（交通运输规划与管理专业论文）基于GIS的公交规划技术研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着城市经济的发展，大城市交通状况日趋紧张。大力发展公共交通，优化 城市客运交通结构是解决当前城市交通问题的根本出路，而科学地制定公共交通 规划，合理地布置公交网络，利用高新技术提高公交运营管理水平则是促进我国 公共交通健康发展的关键。传统的公共交通规划技术存在着许多不足之处，地理 信息系统( g i s ) 的发展为公共交通规划技术的发展带来了新的希望。 本文结合公共交通规划的特点和地理信息系统的发展，对地理信息系统在公 共交通规划中的应用进行了深入的研究。 数据模型是建设应用型地理信息系统的基础。本文在分析公共交通规划对数 据模型的要求的基础上，结合地理信息技术的发展，详细研究了适合公共交通规 划编制的道路网络模型、公交线路模型、公交站点模型以及公交网络模型。 公交线网规划是公交规划的核心。本文在分析当前公交线网规划技术的基础 上，提出了一套操作性较强的公交线网规划方法，并详细研究了在g i s 技术支持 下的公交节点布设、公交线路生成、公交线路调整的操作方法。 公交评价是公交规划质量的保证。本文深入分析了在g i s 技术支持下的公交 线网密度、公交站点覆盖率、公交线路非直线系数、公交重复系数、平均站距等 常用评价指标的计算方法。 另外对基于g i s 的公交规划调查方法、公交规划数据的管理、公交需求预测 系统结构等也进行了相应的分析和研究。 最后以佛山市公共交通规划实践对本文的部分研究成果进行了检验，取得了 较好的效果。 关键词：公交规划地理信息系统数据模型线网优化公交评价 叠罱分析缓冲区分析 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es t a t e so ft r a n s p o r t a t i o ni nm a n ym e t r o p o l i s e sa r eg e t t i n gw o r s ew i t ht h e e c o n o m i cg r o w t h t or e l i e v et h ep r e s s u r eo fu r b a nt r a n s p o r t a t i o n ，w es h o u l dd e v o t eo u r m a j o re f f o r t st od e v e l o p i n gm a s s t r a n s i ta n do p t i m i z et h ep a s s e n g e rt r a f f i cs t r u c t u r e t o d e v e l o p t h em a s st r a n s i t ，w es h o u l d s c i e n t i f i c a l l y d r a w u p t h et r a n s i t p l a n n i n g ， r e a s o n a b l ya s s i g nt r a n s i tn e t w o r ka n dh e i g h t e nt h el e v e lo ft r a n s i ta d m i n i s t r a t i o nw i t h m o d e m t e c h n o l o g i e s t h et r a d i t i o n a lt e c h n o l o g yo f t r a n s i tp l a n n i n gh a sm a n yd e f e c t s t h e d e v e l o p m e n t o f g e o g r a p h y i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yb r i n g s a h o p e f o rt h e i m p r o v e m e n t o f t h et r a n s i tp l a n n i n g as e r i e so fm e t h o d so ft h et r a n s i tp l a n n i n ga r ep r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o nw i t h t h eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y d a t am o d e l sa r et h eb a s e so fa na p p l i a n c eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m a f t e r a n a l y z i n gf u n d a m e n t a lr e q u i r e m e n t so f t r a n s i tp l a n n i n gt od a t am o d e l s ，t h i sd i s s e r t a t i o n r e s e a r c h e dr o a dn e t w o r kd a t am o d e l ，r o u t ed a t am o d e l ，b u ss t o pd a t am o d e la n dt r a n s i t n e t w o r kd a t am o d e l a s s i g n i n gt r a n s i tn e t w o r ki s t h ec e n t r eo ft r a n s i tp l a n n i n g a f t e rr e s e a r c h i n gt h e c u r r e n tt e c h n o l o g yo f a s s i g n i n gt r a n s i tn e t w o r k ，an e wt e c h n o l o g yo fa s s i g n i n ga t r a n s i t n e t w o r ki sp r o p o s e dw h i c hc a r lb eo p e r a t e de a s i l y a tt h es a m et i m e ，as e to fm e t h o d so f h a n d l i n gt h et r a n s i te n t i t i e si n ag e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e mi s p r o p o s e d ，s u c ha s d e f i n i n gat r a n s i tn o d e ，a s s i g n i n g a r o u t e ，a d j u s t i n ga t r a n s i tn e t w o r k ，e t c t h e a p p r a i s a lo f t h et r a n s i tn e t w o r ki st h eg u a r a n t e eo fah i g hq u a l i t a t i v et r a n s i t p l a n n i n g 。t h i sd i s s e r t a t i o nh a dd e e p l yr e s e a r c h e dt h ec o m p u t i n gm e t h o d so f s e v e r a l c o m m o nt r a n s i t a p p r a i s i n g i n d e x e si nag e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，s u c ha st h e d e n s i t yo f t r a n s i tn e t w o r k ，t h eb u s s t o pc o v e r a g e ，t h en o n l i n e a r t o e f f i e i e n to fab u sr o u t e ， t h ed u p l i c a t i o nc o e f f i c i e n to f b u sr o u t e sa n dt h ea v e r a g ed i s t a n c eo f b u s s t o p s i na d d i t i o n ，t h i sd i s s e r t a t i o na l s om a d ear e s e a r c ho fo t h e rt e c h n o l o g i e s ，s u c ha s t r a n s p o r t a t i o ni n v e s t i g a t i o n m e t h o dw i t h g e o g r a p h y i n f o r m a t i o n s y s t e m ，t h e a d m i n i s t r a t i o nm e t h o do ft r a n s i tp l a n n i n gd a t a ，t h es t r u c t u r eo f p r e d i c t i n gs y s t e mo f t h e t r a n s i tt r a f f i cd e m a n d ，e t c f i n a l l y ，ap a r to ft h em e t h o d sw h i c hw e r ep r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o ni s u s e di n t h ef o s h a nc i t yt r a n s i tp l a n n i n ga n dw o r k e dw e l l k e yw o r d s ：t r a n s i tp l a n n i n gg e o g r a p h y i n f o r m a t i o n s y s t e m d a t am o d e l o p t i m i z i n gt r a n s i tn e t w o r ka p p r a i s a lo f t r a n s i ts y s t e m o v e r l a ya n a l y s i s b u f f e ra n a l y s i s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：t 礼 同期：捌嘘年f 月，9 只 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于不保密面。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：a 也 日期：脚s 月r 寸f 1 指导教师签名蹦害企 f i 期讲晚卵f 月，一日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 研究的背景和意义 1 绪论 随着城市经济的发展，大城市交通状况同趋紧张，在某种程度上影响了城市 经济进一步发展和人民生活水平的提高。造成大城市交通j 状况目趋紧张的原因主 要有以下四个方面： ( 1 ) 道路交通设施建设速度跟不上交通需求增长速度； ( 2 ) 交通管理跟不上城市交通系统的发展，已有道路利用率不高； ( 3 ) 交通结构不合理： ( 4 ) 部分市民的现代交通意识较淡薄，交通违纪时有发生，交通秩序有待改 进。 据有关现场调查及理论分析的结果，在相同的服务水平下，公交车、自行车、 小汽车的人均动态占用路面面积比例为i ：3 ：1 2 ，公共交通与其它客运机动车交 通方式相比，人均占用的能源、道路空间资源最少，人均排放的噪声、大气污染 量最低，符合我国城市建设的可持续发展战略” 2 1 。 正如我国城市经济结构处于转型期一样，大中城市的交通结构也处于转型期， 抓住交通结构转型期这一机遇，大力发展公共交通，优化城市客运交通结构是解 决当前城市交通问题的关键p j 。 我国城市公共交通的建设和发展一直滞后于社会经济和居民生活的需要。近 十年来，城市公共交通发展不容乐观，部分城市出现了萎缩。影响公共交通萎缩 的原因有两个方面：一个方面是公共交通方式对居民出行失去了吸引力，主要表 现为乘车不便、准时性差、服务质量低等；另一个方面是公交企业效率低f ，亏 损大。这两个方面相互影响，使公交发展不能进入良性循环。因此要大力发展公 共交通必须从增强公交吸引力和提高公交效率两个方面入手，而科学地制定公共 交通规划，合理地布置公交网络，利用高新技术提高公交运营管理水平是促进我 华中科技大学硕士学位论文 国公其交通健康发展的关键【l j 。 城市公共交通规划是指根据城市发展规模、用地布局和道路网规划，在客流 预测的基础上，确定公共交通车辆规模、线路网络、换乘枢纽和场站设施用地等， 使公共交通客运能力满足客流高峰的需求件】。 在进行城市公共交通规划的过程中，规划人员必须采集、处理和分析大量的 数据。这些数据可以分为空间数据( 如交通分区图、道路网络图、公交线网图等) 和具有较强的地理特征的属性数据( 如各交通分区的交通发生吸引量、人口规模、 经济状况，以及各公交线路的运能配置、公交场站的规模等) 。传统的公交规划方 法是将属性数据存储在数据库中，表格化管理，用抽象的编码和相应的数据表示， 将空间数据用纸质图或者c a d 图来保存f 5 。这种方法存在以下的不足之处： ( 1 ) 数据表格只能反映交通数据“量”的大小，无法表达数据“面分布”的 状况。例如在交通调查时，往往要把各交通小区的人u 、出行量等面上分布的数 据投影在点( 交通小区的形心) 上以便于统计，再依据这些抽象了的数据进行下 一步相对简单化的分析，这必将对最终结果的准确性和规划的科学性造成影响。 ( 2 ) 由于人直接和上述数据接触，难以形成调查数据的空间概念，不利于交 通特征的掌握，也不利于对调查数据的合理性进行判断。 ( 3 ) 由于传统方法中的大量数据单独存储，每一项内容、每一个交通小区均 各成一张表，数据调用的工作量极大。交通模型从数据输入到模型参数界定，再 到模型运算、成果表达是各自独立的冗长过程。这既影响了模型模拟的精度，又 增大了正确理解城市与公共交通特征的时间跨度。 ( 4 ) 将数据分析和成果表达分离为两个步骤，公交规划与评价的结果的表达 又要靠公交规划者依据模型数据用c a d 另行绘制，往往难以结合原有的地形地物 加以分析，既费时费力，又难以满足数据的可读性、可变性的要求。如需调整规 划方案，则绘图工作前功尽弃，造成人力、物力的浪费。 基于g i s ( g e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，地理信息系统) 的公交规划技术 正是在这种背景 f 提出来的。g i s 集成c a d ( c o m p u t e r a i dd r a w i n g ) _ 乖l ld b m s ( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) 二者的优点，不但能高效地管理空间数据和属性 华中科技大学硕士学位论文 数据，还可对其进行空倒查询和分析，充分发掘现有数据的信息内涵。充分利用 g i s 所具备的强大的空间数据和属性数据的操作、管理、分析与显示功能，并结合 城市公共交通规划的要求，开发适合于公共交通规划的数据管理模型和分析决策 模型，直观、科学、高效地进行城市公共交通规划，这对于促进公交规划技术的 发展、提高公交规划的水平、建设一个高效合理的公交系统是具有积极意义的7 】 吼 1 2 g i s 发展简介 g i s 是在计算机软、硬件支持下，采集、存储、管理、处理、检索、分析和显 示空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并以叫答用户问题为主要任务的 技术系统。它是。种决策支持系统，它把宏观世界抽象为模型化的空间数据，用 户可以接应用的目的观测这个现实世界模型的各个方面的内容，取得自然过程的 分析和预测的信息，用以管理和决策【9 】。 从学科角度定义，g i s 属于技术学科，它主要涉及地理学、测量学、制图学、 摄影测量和遥感、计算机科学，特别是计算机制图、数据库管理、计算机辅助设 计、遥感和计量地理学形成了g i s 的理论和技术基础。 g i s 一般应具备数据的获取、数据的初步处理、数据的存储与检索、数据的查 询与分析、图形的显示与交互等五大功能。这些功能之l 可的关系，以及它们操作 数据的不同表现如图1 1 所示。 地理信息系统按其内容和作用可以分为两类：工具型地理信息系统和应用型 地理信息系统。工具型地理信息系统也称为地理信息系统开发平台或外壳，它是 具有地理信息系统基本功能、供其它系统调用或用户进行二二次丌发的平台。应用 型地理信息系统是根据用户的需求和应用目的而设计的一种解决一类或多类实际 应用问题的地理信息系统，除了具有地理信息系统的基本功能外，还具有解决地 理空间实体及空白_ 】信息的分布规律、分布特性及相互依赖关系的应用模型和方法。 华中科技大学硕士学位论文 图1 1g i s 功能( 椭圆) 概述以及它们的表现( 矩形) 地理信息系统的发展町以分为如下四个阶段： 6 0 年代为地理信息系统开拓期，注重空削数据的地学处理。其中，由加拿大 于1 9 6 3 年了= i _ = 始研究实施，1 9 7 1 年正式投入运行的加拿大地理信息系统( c g i s ， c a n a d i a ng i s ) 是被国际上公认的最早建立的较为完善的大型地理信息系统。早期 的地理信息系统，由于计算机运行速度慢，存储容量小，空间分析功能较为简单。 7 0 年代为地理信息系统的发展巩固期，注重于空间地理信息的管理。这时期 的g i s 在学术研究方面取得了长足的进展，但在实际应用方面尚未取得重大突破。 8 0 年代为地理信息系统的推广应用时期，注重于空间决策分析。地理信息系 统的应用领域迅速扩大，出现了a r c i n f o r 、m a p l n f o 、t r a n s c a d 等大量商业化 地理信息系统软件。 9 0 年代是地理信息系统的用户时代。方面，地理信息系统已经成为许多机 构必备的工作系统，尤其是政府决策部在一定程度上由于受地理信息系统的影 华中科技大学硕士学位论文 响而改变了现有机构的运行方式：另一方面，社会对地理信息系统的认识普遍提 高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大与深化。 我国地理信息系统的起步稍晚，但发展势头相当迅猛，大致可分为以下三个 阶段： 7 0 年代是我国地理信息系统的起步阶段。这一时期电子计算机在测量、制图 和遥感领域得到了推广和应用，为地理信息系统的研制和发展做了技术上的准备。 8 0 年代是我国发展地理信息系统的实验阶段。部分高校和科研院所相继建立 了与地理信息相关的实验室，并广泛丌展国际学术交流。这一时期的实验研究主 要集中在数据规范和标准、空间数据库建设、数据处理和分析算法及应用软件的 开发等。 9 0 年代是我国地理信息系统全面发展阶段。用于城市规划、土地管理、交通、 电力及各种基础设施管理的城市信息系统在我国部分城市相继建立。在基础研究 和软件开发方面也取得了突破性的进展，开发了若干能参与市场竞争的软件，如 g e o s t a r 、m a p g i s 、c i t y s t a r 等。 随着计算机和信息技术的发展，g i s 迅速的变化着。未来1 0 年内g i s 的发展 具有如下趋势： ( 1 ) g i s 网络化 万维网的发展给g i s 数据在更大范围内的发布、出版、获取和查询提供了有 效可行的途径，地理数据不仅可以按照地理位置、专题内容、生产机构、使用价 格等进行搜索，甚至可以直接在嘲上进行数据的各类空间操作。虽然g i s 的网络 化有着巨大的前景，但目前在数据传输、网络软件开发等方面存在着一定的局限。 ( 2 ) g i s 标准化 今后5 1 0 年是g i s 界的主要标准制定时期。标准化的真正实现将使人们能 在一个共同理解的基础上共享信息和资源。 ( 3 ) 数据商业化 地理数据的开发、更新和维护既费时义费力。如何更有效的生产和维护地理 华中科技大学硕士学位论文 数据将是g i s 未来面临的主要挑战之一。 1 3 g i s 在交通运输方面的应用与研究现状 随着当前道路交通建设规模的扩大和交通设施现代化程度的提高，交通部门 的各项工作正日趋紧张和繁忙。如果仍沿用几十年以来的分析和绘图方法，将大 大限制应付当今各种复杂问题的能力，同时还会遇到各种实际问题中解决不了的 问题。而g i s 具有强大的数据综合、地理模拟和空嵋j 分析的能力，结合道路交通 工作的实际需要，运用g i s 和现代计算机技术，建立交通地理信息系统( g e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e mf o rt r a n s p o r t a t i o n ，g i s - - t ) ，必将对促进道路交通规划、管理 和建设，具有极其重要的意义。 交通地理信息系统是地理信息系统技术在交通领域的推广和应用。一般认为， g i s t 是在传统g i s 的基础上，加入几何空间网络概念及线的叠置( 1 i n e o v e r l a y ) 和动态分段( d y n a m i cs e g m e n t a t i o n ) 等技术，并配以专门的交通建模( t r a n s p o r t a t i o n m o d e l i n g ) 手段而组成的专门系统。由于交通本身所具有的动态性、复杂性，使得 g i s 技术在交通领域的应用与其它领域相比具有很大的差异，这也使得g i s t 被 强化为一个专用名词【1 5 】 1 6 1 。 从加拿大提出“地理信息系统”这一概念时起，交通地理信息系统的发展可 以追溯到上世纪六十年代。在上世纪六十年代末期，美国人口统计局建立的d i m e 以及后来的t i g e r 数据模型中，研究者们就丌始用基f - 点和线的二维线性网络来 表达道路系统。然而，三十多年来，g i s t 技术一直发展缓慢。近年来，随着i t s 理念的广泛接受，g i s t 技术同益受到人们的重视，已成为g i s 应用的一个热门 发展方向i t s 】 1 引。 目前g i s t 的应用主要体现在以卜几个方面2 0 1 ： ( 1 ) 电子地图 g 1 s - t 可以提供丰富的动态的电子地图，使交通主管部门对道路等基础设施 华中科技大学硕士学位论文 的管理变得直观、简单和轻松。 ( 2 ) 道路选线 将道路网规划模型和g i s 集成一体，能更好地考虑和评估道路对环境的影响。 g i s t 在道路的路线选择和初步设计中得到了广泛的应用。 ( 3 ) 运输企业运营管理 借助g i s 的路径选择以及统计分析功能，可以对运输线路进行优化，可用于 辅助决策，控制生产运营和行车计划，可以对特种货物的运输进行线路选择和监 控。 ( 4 ) 交通规划 g i s t 能高效科学地管理交通规划过程中各种输入输出的数据和图形，进行 复杂地查询和可视化表达。结合交通分析模型，g i s t 可以辅助交通规划人员进 行决策，提高交通规划的效率和科学性。 ( 5 ) 为智能运输系统提供可视化平台 g i s t 与g p s 相结合，能够对车辆实行实时监控和路径导航，并向道路使用 者提供实时动态交通信息服务。此外，g i s t 还能够为道路交通管理和控制、交 通安全管理以及交通环境监测提供地理信息平台。在欧美等发达国家，各地方交 通部门纷纷采用g i s t 技术建立了交通管理系统、出行信息系统、商业车辆运营 系统、车辆自动定位系统及车辆自动议别系统等，并尝试通过互联网络实时发布 交通信息。 由于交通信息具有精度要求高、规则复杂、动态化、离散化等特点，原有的 地理信息系统并不能完全满足在交通领域应用的需求。城市交通地理信息系统的 发展面临着一系列的技术问题。主要体现在如f 几个方面2 1 1 2 2 1 ： ( 1 ) 标准化问题 标准化是信息共享的基础，是生产力发展到一定水平后的需要。交通地理信 息系统所使用的数据有着各种各样的来源。由于对道路等级的划分没有一致的标 准，不同的交通数据生产者对道路级别的判断不同：对f 应包括到道路网络中的 华中科技大学硕士学位论文 最低等级道路有不同意见；道路网络地理精度各不相同；数据存储格式千差万 别这种种差别导致不同交通部门之间的交通数据缺乏致性，令不同交通信 息的数据库之间的互操作产生困难，造成不必要的人力和财力的浪费。 ( 2 ) 交通现象表达所存在的问题 数据是地理现象经过抽象整理后的一种表达形式。如何对地理现象进行抽象 表达是交通地理信息系统设计过程中需要考虑的核心问题之一。由于交通特征的 动态性，以及线性特征上的逻辑重叠等，传统的地理数据表达方式难以适应交通 地理信息系统的发展需求。而且，由于城市交通系统越来越向复杂的方向发展， 多车道、单行线、转弯限制、立交系统等交通特征变得越来越复杂。如何解决这 些复杂现象的表达问题，是目前城市交通地理信息系统面临的一个重要问题。 ( 3 ) 交通地址编码问题 在现实世界中，人们通过一段文字柬表达目标位置，而计算机是通过地理空 间坐标来确定位置的。地理编码就是一道沟通计算机和用户的桥梁，用来实现现 实世界语言同计算机数据之间的转换。然而，由于计算机对用户输入信息的严格 要求，以及地址作用范围的问题，采用交通地址编码进行匹配的过程中，其成功 率只有6 0 7 5 。这是世界各国建立道路电子地图普遍存在的问题。 ( 4 ) 多种交通方式下的实时路径查询 在多种类型交通系统中进行最短路径搜索是交通地理信息系统的一个难点。 并且由于同一道路在不同时问的交通特征差异较大，在路径搜索时还应考虑相关 的动态信息的获取。如何将实时动念交通信息同静态的交通特征的属性表相连， 动态更新属性表中有关道路交通状况的属性，进行实时路径选择，也是交通数据 库设计所面临的一个挑战。 ( 5 ) 交通分析功能 传统的地理信息系统。般不具备交通分析功能。虽然目前一些软件发展了一一 些可用于交通网络分析功能的模块，例如a r c i n f o 的n e t w o r k 等，但受制于 原有的数据结构，交通网络建模与分析的效率难以令人满意。开发高效的适合于 华中科技大学硕士学位论文 g i s 的交通分析模块，充分发挥g i s 在处理交通问题过程中的优势，对g i s - - t 的 发展具有积极的意义。如何有效的利用现有的交通分析模块，使之与g i s 系统完 美的结合，也是当今g i s t 研究的一大热点。 以上所提及的目日u 交通地理信息系统发展所面临的问题，并不是相互独立的， 而是彼此关联的。若想较好的解决这些问题，必须通盘考虑，整体设计，借鉴前 人经验，引进新技术。 1 4 g l s 在公交规划领域的应用与研究现状 基于g i s 的公交规划是g i s 在交通领域应用的一个分支。由于前面所述的g i s 在交通应用领域所存在的种种困难，再加上公交网络自身的复杂性，g i s 在公交领 域的应用发展一直很缓慢【23 1 。美国在基于g i s 的公交规划应用与研究方面处于世 界前列，已将g i s 技术广泛应用于交通走廊的选择、规划方案的比选、公交线路 的分析以及电话询问服务等领域，并开发出了t r a n s c a d 软件。由于我国与国外的 城市交通发展阶段、交通组成、居民出行特征等均有较大的不同，简单的引进国 外的研究成果必然会产生较大的误差，而系统的修正与调整绝非易事。 近年来，国内很多学者和科研单位对基于g i s 的公交规划技术做了大量的基 础性工作。如东南大学对公交网络的g i s 表示技术、公交乘客出行路径选择模型、 公交信总系统标准化等进行了深入的研究工作，武汉大学对公交实体的详细表达 及最优路径搜索、涮济大学对公交线网服务面积的计算方法等均进行了大量的研 究工作。然而，一套适用的基于g i s 的公交规划技术还远远未成熟，仍有大量的 研究工作需要我们去进一步深入研究【2 4 】 2 5 1 2 6 1 2 7 1 2 8 1 。 1 5 研究的主要内容 ( 1 ) 服务于公交规划的g i s 数据库的建立 建立公交规划数据库所需的资料类别，资料的收集或调查方法；基于g i s 的 华中科技大学硕士学位论文 交通调查方法；基于g i s 的公交规划数据管理方法等。 ( 2 ) 服务于公交规划的数据模型 数据模型的建立是建设数据库的基础。数掘模型的好坏直接关系到数据库的 效率和应用程序的性能。在充分研究国内外相关数据模型的基础上，结合地理信 息系统标准化的原则，提出了道路网络模型、公交线路模型、公交站场模型、公 交网络模型等。 ( 3 ) g i s 支持公交需求预测的方法 主要研究基于g i s 的公交需求预测系统的结构模式。 ( 4 ) 基于g i s 的公交线网优化技术 在充分研究公交线网优化的目标与常规技术的基础上，对g i s 环境下的公交 线网优化技术进行了详细的探讨。 ( 5 ) 基于g i s 的公交评价技术 在分析公交评价的目标、方法以及公交线网评价指标体系的基础上，利用g i s 技术对公交线网密度、公交站点覆盖率、公交线路非直线系数、公交重复系数、 平均站距等公交评价指标的定量计算进行了深入分析。 华中科技大学硕。士学位论文 1 6 研究的技术路线 l基ya s 的公交规划l l i+ ；l 资料收集il 交通调查l i i i 0 数据处理i 一公交g i s 数据模型 + l 公交规划数据库l + 基于g i s 的公交需求预测 上 基于g i s 的公交线删优化 l “ 0 i 基于g i s 的公交规划方案评价 _ + 实例分析 上 结论与展槊 图1 2 技术路线图 华中科技大学硕士学位论文 2 基于g i s 的公交规划调查与数据管理 2 1 基于g i s 的公交规划调查 2 1 1 公交规划调查的内容 进行城市公共交通规划需要进行以下调查工作 1 ) 城市社会经济基础资料调查 ( 1 ) 人口资料 城市人口总量、各交通分区人口分布量，城市人口年龄结构、性别结构、职 业结构，城市人口出生率、死亡率，机械增长率等。 ( 2 ) 国民经济指标 国民收入、各行业产值、人均收入、产业结构等。 ( 3 ) 运输量 客货运历年运输量、各运输方式比重等。 ( 4 ) 交通工具 各方式、各车种的交通工具拥有量。 2 ) 城市土地利用基础资料调查 城市土地利用与城市道路交通有着密切的关系，不i 司性质的土地利用，可发 生或吸引不同性质的不同规模交通出行。城市交通与土地利用的关系是城市公共 交通规划工作中进行交通需求预测的基础。 进行城市公共交通规划需要进行的土地利用调查应包括： ( 1 ) 土地利用性质 各交通分区主要土地利用类别的土地面积，如工业、商业、居住、科教卫等 利用类别的面积。 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 就业岗位数 全部交通分区或典型交通分区的就业岗位数。 ( 3 ) 就学岗位数 全部交通分区或典型交通分区的就学岗位数。 ( 4 ) 商品销售额 全部交通分区或典型交通分区的商品销售额。 3 ) 城市居民出行o d 调查 城市居民出行o - - d 调查是对城市居民出行起点o ( o r i g i n ) 和终点d ( d e s t i n a t i o n ) 的调查，在城市公共交通规划中占有非常重要的地位。它对城市居 民的基本资料和居民每次出行的信息做了一次较全面的抽样调查，对揭示城市居 民出行的内在规律至关重要。 4 ) 城市流动人口出行o d 调查 流动人口是城市总人口中的特殊组成部分，流动人口的出行规律( 如出行次 数、出行方式等) 与城市居民出行规律有较大的差别。因此，若要洋细了解流动 人口的出行状况，则需要对流动人口出行o d 进行调查。 流动人口的组成十分复杂，按其在城市中停留的时间可分常住、暂住、当日 进出等三种情况，如果按来城市的目的又可分为出差、旅游、探亲、看病、经商、 换乘等。因此，城市流动人口出行o d 调查的难度较大，对不同类型的流动人 口应采取不同的调查方法。常住、暂住流动人l j 一般町采用与居民出行o d 调 查类似的家庭调查、电话询问等方法，对当同进出的流动人l 1 则可采用在城市的 出入口( 如车站、机场、码头等) 直接询问的方法等。 5 ) 机动车出行o d 调查 机动车出行o d 调查应包括公交出行o - - d 调查及非公交出行o d 调查两 类。城市公交出行0 一d 调查的内容包括行车路线、行车次数、行车时间，可直 接由公交公司的行车记录金得。城市非公交机动车境内出行o d 调查的内容包 括车辆的种类、起讫地点、行车时间、距离、载客载货情况等。城市非公交机动 车出行o - - d 调查的方法一般有发( 收) 表格法、路边询问法、登记车辆牌照法 华中科技大学硕士学位论文 等。 6 ) 城市道路交通流量调查 在公共交通规划中，城市道路交通流量资料是进行现状交通评价、交通阻抗 函数的参数标定及公交线网布局的重要依据。 7 ) 道路交通设施的调查 服务于公共交通规划的道路交通设施调查应包括： ( 1 ) 道路 各道路路段的等级、机动车道及非机动车道路面宽度、机非分隔方式、交通 管理方式( 如单行线、公交专用线) 等。 ( 2 ) 交叉口 各交叉口的类型、交通控制方式等。 ( 3 ) 公交站场 包括停车场、修理厂、首末站、换乘枢纽的建设规模以及中问停靠站的型式、 数量、规模、位置等。 8 ) 城市公共交通现状调查 ( 1 ) 公交企业发展及运营状况调查 该项调查主要是发现公交企业运营中存在的问题、掌握公交企业的生产能力 和运营模式、了解公交企业的经济状况，为制定公交企业的发展模式及投资决策 提供依据。调奁的内容主要包括： 公交企业发展历程、投资和经营状况、管理体制、技术力量；近年车辆发展 情况、线路发展情况、客运量变化情况等。 ( 2 ) 公交问卷调查 该项调查主要用来掌握公交出行的时j 训特征( 车内时阳j 、等车日, - t i 刚、步行时 阳j 等) 、换乘状况，以及收集居民对公共交通的意见和发展公共交通的建议等。 ( 3 ) 公交随车调查 该项调查旨在掌握公交客流量、公交车速、满载率的变化规律以及各条路段、 各个站场的客流分布规律等。 华中科技大学硕士学位论文 9 ) 相关规划或计划成果调查 主要包括城市总体规划、道路交通综合舰划、道路网络规划、交通管理规划、 轨道交通规划以及国民经济发展计划等。 2 1 2 数字地图的获取 随着信息技术的同益普及以及计算机技术的发展，城市公共交通规划过程中 的大部分工作都是在数字地图的基础上进行的，g i s 技术在公交规划中的推广和应 用更是以数字地图为核心，数字地图的质量直接关系到g i s 技术在公交规划中应 用的成败。因此数字地图的获取是公交规划资料收集中最重要的一环。 数字地图的获取方式可分为直接式和间接式两种。直接获取方式包括直接从 同一城市的相关规划成果中获取数字地图和直接从国家基础地理信息数据库中获 取该城市的数字地图，削接获取方式包括数字化地图、数字化地形图、解析遥感 数据等方式。 1 ) 从相关规划成果提取 同一城市的相关规划( 如综合交通规划) 成果中往往含有公交规划所需的电 子地图，因此获取电子地图最直接的方法是从同一城市的相关规划中直接获取。 然而，由于我国政府管理体制还不够完善，各部门之间信息共享存在着一定障碍， 数字地图往往难以直接从相关部门的规划成果中直接获取。 2 ) 购买空间地理数据产品 由于纸质地图在生产和应用上存在着一定的局限性，如生产周期长、信息更 新速度慢等，已不能适应当今同新月异的社会发展。计算机及数字测图技术的发 展，为空间数据的获取、存储和应用提供了新技术。数字化的基础信息产品成为 现代地理研究、城市规划与建设、资源调查与开发、工程设计与施工等领域不可 缺少的基础资料。目前国家基础地理信息中心已组织建立了三个全国性的空间数 据库，比例尺分别为l ：10 0 万、1 ：2 5 力、1 ：5 万，并建立了1 ：1 万局部数据库。 较地图而言，数字地图数据产品能实时、精确的获取空间目标的位置、长度、 华中科技大学硕士学位论文 面积、体积、坡度等各种度量指标，能实现大范围的空间漫游和纵深方向的信息 检索查询，并且具有良好的可更新性。建立和发展国家基础地理空间数据库是国 家基础设施建设的一个重要组成环节。从国家地理空间基础数据库中获取相应的 数字地图将是种重要的直接获取服务于公共交通规划的数字地图的方式。 3 ) 地图数字化 在我国地方行政区划管理中，主要采用大、中比例尺的普通地图作为区域分 析的背景。一般的省、市( 地区) 、县二三级政府都委托测绘部门编制了以其政区为 界限的普通地图，有的称为政区图，也有的直接称为“xx 市地图”。这类图纸对 于城市有关职能部门的管理与规划十分有用，数字化后可以作为服务于公共交通 规划的数字地图底图。 地图数字化有两种作业方式：数字化仪的手扶跟踪数字化和地图扫描数字化。 手扶跟踪数字化的工作方式分为流方式和点方式。流方式工作时操作人员沿 曲线移动十字丝并尽可能经过所有弯皓部分，系统自动读取一系列坐标以完成相 应曲线的数字化。点方式工作时，操作员选择曲线上的拐点，逐点按键，计算机 记录每一个按键的坐标。手扶跟踪数字化与图面要素的复杂程度及操作人员的素 质相关，工作量大。 由于扫描仪性能价格比的提高和扫描数字化作业效率的提高，扫描数字化变 得越来越普遍。地图扫描数字化可以有两种方式：自动矢量化和交互矢量化。自 动矢量化一般先将彩色影像或灰度影像变换成二值影像。二值影像自动矢量化的 方法有多种，一般包括细化、断线连接、去毛刺、矢量跟踪等。交互式矢量化是 采取人机交互的方式，对地图上每个图形实体逐条线划进行矢量化。当线划的状 态较好时，计算机自动跟踪，到不能跟踪的位置停止，然后人机交互，再继续往 前跟踪。 由于当前工程扫描仪的误差及图纸的不均匀性，进行扫描数字化时可能会产 生一定的扫描误差。对均匀变形，可用圈框的四点定向，解算仿射变形参数，进 行图形校正。适合四点定向的仿射变换公式为： 华中科技大学硕士学位论文 x = a 0 + a 工+ a2 y ( 2 1 ) y = b o + b l x + b 2 y ( 2 - 2 ) 其中： x ：变换后的横坐标； x ：变换前的横坐标； y ：变换后的纵坐标； y ：变换前的纵坐标： a 0 , a l ，a 2 , b o ，b i ，b 2 ：仿射变换参数，可运用最小二乘法原理求得。 对于均匀变形误差的校正，在a u t o c a d 中亦可通过旋转、缩放等操作来完成。 处理不均匀变形，可采用扫描标准格网法。具体操作步骤见参考文n 1 0 i 。 4 ) 地形图数字化 利用测绘部门提供的大比例尺地形图数字化也是一种获取数字地图的方法。 一个城市的大比例尺地形图图纸数量大，图面要素复杂，图形的拼接、矢量化、 误差校正、专题信息提取等是一项艰巨而复杂的工作，一般不适合于城市公共交 通规划的数字地图获取。 5 ) 从遥感数据中获取 随着遥感技术的发展，利用遥感技术获取服务于公共交通规划的数字地图也 将是一种行之有效的途径。目| ，从卫星地面站购买的遥感数据都是经过系统误 差校正的，己除去了传感器本身的误差和航行时出现的误差，但用户仍需要对获 得的遥感数据进行光谱校f 、几何校正、特征提取、自动分类识别、自动成图等 处理。 2 1 3 基于g i s 的公交规划调查方法 传统的交通调查方法是在交通调查大纲的指导下，分别进行各项数据的收集 华中科技大学硕士学位论文 工作和各类交通调查，获得的每一类数据分别录入成独立的电子表格，数据的准 确性得不到保证，数据的缺漏和矛盾也不能及时得到发现。为此，作者提出了以 电子地图为基础的公交规划调查模式： 进行公交规划调查之前，制定调查大纲与建立基础空间数据库的工作同时进 行。该基础空阳j 数据库应包含行政区划、交通分区、道路网络这三类基本要素。 在资料收集的过程中，每获得一项交通调查数据后应及时录入基础空间数据库中， 利用g i s 的统计分析功能和专题图制作功能，可视化的检查数据的合理性和完备 性，以及各类数据之间的一致性。这种公交规划调查模式必将大大提高调查工作 的效率和质量。 g i s 在公交规划调查中的具体应用可以分为以下几个方面： 1 ) g i s 技术在出行数据收集中的应用 g i s 可以有效地提高数据收集的准确性，可以在调查过程中直接纠正错误。例 如，可以在笔旧本电脑中安装地理信息系统，并且输入地理编码数据。调查人员 可以携带这种笔记本电脑在路边或家庭进行出行调查，调查数据可以直接输入电 脑中。如果出行者回答的地址或时间有误，调查人员可以立即发现并纠正，提高 出行数据的准确性。 2 ) g i s 技术在调查数据处理中的应用 g i s 技术可以迅速计算出每个交通分区或每条线路的出行人数，以及在时间和 空间上的分布状况，可以迅速的统计出各交通分区内各种出行者的出行次数、出 行目的，以及同社会经济之i 剖的关系。 根据交通调查得到的基础信息资料，地理信息系统可以迅速有效的建立出行 表，并且建立交通分区社会经济资料的数据库，为交通模型的建立和运用提供详 实的资料。 3 ) g i s 技术在纠正数据错误中的应用 g i s 技术可以直观高效的检查数据的完整性和准确性