基于GIS和Hadoop的石油運輸車輛監控系統的設計與實現*

賈博韜，陳緒兵，王瑜輝，張 超

(1.武漢工程大學 機電工程學院，湖北 武漢 430205；2.廣東華中科技大學工業技術研究院，廣東 東莞 523808)

基于GIS和Hadoop的石油運輸車輛監控系統的設計與實現*

賈博韜1，陳緒兵1，王瑜輝2，張 超2

(1.武漢工程大學 機電工程學院，湖北 武漢 430205；2.廣東華中科技大學工業技術研究院，廣東 東莞 523808)

伴隨著日益增長的石油消耗，石油運輸車隊逐漸龐大，運輸車輛管理逐漸達到瓶頸，車輛資源的合理使用以及分配問題顯得尤為突出。提出一套基于地理信息系統的石油運輸車輛監控管理系統方案。該系統中采用SSH框架以及Hadoop大數據平臺，不僅可以實時監控車輛運行狀態，更能通過大數據處理，預判車輛的維保里程，從而實現石油運輸的安全，使車輛資源得到合理分配。

石油運輸；地理信息系統；Hadoop；車輛監控

0 引言

石油是我國主要工業能源之一，在經濟發展中起著舉足輕重的作用。隨著石油需求量的增長，越來越多的石油運輸車輛參與到石油運輸調配中。但是，我國石油運輸業信息化管理漸漸落后于日益增長的石油消耗需求[1]。目前，我國石油運輸車輛監控手段較為單一，主要體現在實時監控車輛地理位置、車輛速度。然而，在實際運營中，因道路存在較大不確定性，如路面情況、天氣情況等因素，導致企業對整個運輸過程監管難度較大[2]。與此同時，越來越龐大的運輸車隊以及越來越復雜的監控管理會產生海量的運營數據[3]。傳統車輛管理系統性能已經無法滿足龐大數據流的需求，也無法合理使用數據。隨著信息技術的發展，特別是地理信息系統(Geographic Information System，GIS)、大數據等技術的發展，為解決石油運輸車的監控問題提供了新的思路[4]。

Web-GIS(網絡地理信息系統)是一個基于Internet平臺獲取、儲存、編輯、處理、分析和顯示地理數據的空間信息系統，其核心是用計算機來處理和分析地理信息，是一種瀏覽器/服務器(B/S)結構[5]。而Hadoop是Apache的一個可靠、高效、可伸縮的分布式系統基礎架構。在Web-GIS上結合Hadoop的特點，提出了一種基于Hadoop云GIS的體系結構[6]，體系結構如圖1所示。

本文以石油運輸行業的特殊背景需求作為基礎，在硬件上，集成了GPS和北斗導航技術，實現車輛地理信息監控；軟件上，選用SSH框架以及Hadoop大數據平臺[7]。在60 000臺運輸車輛同時在線的情況下，實現實時監控、預警、調度，對智能運輸的發展有著重要的現實意義。

1 系統概述

通過運輸公司用戶需求調研和業務流程分析，結合運輸公司車輛管理的業務特點和深度需求，本系統包括：車輛監控、安全管控、GIS應用、ODB(On-Board Diagnostics)管理和數據集成平臺五個部分。具體功能范圍如下。

圖1 基于Hadoop的云GIS體系結構

圖2 GIS應用平臺

(1)車輛監控：車輛監控模塊負責對車輛行車過程、行駛狀態進行監控，并負責車載終端指令的控制，同時借助電子地圖實現對車輛位置、車輛狀態、貨物狀態的全程、實時、可視化監控，出現異常時告警提醒。

(2)安全管控：安全管控是對車輛在安全行車過程中各種安全要素的管理，對行車過程中的突發狀況進行有效的提前預警，以及對駕駛員的違規違章行為進行統計、處理、上報，從而達到保障車輛運輸全過程安全的目的。

(3)GIS應用：GIS應用為車輛管理系統提供GIS服務，通過搭建GIS平臺，為公司車輛管理提供地圖服務和專題數據收集服務。

(4)OBD管理：OBD管理模塊實現對車輛故障碼及其他狀態信息的監測，以便及早發現車輛隱患、及早處理，確保行車安全；通過OBD還可以獲取里程、油耗等數據，系統平臺對OBD數據進行分析處理，從而考察車輛運輸過程中的油耗、駕駛員駕駛習慣等情況，實現能耗分析、駕駛行為分析以及車輛綜合分析。

(5)數據集成平臺：基于Hadoop大數據平臺將運輸公司生產過程的人、機、料、法、環等方面的數據進行篩選、抽取、歸納、統計，直接向各業務應用系統提供統一、有效、完整的數據服務。

2 系統體系架構

本系統采用SSH框架實現MVC架構。SSH框架，即集成Spring、Struts、Hibernate的軟件框架，是目前主流的B/S系統的開源框架。SSH框架從職責上分為三層：表示層、業務邏輯層以及數據持久層。利用成熟的SSH框架可以搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護的系統。針對石油車輛分布廣、數量多、環境和管理復雜的特點，B/S系統都能靈活地面對各種實際需求。

2.1 GIS應用

本系統的GIS應用平臺面向石油運輸的核心業務需求開發了分段限速數據標繪、車輛軌跡對比、軌跡線路采集功能模塊。GIS應用平臺框架如圖2所示。

GIS應用各個模塊的業務流程如下。

(1)線路車輛軌跡比對:①選擇需要比對的規劃線路；②查詢用到該線路的車輛調派任務；③選擇調派任務，查詢出分配至此調派任務的車輛；④選擇車輛，點擊“比對分析”按鈕，將這些車輛的軌跡與規劃線路比對，生成每條軌跡與規劃線路的比對信息。

(2)數據采集：①用戶選擇業務圖層，并點擊“采集”按鈕開始采集數據；②填寫屬性信息，在地圖上繪制點、線、面等地理要素；③點擊“提交”按鈕，提交采集數據。

(3)應急資源查詢：①用戶選擇查詢范圍，點擊“查詢”按鈕查詢應急資源；②查看查詢出資源的位置以及屬性信息，以便制定應急方案。

(4)GIS統計圖：①用戶選擇統計類別，并選擇具體的統計類型，點擊“統計”按鈕；②針對柱狀圖、餅狀圖，系統返回統計信息，前端調用High Charts組件生成柱狀圖、餅狀圖，以div形式疊加到地圖上；針對密度圖，系統返回行政區劃邊界信息以及填充顏色信息，在頁面繪制點密度圖。

(5)路徑分析：①用戶點擊“路徑分析”按鈕，在地圖上選擇起止點、途經點，或輸入查詢條件搜索起止點、途經點，點擊“確定”按鈕；②ArcGIS Server網絡分析服務根據距離阻抗、時間阻抗、耗油阻抗等因素返回最短距離路徑、最短時間路徑、最優路徑這3種路徑信息，路徑信息中還包含此路徑的行駛時間預測。

2.2 大數據查詢服務

車輛系統在運行中產生的車輛位置、報警和非結構化數據都存儲在大數據平臺中，系統對于存儲在大數據平臺的結構和非結構數據基于Hive提供類似于SQL的HQL查詢服務。

Hive是基于Hadoop的數據倉庫工具，使用Hadoop-HDFS作為數據存儲層。它提供類似SQL的語言(HQL)，通過Hadoop-MapReduce完成數據計算；通過HQL語言提供使用者部分傳統RDBMS一樣的表格查詢特性和分布式存儲計算特性。Hive可以將結構化的數據文件映射為一張數據庫表，并提供類SQL查詢功能。可以將SQL語句轉換為MapReduce任務來運行。 同時，Hive沒有專門的數據格式，Hive可以很好地工作在 Thrift 之上，控制分隔符，也允許用戶指定數據格式。簡單來說，Hive的本質是將SQL轉換為MapReduce進行編程。

3 系統實現

本系統后臺數據庫采用Oracle數據庫，開發技術為J2EE技術。按照預定的功能模塊，系統成功開發了操作簡單、功能強大的石油運輸車輛監控系統，圖3為車輛管理系統的GIS應用主界面。

圖3 GIS應用界面圖

4 結論

基于GIS技術和Hadoop大數據平臺的石油運輸車輛監控系統是利用先進的車聯網技術建立的功能強大的車輛信息服務平臺。通過大數據云計算規劃、查詢運輸車的運行軌跡，增強了運輸車輛的安全性，提高了管理水平。實踐證明，本系統可以為管理者提供有效的車輛實時數據，通過大數據分析，使管理者可以更科學地安排運輸路線，提高運輸效率。

[1] KEK A G H,CHEU R L,Meng Qiang,et al.A decision support system for vehicle relocation operations in car sharing systems[J].Transportation Research Part E:Logistics and Transportation Review,2009,45(1):149-158.

[2] 孟慶春,張江華.基于風險的考慮成本和允許等待的車輛運輸調度問題研究[J].中國管理科學,2009,17(3):87-92.

[3] 蔡蘭榮.淺議石油運輸企業物流的發展與完善[J].中國市場，2007(15):80.

[4] 李清泉,李德仁.大數據GIS[J].武漢大學學報(信息科學版),2014,39(6):641-644.

[5] 張懷莉，王衛安.幾種Web GIS技術解決方案綜述[J].東北測繪,2000,23(3):3-5.

[6] 范建永,龍明,熊偉.基于Hadoop的云GIS體系結構研究[J].測繪通報,2013(11):93-97.

[7] 張建軍,劉虎,倪芳英,等.基于SSH整合架構的研究與應用[J].湖南師范大學自然科學學報,2012,35(6):39-43.

Design and realization of petroleum vehicle monitoring and control system based on GIS and Hadoop

Jia Botao1，Chen Xubing1，Wang Yuhui2，Zhang Chao2

(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430205,China；2.Guangdong HUST Industrial Technology Research Institute，Dongguan 523808，China)

With the growing of oil consumption,the transportation vehicles are increased largely.The management of transport vehicle has reached the bottleneck,especially the allocation of resources for vehicle.Therefore,this paper introduces the petroleum vehicle monitoring and control system based on GIS.This system adopts the SHH framework and Hadoop big data platform.It monitors the real-time state of vehicle,and predicts the vehicle maintenance mileage.The system makes the transportation of oil safer and makes the resources of vehicle allocated more reasonable.

petroleum transport; GIS; Hadoop; vehicle monitoring and control

國家863計劃項目(2013AA040404)； 廣東省引進創新科研團隊項目(2011G006)

TN805

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.10.028

賈博韜，陳緒兵，王瑜輝,等.基于GIS和Hadoop的石油運輸車輛監控系統的設計與實現[J].微型機與應用，2017,36(10)：96-98.

2016-12-24)

賈博韜(1989-)，男，碩士研究生，主要研究方向：物聯網技術與應用。

陳緒兵(1974-)，男，工學博士，教授，主要研究方向：數控加工和物聯網技術。

王瑜輝(1972-)，男，工學博士，高級工程師，主要研究方向：物聯網技術與應用。