shù)據(jù)相比較，生成數(shù)據(jù)比較結(jié)果。若兩者相互不一致，則將當(dāng)前最新路網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而新增電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中電子地圖的路網(wǎng)數(shù)據(jù)信息量。在導(dǎo)航對(duì)象移動(dòng)的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子地圖路網(wǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)更新，使得地圖能夠更為全面、精確、詳實(shí)地反應(yīng)實(shí)地情況，以幫助搜索出最佳的導(dǎo)航路線。

這個(gè)模塊主要由類ConnectService來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 從軌跡到路網(wǎng)的轉(zhuǎn)換方法

GPS設(shè)備在記錄移動(dòng)對(duì)象的位置信息時(shí)，由于受隨機(jī)噪音和誤差的影響而產(chǎn)生冗余等錯(cuò)誤類型的數(shù)據(jù)，直接影響了算法運(yùn)行的效率與轉(zhuǎn)化質(zhì)量。所以首先要通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理（消減冗余數(shù)據(jù)，去除停滯點(diǎn)，平滑軌跡）后去除原始GPS軌跡的異常值，確保軌跡數(shù)據(jù)的精確性。然后，利用GPS軌跡自動(dòng)地生成道路，并進(jìn)行路網(wǎng)的矢量化處理。最后，以百度地圖等相關(guān)信息為參考路網(wǎng)，對(duì)路網(wǎng)轉(zhuǎn)化質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證。

其中，道路中心線生成方法包括軌跡點(diǎn)聚類、聚類點(diǎn)分割和中心線擬合3個(gè)部分，即：先把預(yù)處理后的GPS軌跡點(diǎn)進(jìn)行聚類以此來(lái)獲取聚類點(diǎn)，實(shí)際上起到了稀疏軌跡樣本點(diǎn)的作用；然后，依據(jù)這些聚類點(diǎn)的轉(zhuǎn)角大小以及相鄰聚類點(diǎn)之間的距離間隔對(duì)其進(jìn)行分割，用于確定道路的擬合順序；再引用準(zhǔn)均勻B樣條曲線進(jìn)行道路擬合，最終生成道路中心線。

4.2 具有自我學(xué)習(xí)功能的路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

通過(guò)具有自我學(xué)習(xí)功能的路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，運(yùn)行軌跡智能分析轉(zhuǎn)化路網(wǎng)算法，可在野外無(wú)路網(wǎng)狀態(tài)下自動(dòng)學(xué)習(xí)、分析和存儲(chǔ)人車所經(jīng)過(guò)的路徑后，將其作為路網(wǎng)增量加入現(xiàn)有路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)新增數(shù)據(jù)與原有路網(wǎng)數(shù)據(jù)的融合規(guī)劃。

該路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由城市道路導(dǎo)航引擎和野外軌跡導(dǎo)航引擎組成，并根據(jù)實(shí)際情況在兩種引擎之間進(jìn)行切換，最終實(shí)現(xiàn)一站式導(dǎo)航。實(shí)現(xiàn)原理為：

當(dāng)用戶要去往某個(gè)目的地時(shí)，系統(tǒng)從任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中取出目標(biāo)點(diǎn)，并計(jì)算當(dāng)前所在位置點(diǎn)的距離和夾角，首先在路網(wǎng)信息系統(tǒng)中搜索當(dāng)前位置點(diǎn)15m范圍內(nèi)是否有路網(wǎng)，并計(jì)算一條到目標(biāo)點(diǎn)的最近路徑和延伸夾角。如果條件符合將通知野外智能導(dǎo)航使用此路徑引導(dǎo)。在路徑結(jié)束時(shí)判斷是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)附近，如果沒(méi)有，則自動(dòng)進(jìn)人城市道路導(dǎo)航。如城市道路導(dǎo)航只能到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)附近時(shí)，城市道路導(dǎo)航將向路網(wǎng)信息系統(tǒng)提交引導(dǎo)申請(qǐng)，這時(shí)路網(wǎng)信息系統(tǒng)將以當(dāng)前點(diǎn)重新做前期的處理。當(dāng)沒(méi)有合適路網(wǎng)供使用時(shí)，路網(wǎng)信息系統(tǒng)通知野外智能導(dǎo)航進(jìn)入方位引導(dǎo)，并同時(shí)記錄下用戶所經(jīng)過(guò)的路徑，方位引導(dǎo)過(guò)程中將定時(shí)定點(diǎn)向用戶報(bào)告轉(zhuǎn)向參考信息，如：左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、掉頭。在用戶到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)后將自動(dòng)激活任務(wù)系統(tǒng)，并記錄相關(guān)信息。方位引導(dǎo)過(guò)程中記錄的路徑如無(wú)法重新引導(dǎo)時(shí)，路網(wǎng)信息系統(tǒng)采用基于圖形學(xué)算法改進(jìn)的路徑分析算法，進(jìn)行路徑提取，分析后的路徑將作為路網(wǎng)使用的標(biāo)準(zhǔn)，并在引導(dǎo)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向提醒。路徑分析算法效果見(jiàn)圖6。

5 結(jié)束語(yǔ)

本成果最大的創(chuàng)新之處在于一站式導(dǎo)航技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。它將“野外軌跡導(dǎo)航”與“城市道路導(dǎo)航”有機(jī)結(jié)合，克服了傳統(tǒng)民用衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)在野外環(huán)境中應(yīng)用的局限性，能夠滿足電力、石油、地質(zhì)、林業(yè)、國(guó)土等行業(yè)部門在野外作業(yè)時(shí)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的特殊要求，所以在上述行業(yè)也有較為廣闊的推廣前景。

下一步，我們將在系統(tǒng)現(xiàn)有的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)查勘、施工路徑導(dǎo)航和班前會(huì)管理等功能基礎(chǔ)上優(yōu)化升級(jí)，構(gòu)建一個(gè)集施工計(jì)劃管理、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理、現(xiàn)場(chǎng)安全執(zhí)法管理、安全工器具管理和安全知識(shí)教育培訓(xùn)等功能于一體的電力安全生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)，為更好地建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)保駕護(hù)航。

作者簡(jiǎn)介

牟志遠(yuǎn)（1977-），男，四川省富順縣人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為國(guó)網(wǎng)眉山供電公司助理工程師。主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)技術(shù)構(gòu)架的建立的研究。

黃琴（1983-），女，四川省眉山市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為國(guó)網(wǎng)眉山供電公司助理工程師。主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)功能構(gòu)架的建立的研究。

張明（1981-），男，四川省眉山市彭山人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為國(guó)網(wǎng)眉山供電公司工程師。主要研究方向是GPS設(shè)備記錄移動(dòng)對(duì)象的位置軌跡轉(zhuǎn)換到路網(wǎng)方法的研究。

作者單位

國(guó)網(wǎng)眉山供電公司 四川省眉山市 610032