淺談交通地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用
2013-12-09 22:40:00 來源: 作者：
摘 要：地理信息技術(shù)的日臻成熟為GIS在交通領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了一定基礎(chǔ)。本文概要介紹了了GIS－T技術(shù)及其功能特點，并展望了其在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：GIS GIS-T 空間查詢 最佳路徑分析
近年來，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）的飛速發(fā)展，越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域同GIS技術(shù)建立了緊密的聯(lián)系。由于交通信息系統(tǒng)具有精度要求高、規(guī)則復(fù)雜、動態(tài)化、離散化等特點，原有的信息技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足交通應(yīng)用的需求，而借助于GIS的強大功能，可以實現(xiàn)交通管理現(xiàn)代化、科學(xué)化、信息化的時代要求。將GIS與傳統(tǒng)的交通信息分析和處理技術(shù)緊密結(jié)合，延伸出了交通地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System for Transportation），簡稱GIS-T。它是GIS與多種交通信息分析和處理技術(shù)的集成。
(一)交通地理信息系統(tǒng)概述
GIS-T集成了數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計算機(jī)圖形處理技術(shù)，不同于以往只處理統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBMS）和處理非地球坐標(biāo)的計算機(jī)圖形輔助設(shè)計軟件（CAD）。在對象處理上比上述兩類軟件更加全面。即GIS-T所處理的事務(wù)對象具有空間地理特征，也具有統(tǒng)計信息特征。如一段公路，起迄點是它的地理特征，公路的造價、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及交通量等又具有統(tǒng)計數(shù)據(jù)特征。這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)在紙介質(zhì)地圖上是難以描述的。GIS-T是空間分析技術(shù)、地圖可視化及數(shù)據(jù)庫（空間數(shù)據(jù)庫）等技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，并以其混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和強大的地理空間分析功能而獨樹一幟。
GIS-T的基本思想是：將地球表層信息按其特性的不同進(jìn)行分層，每個圖層存儲特征相同或相似的事物對象集，如道路、橋梁、隧道等構(gòu)成不同的圖層，然后分層管理和存儲。這樣每個圖層都有一個唯一的數(shù)據(jù)庫表與其相對應(yīng)，這個數(shù)據(jù)庫表成為屬性數(shù)據(jù)庫，庫中內(nèi)容稱屬性數(shù)據(jù)。因此GIS-T是一種空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它除了具備一般數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入、存儲、查詢和顯示輸出等基本功能外，更能夠執(zhí)行空間查詢和空間分析功能，用戶可以根據(jù)需要建立一個應(yīng)用分析模型，通過動態(tài)分析為評價、管理和決策服務(wù)。
目前很多研究人員致力于GIS-T的研究與開發(fā)，圍繞著GIS-T產(chǎn)生了較多的研究課題，不同的研究課題涉及到的GIS-T的功能也有所區(qū)別。為了進(jìn)行具體說明，可以通過定義3個功能組來獲得一個通用的框架，這3個功能組是：數(shù)據(jù)治理（實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和維護(hù)）、數(shù)據(jù)操作（實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的創(chuàng)新）、數(shù)據(jù)分析或者建立可分析的模型。它們是相互依靠相互支持的，數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)操作的前提，而數(shù)據(jù)的建模又是在前兩個的基礎(chǔ)上建立起來的。
1.數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)
長期以來，交通部門要使用和維護(hù)大量的信息，在很多情況下都是多個交通信息系統(tǒng)共存于同一個部門中，而且每一個交通信息系統(tǒng)只能處理某一類數(shù)據(jù)信息（如高速公路規(guī)劃網(wǎng)、公路治理系統(tǒng)以及事故信息等）。GIS-T的數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于通過建立數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換的框架，把上述不同的數(shù)據(jù)存儲于一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)中，任何部門都能訪問到該系統(tǒng)中符合本部門要求的數(shù)據(jù)，同時能對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，然后進(jìn)行治理和決策。
2.數(shù)據(jù)協(xié)同
交通數(shù)據(jù)一般都是由多個機(jī)構(gòu)提供并維護(hù)，數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一。每個數(shù)據(jù)源可能都有自己的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型的不同和使用方法的多樣性給數(shù)據(jù)治理分析造成了很大問題。由于數(shù)據(jù)位置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分類、命名和屬性、線性測量的誤差，導(dǎo)致不同來源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一過程比較復(fù)雜，結(jié)果存在很大的不確定性。要使GIS技術(shù)在交通領(lǐng)域取得進(jìn)展，必須借助數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)，從地圖的匹配算法、交通數(shù)據(jù)的錯誤模型和錯誤傳播（尤其是一維數(shù)據(jù)模型）、數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)三個方面解決數(shù)據(jù)統(tǒng)一的問題。
隨著地理數(shù)據(jù)越來越廣泛的應(yīng)用，協(xié)同性主題逐漸成為GIS-T領(lǐng)域中的一個最為緊迫的課題。在具體的數(shù)字街道數(shù)據(jù)庫、緊急事件的安排和調(diào)度系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)以及ITS（智能交通系統(tǒng)）的各個部分（包括測量使用者和運輸控制中心或者信息服務(wù)提供商之間的無線通訊）都必須應(yīng)用數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)。
3.實時GIS-T
地理數(shù)據(jù)的收集是一個持續(xù)的過程。近年來，已經(jīng)開始出現(xiàn)實時基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)操作。例如，帶有全球定位系統(tǒng)GPS的車輛提供速度、位置等要素信息到運輸治理中心，治理中心再根據(jù)發(fā)送的交通信息將猜測信息返回給車輛，這樣就組成了地區(qū)的阻塞治理系統(tǒng)。由此可見，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的存儲、恢復(fù)、處理和分析需要更快的數(shù)據(jù)訪問模式、更強大的空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及動態(tài)路由算法。
4.龐大的數(shù)據(jù)集
現(xiàn)實世界的交通問題涉及到龐大的地理數(shù)據(jù)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。地理信息科學(xué)對地理可視化和數(shù)據(jù)采集的規(guī)則、技術(shù)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)獲得的計算方法進(jìn)行了研究和集成，同時也促進(jìn)了GIS-T的發(fā)展。由于交通數(shù)據(jù)集大小的不同，就需要經(jīng)常更新系統(tǒng)設(shè)計，這個系統(tǒng)設(shè)計包括了信息顯示的精確性、速度上的優(yōu)化、算法運行時間與流程中的分析工具以及網(wǎng)絡(luò)分析的優(yōu)化。
1.數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)
長期以來，交通部門要使用和維護(hù)大量的信息，在很多情況下都是多個交通信息系統(tǒng)共存于同一個部門中，而且每一個交通信息系統(tǒng)只能處理某一類數(shù)據(jù)信息（如高速公路規(guī)劃網(wǎng)、公路治理系統(tǒng)以及事故信息等）。GIS-T的數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于通過建立數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換的框架，把上述不同的數(shù)據(jù)存儲于一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)中，任何部門都能訪問到該系統(tǒng)中符合本部門要求的數(shù)據(jù)，同時能對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，然后進(jìn)行治理和決策。
2.數(shù)據(jù)協(xié)同
交通數(shù)據(jù)一般都是由多個機(jī)構(gòu)提供并維護(hù)，數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一。每個數(shù)據(jù)源可能都有自己的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型的不同和使用方法的多樣性給數(shù)據(jù)治理分析造成了很大問題。由于數(shù)據(jù)位置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分類、命名和屬性、線性測量的誤差，導(dǎo)致不同來源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一過程比較復(fù)雜，結(jié)果存在很大的不確定性。要使GIS技術(shù)在交通領(lǐng)域取得進(jìn)展，必須借助數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)，從地圖的匹配算法、交通數(shù)據(jù)的錯誤模型和錯誤傳播（尤其是一維數(shù)據(jù)模型）、數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)三個方面解決數(shù)據(jù)統(tǒng)一的問題。
隨著地理數(shù)據(jù)越來越廣泛的應(yīng)用，協(xié)同性主題逐漸成為GIS-T領(lǐng)域中的一個最為緊迫的課題。在具體的數(shù)字街道數(shù)據(jù)庫、緊急事件的安排和調(diào)度系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)以及ITS（智能交通系統(tǒng)）的各個部分（包括測量使用者和運輸控制中心或者信息服務(wù)提供商之間的無線通訊）都必須應(yīng)用數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)。
3.實時GIS-T
地理數(shù)據(jù)的收集是一個持續(xù)的過程。近年來，已經(jīng)開始出現(xiàn)實時基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)操作。例如，帶有全球定位系統(tǒng)GPS的車輛提供速度、位置等要素信息到運輸治理中心，治理中心再根據(jù)發(fā)送的交通信息將猜測信息返回給車輛，這樣就組成了地區(qū)的阻塞治理系統(tǒng)。由此可見，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的存儲、恢復(fù)、處理和分析需要更快的數(shù)據(jù)訪問模式、更強大的空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及動態(tài)路由算法。
4.龐大的數(shù)據(jù)集
現(xiàn)實世界的交通問題涉及到龐大的地理數(shù)據(jù)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。地理信息科學(xué)對地理可視化和數(shù)據(jù)采集的規(guī)則、技術(shù)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)獲得的計算方法進(jìn)行了研究和集成，同時也促進(jìn)了GIS-T的發(fā)展。由于交通數(shù)據(jù)集大小的不同，就需要經(jīng)常更新系統(tǒng)設(shè)計，這個系統(tǒng)設(shè)計包括了信息顯示的精確性、速度上的優(yōu)化、算法運行時間與流程中的分析工具以及網(wǎng)絡(luò)分析的優(yōu)化。
在對交通模型進(jìn)行表達(dá)的時候，可以用許多具有多種屬性的線段代表道路網(wǎng)，用離散點代表各種道路網(wǎng)中的標(biāo)志性地物，用線性網(wǎng)絡(luò)代數(shù)對交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，這些方法對實現(xiàn)道路交通系統(tǒng)的計算機(jī)表示起到了一定的作用。在交通領(lǐng)域中，圍繞以弧和點的概念建立的網(wǎng)絡(luò)模型起的作用是最重要的。實際上，在許多交通應(yīng)用中，只需要單個的表示數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)模型就可以了。這種應(yīng)用的例子包括：
(1)人行道以及其它設(shè)備治理系統(tǒng)；
(2)實時與下線行程安排；
(3)基于網(wǎng)絡(luò)的交通信息系統(tǒng)和行程計劃任務(wù)；
(4)導(dǎo)航系統(tǒng)；
(5)實時交通堵塞治理和事故發(fā)現(xiàn)等
（二） 交通地理信息系統(tǒng)的功能
GIS-T的基本功能有：用于編輯、顯示和測量圖層，主要包括對空間和屬性數(shù)據(jù)的輸入、存儲、編輯，以及制圖和空間分析等功能。編輯功能允許用戶添加和刪除點、線、面或改變它們的屬性，綜合制圖功能可以靈活多樣的制作和顯示地圖，分層輸出專題地圖，如交通規(guī)劃圖、國道圖等，顯示地理要素、技術(shù)數(shù)據(jù)，并可放大縮小以顯示不同的細(xì)節(jié)層次。測量功能用于測定地圖上線段的長度或指定區(qū)域的面積。 GIS-T除以上基本功能外，還具有如下功能：
1.地圖操作
GIS-T能提供直觀的圖層顯示與管理；可就行地圖放大、縮小、漫游；可直接定為地圖比例尺；可進(jìn)行多種圖層設(shè)置，能設(shè)置可見、可選擇、可編輯、可捕捉及編輯鎖定狀態(tài)、移動順序等，所見即所得。
2. 查詢檢索
空間數(shù)據(jù)查詢：GIS-T的數(shù)據(jù)庫通過聯(lián)機(jī)分析處理進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，通過GIS-T系統(tǒng)特有的空間拓?fù)溥\算，如緩沖、各種鄰接運算、最佳路徑等等，對路網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，提取決策需要的各種數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)的查詢大致有如下的方式：通過公路數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)；通過空間數(shù)據(jù)查詢到公路數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)據(jù)；點線面互查，如公路經(jīng)過了哪些地區(qū)、某公路上有哪些橋梁等；空間擴(kuò)充查詢，如通過緩沖獲得公路影響的人口、公路噪音影響的居民數(shù)量等。
空間查詢以電子地圖的方式表現(xiàn)查詢結(jié)果，另外，數(shù)據(jù)庫的聯(lián)機(jī)分析處理的查詢結(jié)果也可以通過電子地圖表現(xiàn)出來，如各地區(qū)的公路里程，可以在各地區(qū)的空間數(shù)據(jù)上，以顏色、空間變形等表現(xiàn)出來。
多種方式的查詢檢索：點擊查看屬性信息；基于屬性條件的SQL查詢；屬性和空間條件的雙向查詢（文查圖、圖查文）；多對象組合的跨圖層空間、屬性條件聯(lián)合查詢；圖文互訪，以多種方式（如屬性數(shù)據(jù)、照片、錄像等）顯示公路概況、公路的養(yǎng)護(hù)狀況、橋梁及附屬設(shè)施狀況、立交橋信息、交通量信息、路政業(yè)務(wù)信息以及公路設(shè)施評價決策和預(yù)測信息。
3. 最佳路徑分析
實現(xiàn)可進(jìn)行最佳路徑分析的公路路網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析功能。為公路管理部門在營運管理過程中，進(jìn)行公路車輛調(diào)度、緊急情況車輛繞行路徑的選擇提供決策支持。
最佳路徑分析廣泛運用于物流、客運線路選擇、公路車輛調(diào)度、緊急情況車輛繞行路徑等方面。路段的劃分必須符合最佳路徑分析的需要，必須在道路交叉處分段，路段不應(yīng)該太短以防止最佳路徑分析運算時間過長；在GIT-T信息系統(tǒng)平臺上顯示、打印最佳路徑分析的結(jié)果；如果有必要，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)沒有考慮到的具體情況，對最佳路徑進(jìn)行局部的手工調(diào)整；為了擴(kuò)大項目的使用范圍，可以定義不同的最佳含義，如時間、費用、距離等。
（三） 交通地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用前景
交通地理信息系統(tǒng)是GIS技術(shù)在交通領(lǐng)域的延伸，是GIS與多種交通信息分析和處理技術(shù)的集成。GIS-T具有強大的交通信息服務(wù)和管理功能，它可以應(yīng)用在交通管理的各個環(huán)節(jié)，具有廣泛的用途和應(yīng)用前景。在交通規(guī)劃中，可用于交通需求分析與預(yù)測、路網(wǎng)規(guī)劃與管理、可行性研究與方案優(yōu)選等；在道路設(shè)計中，可用于選線、挖填方計算、道路線型仿真、設(shè)計管理等；在道路養(yǎng)護(hù)中，可基于地理信息系統(tǒng)平臺建立公路管理系統(tǒng)、路面管理系統(tǒng)和橋梁管理系統(tǒng)等；在公路交通環(huán)保中，可建立公路環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；在運輸管理中，可用于路線規(guī)劃與管理、站場規(guī)劃與管理，交通監(jiān)控與車輛管理、貨物跟蹤與物流管理、維修點管理等；在交通出行服務(wù)方面，可向社會發(fā)布有關(guān)交通服務(wù)資源信息及進(jìn)行車輛導(dǎo)航等。
在交通領(lǐng)域GIS-T被公認(rèn)為21世紀(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著GIS技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，目前GIS-T中存在的問題會逐步得到解決，這必定會促進(jìn)GIS-T的各個方面的應(yīng)用和發(fā)展，大大地改變交通現(xiàn)狀，帶動整個交通行業(yè)的突飛猛進(jìn)，成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要動力。
聲明①：文章部分內(nèi)容來源互聯(lián)網(wǎng)，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除，郵箱 cehui8@qq.com
聲明②：中測網(wǎng)登載此文出于傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點或證實其描述，文章內(nèi)容僅供參考。