（大地测量学与测量工程专业论文）交通地理信息系统的研究与应用.pdf

硕+ 学伊论文摘要 摘要 交通地理信息系统是地理信息系统发展的一个主要研究方向，是 地理信息系统在交通工程中的广泛应用。从近年来国内外交通工程的 发展和管理来看，建立在专题g i s 一交通地理信息技术上的智能交通 系统已经成为解决交通问题的首选方案。 本文主要从实现交通地理信息系统的实际应用需求出发，探讨和 研究了交通地理信息系统从设计到实现过程中需要解决的一系列问 题，主要工作如下： ( 1 ) 阐明了智能交通、交通地理信息系统和地理信息系统的关系， 以及建立以交通地理信息系统为基础的智能交通的必要性和迫切性。 ( 2 ) 针对我国当前高等级公路建设和管理的水平，以及公路使用主 体的实际需求，设计和构思了一个以交通地理信息系统为核心的智能 交通系统，在所设计的各个子系统中均以g i s 作为人机交互的界面， 并将经g i s 处理过的数据传输给各个子系统。 ( 3 ) 具体研究了智能车辆导航系统的设计及应用，对系统开发的操 作平台进行了全面的比较，并最终选择微软的。n e t 作为整个系统的 软件开发平台，以e s e i 的组件式开发软件m 0 2 - 3 作为g i s 开发软件， 将组件式开发从传统的开发平台向新的开发平台移置作了尝试和研 究并设计了一个高效率的系统导航和系统查询的智能车辆系统。 ( 4 ) 针对智能交通的发展特点，最终的智能交通将会是一个高度分 布的系统。本文对当前的三层分布式g i s 模型进行了研究以及在 对n e t 框架上w e bs e r v i c e 强大功能的比较后，采取了一种不使 用传统三层结构中g i s 服务器的w e b g i s 模型，而以n e t 框架中的 分布式模型a s e n e t 作为服务器，可以很好的解决胖客户端和瘦客 户端的部署问题，同时客户端的显示采用s v g 技术，可以很好的解 决当前w e b g i s 的效率瓶颈问题。 ( 5 ) 作者结合交通地理信息系统的实际需要，给出了相应的w e b g i s 解决方案，并设计了一个能在本机服务器上运行的网上交通查询系 统。 关键词：地理信息系统，交通地理信息系统，交通车辆导航系 统，n e t ，m a p o b j e c t s 2 3 ，分布式技术，a s e n e t 硕士学位论文 a b s 丁r a c t a b s t r a c t t r a n s p o r t a t i o ng e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s n i sa n i m p o r t a n tr e s e a r c hf i e l do fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) s e e n f r o mt h ed e v e l o p m e n ta n dm a n a g e m e n to ft r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g d o m e s t i ca n df o r e i g ni nr e c e n ty e a r s ，t h ei n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n s y s t e m ( i t s ) b a s e d o n g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y i n t r a n s p o r t a t i o n h a sb e c o m et h e p r e f e r r e d s c h e m ei n r e s o l v i n g t r a n s p o r t a t i o np r o b l e m s a i m i n g a ta p p l i c a t i o no fg i s - t , t h i sp a p e rh a sa n a l y z e da n ds o l v e da n u m b e ro fp r o b l e m s ，w h i c hi n c l u d e s s y s t e md e s i g n a n d s y s t e m i m p l e m e n t a t i o n 1 1 1 em a j o r w o r ki sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h er e l a t i o n so fi t s , g i s ta n dg i sa r ei l l u m i n a t e d ，a n dt h e n e c e s s i t yo fe s t a b l i s h i n gi t sb a s e do nt g i s i sc l a r i f i e d ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h ec o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n tl e v e lo fh i g lg r a d e r o a da n dp r a c t i c a lr e q u i r e m e n to f p r i n c i p a lp a r to f r o a du s e ，ai t sb a s e d o ng i s ti se s t a b l i s h e d i na l lt h es u b s y s t e m s ，g i sa c ta sm a n m a c h i n e c o n v e r s a t i o ni n t e r f a c e sa n dt r a n s f e rt h ed a t ap r o c e s s e dt ot h es u b s y s t e m s ( 3 ) d e s i g na n da p p l i c a t i o no fi n t e l l i g e n tv e h i c l en a v i g a t i o ns y s t e mi s s t u d i e dc o n c r e t e l y ；t h es e r v i c ep l a t f o r m so fs y s t e md e v e l o p m e n ta r e c o m p a r e di nt h er o u n da n dt h e n e tb ym i c r o s o f ti ss e l e c t e dt od e v e l o p g i sw i mm 0 2 3 ，t h ea s s e m b l es t y l es o f t w a r eo fe s r i ：ae f f i c i e n t i n t e l l i g e n tv e h i c l es y s t e mw i t ht h ef u n c t i o no fs y s t e mn a v i g a t i o na n d q u e r y ( 4 ) n eu l t i m a t ei n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m w i l lb e h i 曲l y d i s t r i b u t e dd u et oi t sc h a r a c t e r si nd e v e l o p m e n t i nt h i sp 印e r ，t h e t h r e e l a y e rd i s t r i b u t e dg i sm o d e iu s e dc u r r e n t l yi ss t u d i e da n daw e b g i sm o d e li sa d o p t e dw i t ha s e n e to f n e tf r a m ea ss e r v e rr e p l a c i n g t h eg i ss e r v e ro f c o n v e n t i o n a lt h r e e - l a y e rs t r u c t u r e ，w h i c hf a c i l i t a t e st h e a r r a n g e m e n to ff a ta n dt h i nc l i e n ts e r v e r s ；t h et e c h n o l o g ys v gi su s e d f o rd i s p l a yo fc l i e n ts e r v e r s ，w h i c he l i m i n a t e st h ee f f i c i e n c yb o t t l e n e c k o f 砸bg i s ( 5 ) as o l u t i o no fw e b g i si ss u g g e s t e da n dan e t w o r kt r a n s p o r t a t i o n q u e r ys y s t e mr u n n i n g i nl o c a ls e r v e ri s d e s i g n e d ， c o m b i n e dw i t h p r a c t i c a lr e q u i r e m e n t s 硕士学侍论文 a b s t r a c t k e yw o r d s ：g i s ；g i s t ；i n t e l l i g e n tv e h i c l en a v i g a t i o ns y s t e m ；n e t ； m a p o b j e c t s 2 3 ；d i s t r i b u t i o nt e c h n o l o g y ；a s e n e t i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文主要是自己的研究所得，除了已注明的地方外，不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书 而使用过的材料与我共同工作的同志对本研究所作的贡献，已在论文的致谢语 中作了说明。 作者签名： 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位 论文，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印，缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部 门的规定，送交学位论文。对以上规定中的任何一项，本人表示同意，并愿意提 供使用。 储始隧孽 导师躲封遭隅丝随卫月丛f 1 硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着社会经济的飞速发展，各个地区的合作和交流越来越密集，随之而来的 是各种车辆的呈几何级数的增长和高速公路的罩程不断的增加。我国近年来每年 都投资数千个亿的资金用于各级高等级的建设，但是仍然远远不能满足人们和各 种商业车辆的出行需求，困扰当今交通系统的三大难题( 交通安全、交通堵塞、 环境污染) 仍然相当严重。近年来人们己逐渐认识到单纯增加公路里程不可能 从根本上解决人们日益增加的出行需求，还必须要通过计算机，信息和通讯等高 科技手段的辅助，充分利用现有的道路设施和道路信息，对人们和商用车辆提供 最合理的出行参考和交通引导，对交通事故提供最合理的专家援助等。由此出现 了研究和建设智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，i t s ) 的 热潮。i t s 是一个新兴的交叉学科与研究领域，包涵了众多的学科领域与技术。 它通过把先进的信息处理技术、数据通讯技术、电子控制技术以及计算机处理技 术等有效地综合运用于整个运输管理体系。从而建立起大范围内、全方位发挥作 用的实时、准确、高效的运输综合管理系统。 当j ；i ，将g i s 技术广泛运用于交通管理已经成为一种共识。通过g i s 技术， 可以确定一个事件或设施的地理位置以及它与周围相关事件或设施的相互关系， 因此通过对交通事件或设施地理要素的分析，可以指导道路最终的设计、施工和 维护交通地理信息系统( g i s t ) 作为g i s 研究的一个重要方向，是g i s 技术 在交通领域的延伸，是g i s 与多种交通信息分析和处理技术的集成，是收集、整 理、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统“1 。 交通地理信息系统作为智能交通系统的一个重要组成部分，目前国内外很多 研究人员致力于g i s t 的研究与开发，围绕着g i s t 产生了较多的研究课 题，不同的研究课题涉及到的g i s t 的功能也有所区别。但最终目的都是将以 公路和车辆为对象的交通信息在空间上直观明了地显示出来，为这些信息的深层 次挖掘和后续信息服务及辅助决策提供空间属性上的支持，最终使交通过程中的 各使用主体都参与到智能交通中来，最大限度的利用现有道路交通基础设施。 硕+ 学位论文第一章绪论 1 2 地理信息系统 地理信息系统( g i s - - g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是一种采集、处理、 传输、存储、管理、查询检索，分析、表达和应用地理信息的计算机信息系统。 它以地理空日j 数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种的和动态的 地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统“。实质上，地理信息 系统本身不过是计算机技术在地理空问研究领域的具体应用，是具有特定的数据 集和特定的操作集的计算机系统。 地理信息系统作为集计算机科学，地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科 学、空间科学，信息科学和管理科学等为一体的多学科新兴边缘学科，g i s 综合 应用了多种技术。与一般事务系统相比，地理信息系统数据收集是以地理空间为 基础，并对信息进行空间分析和解释。因此，除了具有一般的数据库外，还有图 形数据，而且要共同管理分析和使用图形数据与属性数据。g i s 在硬件和软件方 面均比一般事务处理系统更加复杂。概括地讲，地理信息系统具有以下特征： ( 1 ) 具有采集、管理、分析和输出多种地理实体空间信息的能力，具有空间 性和动态性。 ( 2 ) 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间 分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息。 ( 3 ) 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的 或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难 以完成的任务。 地理信息系统的核心问题可归纳为五个方面的内容：位置、条件、变化趋势， 模式和模型“1 。 ( 1 ) 位置( l o c a t i o n s ) 。即在某个特定的位置有什么。首先，必须定义某个 物体或地区信息的具体位置，常用的定义方法有：通过各种交互手段确 定位鼍，或者直接输入一个坐标；其次，指定了目标或区域的位置后， 可以获得预期的结果以及其所有或部分特性，例如当前地块所有者、地 址、土地利用情况、估价等。 ( 2 ) 条件( c o n d i t i o n s ) 。即什么地方有满足某些条件的东西。首先，可以用 下列方式指定一组条件，如从预定义的可选项中进行选取；填写逻辑表 达式：在终端上交互地填写表格。其次，指定条件后，可以获得满足指 定条件的所有对象的列表，如在屏幕上以高亮度显示满足指定条件的所 有特征，例如。其所位于的土地类型为居民区、估价低于2 0 0 ，0 0 0 美元、 有四个卧室而且是木制的的房屋。 2 硕+ 学竹论文第一章绪论 ( 3 ) 变化趋势( t r e n d s ) 该类问题需要综合现有数据，以识别已经发生了或 正在发生变化的地理现象。首先，确定趋势，当然趋势的确定并不能保 证每次都正确，一旦掌握了一个特定的数据集，要确定趋势可能要依赖 假设条件、个人推测、观测现象或证据报道等。其次，针对该趋势，可 通过对数据的分析。对该趋势加以确认或否定。地理信息系统可使用户 快速获得定量数据以及说明该趋势的附图等。例如，通过g i s ，可以识 别该趋势的特性：有多少柑桔地块转作它用? 现在作为何用? 某一区域 中有多少发生了这种变化? 这种变化可回溯多少年? 哪个时间段能最好 反映该趋势? 1 年、5 年还是l o 年? 变化率是增加了还是减少了? ( 4 ) 模式( p a t t e r n s ) 。该类问题是分析与已经发生或正在发生事件有关的因 素。地理信息系统将现有数据组合在一起，能更好地说明正在发生什么， 找出发生事件与哪些数据有关。首先，确定模式，模式的确定通常需要 长期的观察、熟悉现有数据、了解数据间的潜在关系。其次，模式确定 后，可获得一份报告，说明该事件发生在何时何地、显示事件发生的系 列图件。例如，机动车辆事故常常符合特定模式，该模式( 即事故) 发 生在何处? 发生地点与时间有关吗? 是不是在某种特定的交叉处? 在这 些交叉处又具有什么条件? ( 5 ) 模型( m o d e l s ) 。该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。 首先，建立模型，如选择标准、检验方法等。其次，建立了一个或多个 模型后，能产生满足特定的所有特征的列表，并着重显示被选择特征的 地图，而且提供一个有关所选择的特征详细描述的报表。例如要兴建一 个儿童书店，用来选址的评价指标可能包括1 0 、1 5 、2 0 分钟可到达的空 间区域。附近居住的1 0 岁或l o 岁以下的儿章的人数、附近家庭的收入 情况、周围潜在竞争的情况。 为了完成上述的地理信息系统的核心任务，需要采用不同的功能来实现它 们。尽管目前商用g i s 软件包的优缺点是不同的，而且它们在实现这些功能所采 用的技术也是不一样的，但是大多数商用g i s 软件包都提供了如下功能：数据的 获取( d a t aa c q u i s i t i o n ) 、数据的初步处理( p r e l i m i n a r yd a t ap r o c e s s i n g ) 、 数据的存储及检索( s t o r a g ea n dr e t r i e v a l ) 、数据的查询与分析( s e a r c ha n d a n a l y s i s ) 、图形的显示与交互( d i s p l a ya n di n t e r a c t i o n ) 。 图0 一l 说明了这些功能之日j 的关系，以及它们操作( m a n i p u l a t i o n ) 数据 的不同表现。 从图o - l 中可以看出，数据获取是从现实世界的观测、以及从现存文件、 地图中获取数据。有些数据已经是数字化的形式，但是往往需要进行数据预处理， ， 硕士学位论文第一章绪论 将原始数据转换为结构化的数据，以使其能够被系统查询和分析。查询分析是求 取数据的子集或对其进行转换，并交互现实结果。在整个处理过程中，都需要数 据存储检索以及交互表现的支持，换言之，这两项功能贯穿了地理信息系统数据 处理的始终。 1 3 交通地理信息系统 图l 一1 地理信息系统模型 交通地理信息系统作为地理信息系统的一个重要研究方向，与其他类型的地 理信息系统比较，具有地域范围分散，数据量庞大，空间数据在几何特征上主要 是点状和线状、数据更新周期短、数据分布存储，和m i s ( 管理信息系统) 和o a ( 办公自动化系统) 结合紧密等。 通常情况下o i s t 中主要涉及三类空间数据模型： 夺区域模型，即在跨越空自j 时代表连续变化的现象； 离散实体模型，也就是离散的实体( 点、线或多边形) 及其相关属性的 集合的抽象表达； 网络模型，代表拓扑连接的嵌于地表的线性网络变化的抽象表达。 4 硕十学位论文第一章绪论 由于交通系统自身的特性，应用于交通系统的数据模型几乎都没有超出上述的三 种模型的范围。 在对交通模型进行表达的时候，可以用许多具有多种属性的线段代表道路 网，用离散点代表各种道路网中的标志性地物，用线性网络代数对交通网络进行 分析，这些方法对实现道路交通系统的计算机表示起到了一定的作用。在交通领 域中，围绕以弧和点的概念建立的网络模型起的作用是最重要的。实际上，在许 多交通应用中，只需要单个的表示数据的网络模型就可以了“】。 1 4 交通地理信息系统、智能交通系统和交通导航系统的关系 智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电 子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建 立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确，高效的综合交通运输管 理系统。从定义上来看智能交通系统研究范围极广，基本上用来解决当前交通领 域各种问题的方法都能称为智能交通系统。 在当前国内外对智能交通的研究当中都未明确提出将交通地理信息系统作 为一个主要研究领域，但事实上地理信息系统作为一种工具为整个智能交通的研 究提供了一个共享的交通信息数据库平台，在当前对智能交通的研究领域如：出 行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、 电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统中或多或少的运用到 了地理信息系统。在本文的研究中均将交通地理信息系统作为地理信息系统在智 能交通中的运用，是智能交通的一个重要组成部分。 交通导航系统( v e h i c l en a v i g a t i o ns y s t e m ，v n s ) 作为切实可行的解决交 通拥堵的方案之一，正日益受到社会的重视。v n s 是利用全球定位系统，交通地 理信息系统、计算机和先进的通信技术等，使车载计算机能够自动显示车辆位置、 交通网络图和道路交通状况，为驾驶员找到从当前位置到目的地的最佳行驶路 线，并协助出行者方便地进入原先没有去过的地方。因此，它可以最大限度地防 止交通阻塞的发生，减少车辆在道路上的逗留时间，并最终实现交通流量在网络 中各路段上的最优分配，使道路网络得到最合理、最有效地利用。在本论文的研 究中将车载导航作为交通地理信息系统的一个子系统来进行研究。 虽然智能交通系统、交通地理信息系统和交通导航系统在很多时候都作为独 立的对象和课题进行研究，但在本论文的研究中将三者的关系看作一种包含关 系，即交通导航系统作为交通地理信息系统的一个子系统，交通地理信息系统作 为智能交通系统的一个组成部分 硕士学位论文 第一章绪论 1 5 本论文研究的主要内容及所做的主要工作 1 5 1 研究背景 本论文是根据导师推荐和本人2 0 0 2 年暑假在四川省交通厅公路勘测设计院 计算机中心实习期间所参与项目 所完 成。 1 5 2 论文研究内容 本文围绕建立智能交通系统的重要组成部分一交通地理信息系统进行研究 和开发。针对目前能够在实践中推广和产生经济效益的交通导航子系统和交通信 息网上查询子系统进行了研究开发，在实践中运用了当i ；i g i s 的最新技术如组件 式技术，w e b g i s 技术等。所采用的开发语言为v b n e t ，采用了e s r i 公司的组件 开发工具m a p o b j e c t s 2 3 作为g i s 开发平台，s q l s e r v e r 作为后台数据库。以四 川省l ：2 5 万数字地图作为基础数据进行研究。全文共分为五个章节： 第一章为绪论部分； 第二章介绍了交通地理信息系统的总体设计； 第三章介绍了导航子系统的设计与实现； 第四章介绍了交通信息网上查询子系统的设计与实现： 第五章为发展和展望。 1 5 3 论文所做的主要工作 本论文作为应用研究，在地理信息系统的基础上根据设计了四川省高等级公 路智能交通系统框架，描叙了系统各模块的结构和功能。然后分别对其中的两个 子系统即交通导航子系统和交通信息查询子系统进行了设计和实现。在对交通导 航系统的实现中通过对系统底层开发平台到g i s 开发软件各方面的比较，选择了 v b n e t 加 4 0 2 3 作为开发工具，成功的实现了单机交通信息查询、最短路径分 析和行车路线跟踪，可以满足对现有装载g p s 和车载电脑的用户进行智能车辆导 航。在对交通信息的查询子系统中通过对几种w e b g i s 实现效率和费用进行对比 后，选择v b n e t 加m o i m s 作为交通信息网络查询的方案，实现了在本机上模拟 服务器和客户端运行的交通信息查询子系统。两个子系统均运用v b n e t 加m o 组 件进行开发，其优越性在于既运用了n e t 技术的跨平台、开发简便灵活、易于 实现分布式开发等优点，又降低了开发的软件成本费用，程序的执行时脚也要快 6 硕十学侥论文 第一章绪论 于在v b 6 的开发环境下 论文的创新在于当前运用n e t 技术进行组件式开发和分布式开发尚处于不 成熟阶段的时候，成功运用n e t 技术和e s r i 的组件式开发产品实现了交通导航 子系统和交通信息网络查询的多种功能，对g i s 的组件式开发和分布式开发进行 了较深入的研究。 7 硕七学位论文 第_ 二章交通地理信息系统的总体设计 第二章交通地理信息系统的总体设计 2 1 智能交通系统的内容及系统特征 由于i t s 涉及的范围和技术及其广泛，每一单位研究的侧重点的都有所不 同，从综合世界各国i t s 的研究和使用推广来看，智能交通系统一般都由下列子 系统构成： ( 1 ) 交通管理系统； ( 2 ) 交通信息服务系统； ( 3 ) 车辆控制及安全系统； ( 4 ) 公共交通系统； ( 5 ) 商用车辆运营管理系统； ( 6 ) 紧急救援管理系统； ( 7 ) 高速公路自动系统。 从上述各子系统的功能与组成可知，i t s 是由通讯系统将运输系统中的人、 车、路三要素紧密地结合在一起，可最大限度地发挥整个交通运输系统的运输和 管理效率。而从上叙各系统的内容而苦，都离不开地理信息平台的支持，系统功 能的实现也都是基于6 i s 平台。 地理信息系统作为智能交通的基础和重要组成部分，该系统集信息采集、处 理、控制、疏导、指挥于一体，将交通信号控制系统、交通视屏监视系统、车辆 自动记录系统、1 2 2 接处警系统、车辆导航系统、有线无线通信系统、交通诱导 系统和交通管理信息系统集成在一起。该中心将所属各系统建立在统一的计算机 网络上，由中心计算机统一指挥管理，使各系统的信息有效的共享和利用，并自 动完成相互控制，形成一个完整的智能化道路交通系统“。 2 2 系统设计 本系统的设计主要是针对智能交通技术在我国应用前景的展望和地理信息系 统在交通工程中的广泛应用而提出和展开设计 2 2 1 出行和交通管理 ( 1 ) 出行中的交通信息 有许多方法能够提供交通信息，例如手机、可变化信息牌、广播、互联网等。 8 硕士学位论文第二二章交通地理信息系统的总体设计 这方面的技术对开车者和紧急车辆比较有用。 ( 2 ) 车辆导航 车辆导航技术作为g p s 技术和g i s 技术的结合体，在当前的交通管理中最能 让广大的用户所接受，能够将智能交通中的路，车、人真正的结合起来，而且对 于管理者和用户都能够产生明显的经济效益，让智能交通技术为大众所接受。因 此车辆导航作为本系统的重点来实现。 ( 3 ) 交通控制 交通控制的手段大同小异，大致可分为以下几个阶段： 令车辆监控：感应圈、红外探测器、闭路电视摄像等： 夺数据和图像通讯：光纤通讯、无线通讯等； 交通信息处理：交通控制中心将收到的交通信息进行处理和整理，去伪 存真，得到有用的交通信息： 交通控制；对交通事故及时处理，将交通信息及时地以各种方式送给出 行者，对交通进行管理。 2 2 2 交通需求管理 ( 1 ) 出行前的交通信息 出行者在出行前预知交通信息和路况，对其出行决定有相当的影响。出行前 交通信息可能比出行中交通信息更加重要。因为，如果交通拥挤或某一路段正在 修路的话，有些不必要的出行量就可以减少，从而减轻交通压力。因此，中国有 必要向出行者提供更多的出行前交通信息，这方面的技术应当加强。 ( 2 ) 汽车共乘和预约服务 这里涉及到许多具体技术，例如，要建立完善的地理信息系统、出行者o d 数据库、电脑通讯系统以及共乘预约服务等。但是，由于国内只有少数人才能 拥有小汽车，这种共乘和预约服务技术目i j 对改善交通的影响可能相当有限。 2 2 3 电子付款服务 用车票卡等电子付款方法使得乘客不用现金就可以购买车票，从而节省时 间。这里也涉及到相当复杂的过程和技术，例如，要协调不同公交公司之问的票 价政策，要运用多种语言翻译，计算机数据库，财务系统等一系列技术。在中国 公共交通系统进行自动收费，减少现金购票是十分必要的。 9 硕士学付论文第二章交通地理信息系统的总体设计 2 2 4 商用车辆运行 ( 1 ) 商用车辆电子通行 涉及到商用车辆的监测、定位、重量测定以及通讯等技术。 ( 2 ) 自动路边安全检查 涉及到的技术同商用车辆电子通行相似，要排除对商用车辆安全有影响的各 种因素。这种技术在中国可能相当有用。 ( 3 ) 危险品事故处理 监视危险品的存放，及时处理有关的事故。 ( 4 ) 商用车辆管理 主要包括货运管理和车队管理等技术 2 2 5 紧急管理 对紧急事故进行报告并且及时处理。交通控制中心承担这方面的工作，同时 要同公路巡逻大队、交通警察、紧急救护人员等密切配合。这方面的技术在中国 十分重要。 2 2 6 自动车辆控制和安全系统 这里涉及到建造智能车辆和自动公路系统有关的技术，以减少车辆碰撞， 提高交通安全，逐步建成无人驾驶和自动控制的公路系统。这些设想是非常好的， 但在目前中国是不现实的。因此，不应成为优先开发的i t s 技术。综上所述，i t s 技术在中国应用的优先顺序可能是： ( 1 ) 交通控制和管理技术 ( 2 ) 紧急事故处理和线路诱导技术 ( 3 ) 交通安全i t s 技术 ( 4 ) 商用车辆管理技术 通过借鉴国内外对智能交通系统设计的先进经验。现以地理信息系统为基 础，设计了四川省高速公路智能交通系统。在本系统的设计和实现过程中主要侧 重于交通地理信息系统的研究与应用。 1 0 硕士学位论文 第二章交通地理信息系统的总体设计 图2 1 四川省高等级公路智能交通综合信息管理系统模型 2 3 系统功能 ( 1 ) 车辆导航系统 该系统通过在各类车辆上安装的g p s 接收机定位车辆的实时位置，在车载的 电子地图上与道路和周围的具体设施相匹配，在地图上直观的显示车辆的运行轨 迹，在车载电脑上或在管理中心服务器上进行最优路线的选择。最终实现让出行 者能够安全迅捷的到达目的地，实现让警车和各种特殊车辆在最短的时间内到达 事故现场。鉴于条件的限制，本系统的实现是基于个人台式机上单机运行和调试。 ( 2 ) 交通监控系统 通过在指定位置安装摄像机，经过通信线路将监视信号传送到交通指挥中 心，监控相关道路的交通情况。主要包括隧道监控、收费车道监控、特殊路段和 事故多发地段的定点监控等。在今年所修的高等级公路上都安装有比较完备的交 通监控系统，下一步的工作主要是具体完善和智能化管理。 蚤 堡堂堡丝奎笙三皇窒望丝堡堡星垂竺墼璺堡堡生 图2 2 交通视屏监控系统组成框架 ( 3 ) 紧急事件处理系统 紧急事件处理系统主要是1 2 2 接处警系统和紧急事故处理专家系统。 1 2 2 接处警系统是依托计算机网络技术和现代通信技术所建立的一个完善 的集语音、数据于一体的综合系统，主要完成1 2 2 电话报警接处警功能、指挥 调度功能、综合信息查询功能、实时数字录音功能等。另外，当有1 2 2 报警时， 工作人员能够通过g i s 系统初步确定事故地点及离事故地点较近的1 2 2 警车或 交通管理部门，分配下达任务指令，及时处理。综合信息系统可以对1 2 2 系统 的工作服务质量进行监控管理。 专家系统主要是当事故发生后，管理中心能够根据历史同类事件和实际情 况由计算机辅助来作出最佳的决策。 ( 4 ) 综合查询系统 综合信息系统的信息，通过i n t e r n e t ，按照使用对象的不同可分为对内显 示子系统和对外发布子系统，对内显示子系统的用户为交通管理者，系统以b s 模式向指挥中心内部提供信息查询服务，如车管、驾管、违章、道路交通视频等 交通信息和道路信息、桥梁信息、管养机构信息、附属设施信息等基本信息，各 业务处室根据拥有的权限对系统进行访问。对外发布子系统的用户为出行者，系 统将有关的交通信息通过i n t e r n e t 、交通电视、广播及显示大屏等形式向出行 考发布，供出行考查询。 ( 5 ) 信息发布系统 主要包括交通指挥中心综合信息管理系统受限信息发布、可变情报发布和 特殊信息发布。 ( 6 ) 交通地理信息系统 应该说整个系统的实施都是依托交通地理信息平台而完成，它为各个子系 统提供了最好的人机交互界面和后台数据库支持，这里单独提出作为一个功能子 1 2 硕十学位论文第一二章交通地理信息系统的总体设计 系统是为了突出它的重要作用。 ( 7 ) 交通流监测系统 在当前车载g p s 还不是广泛普及的情况下，可选择通过在各高等级公路路 网中广泛埋设环形线圈车辆检测其来采集、处理、存储、提供公路路网的交通流 量分布、道路运营和车辆运营信息。但对于交通流监测的最终方案仍将是车载 g p s 。 ( 8 ) 气象检测系统 为高速公路监控系统及时地跟踪当地气象变化作出科学预报并连动相应的 可变情报扳和可变标志即时发布诱导，警示信息。 ( 9 ) 通讯传输系统 完成监控系统的视频信号、控制信号、数据信号的组网传输。 1 0 ) 防雷子系统 外场设备以及控制中心局域网防止雷击。 2 4 系统具体设计时遵循的原则 翠t ( 1 ) 系统的标准化。系统的标准化包括系统应符合软件开发的标准行业标 准，数掘分类编码符合现有的国家标准和交通注重与国际标准接轨。 ( 2 ) 系统的开放性。系统设计必须考虑i t s 框架和具体功能的要求以便系 统具有良好的兼容性和扩展性。 ( 3 ) 系统设计的通用性。结合四川省高等级公路的交通管理实际情况，系统 设计中考虑了相关技术标准，使系统具有灵活性和可推广性，示范性。以系统集， 成为特色。系统设计充分利用国内外的各种先进技术，将各子系统集成为有机整 体。 ( 4 ) 系统的先进性。系统的先进性包括以下几个方面： 夺硬件的先进性。在资金允许的情况下。选择功能强、技术指杯高的硬件 设备，以便在硬件上保证一定的领先水平。 软件设计的先进性。软件设计采用国际上先进的设计方法和设计思想， 选择先进的开发工具。 管理手段的先进性。采用先进的系统管理和数据库管理手段及先进的数 掘库更新和维护手段。 ( 5 ) 系统的可靠性。注重整个系统和子系统设计的可靠性、可用性、可维 护性与安全性。 ( 6 ) 系统的优化配置。子系统本身采用适用技术，满足总体功能要求，同 时子系统的技术水平要彼此协调 硕+ 学傍论文第二章交通地理信息系统的总体设计 2 5 系统已经实现的功能 系统针对当前智能交通中最能为大众所接受，能够在实际中普及推广的交 通车辆导航系统和综合查询系统作了详细的设计和研究，紧密结合个人所学专业 将地理信息系统恰当的融合于智能交通中。 2 5 1 交通导航子系统 ， 交通车辆导航系统主要是为广大的用户提供全方位、周到的、可视性强、 操作简便的服务，也信息管理中心提供实时数据的采集、数据处理和发送。初步 设计实施的功能有： 夺全天候全球卫星定位； 夺最短路径搜索； 实时显示交通网络状况； 夺信息查询； 夺多图层的管理； 地图的漫游浏览； 行车路线跟踪。 2 5 2 交通信息查询子系统 信息查询的实现主要体现在各种基础信息的查询上，给用户提供最佳的出 行参考，方便道路管理人员的管理。初步设计实现的功能有； 各图层基本信息的查询和综合查询： 实时详细交通信息查看； 各类报表的输出。 1 4 硕十学付论文 第二章交通导航子系统设计与实现 第三章交通导航子系统设计与实现 交通车辆导航作为连接智能交通中车，路、人的纽带，是集多种技术于体 的综合系统，是g i s 技术和g p s 技术在智能交通中广泛应用的最好实例。这里设 计处理一套既能与管理中心相连接，又能脱离中心独立运行的车载导航系统是符 合我国当前的经济发展水平的。 3 i 系统的设计方案 交通导航子系统的总体思路是在车载导航系统各个功能模块的协同工作下， 在使用者( 司机) 给出目的地址后，车辆在地图上的具体位置，规划出最佳的行 走路线以及提供各种信息服务。本系统具体的工作流程包括如下五个步骤： ( 1 ) g p s 接收机接收数据并进行坐标转换 ( 2 ) 与地图数据库中的数据进行匹配找到车辆所在道路和道路的起始节点 ( 3 ) 根据车辆的位置和目标地点进行最短路径选择 ( 4 ) 生成行驶指令 ( 5 ) 路径跟踪 图3 - i 交通导航系统设计图 硕七学位论文 7 第三章交通导航子系统设计与实现 3 1 1 基础地图 整个交通系统的设计都是采用四川省国土局提供的1 ：2 5 万全省的数字化图 作为基础而建立的，地图编绘单位为国家测绘局和总参测绘局，其数据格式为 a r c i n f o 的原生格式c o v e r a g e 。整个地图数据库共分为1 4 图层，分别为： ( 1 ) h y d n t ；面，线状水系( 双线河，单线河，湖泊，水库，渠道，运 河，输水隧道，依比例尺水库，堤，坎儿井，基塘区，滩涂等) ( 2 ) h y d l k ：线、点状水系( 伏流河出入口，不依比例水库，依比例水闸， 滚水坝，拦水坝，水井，不依比例瀑布，不依比例明礁，暗礁，干 出礁等) ( 3 ) r e s p y ：面状居民地( 首都，省、自治区、直辖市驻地，地级市驻 地，地区自治州、盟驻地，县级市驻地，县、自治县、旗驻地， 地级市辖区，区公所驻地，镇驻地。乡驻地，农、林、牧、渔场、 企事业单位等) ( 4 ) r e s f f r ：点状居民地( 首都，省、自治区、直辖市驻地，地级市驻地， 地区、自治州、盟驻地，县级市驻地，县、自治县，旗驻地，地 级市辖区，区公所驻地，镇驻地，乡驻地，农、林、牧、渔场、企 事业单位，村庄，窑洞，放牧点，其它居民地等) ( 5 ) b o u n t ：境界( 国界，未定国界，省，直辖市、自治区界，地区、 自治州、盟、地级市界，县、自治县、旗、县级市界，特殊地区界 等) ( 6 ) b o u p t ：界碑( 桩) 点 ( 7 ) r o a l k ：公路( 高速公路，一级公路，国家干线公路，省干线公路， 建筑中道路，县、乡及其它公路，大车路，乡村路，小路，主要街 道中心线，公路桥，铁路、公路两用桥，人行桥，汽车渡等) ( 8 ) r m l k ：铁路( 电气化铁路，复线铁路，单线铁路，建筑中铁路， 窄轨铁路，铁路桥，铁路、公路两用桥， 汽车渡，铁路车站等) ( 9 ) t e r l k ；地形( 等高线，高程点，火山口。溶斗，等深线，水深 点等) ( 1 0 ) t e r n t ；地表覆盖( 沼泽，戈壁，沙漠等) ( 1 1 ) o t h n t ：其他要素( 自然保护区等) ( 1 2 ) a t n l k ： 辅助要素( 点状注记、散列注记定位辅助信息等) ( 】3 ) g g d l n ：经纬网( 1 5 x l o 分经纬网) 1 6 硕七学 市论文第二章交通导航子系统设计与实现 ( 1 4 )q u a p y ：数据质量层( 数据源质量信息) 由于省级1 ：2 5 万的数字化地图是由国家测绘局按照统一的标准来进行分类 编码的，数字产品的专业性处于绝对权威的水平，考虑到各行各业对信息共享的 需求性和兼容性，在本系统的设计和实现过程中将采用其原始的数据格式 c o v e r a g e ，而不进行其他形式的数据转换。在采用的数据库地图中，道路网的数 据结构采用了弧段一结点拓扑关系和动态分段、地址编码的思想，在特征上表现 为： 夺在位置信息的描述上，采用点、线、多边形图形特征描述以及地理坐标 定位的方式，对道路网络系统特性进行表达。 邻接、连通两种拓扑结构表达了线性网络特征之日j 的空日j 关系。 空间数据与属性数据分开管理。( 在今后的研究应用中将两种数据导出 并存入到s q l s e r v e r 数据库中，利用n e t 中的s q l c l i e n t 和 s q l c o n n c t i o n 进行连接，能提高数据访问的效率和管理，这里先采用空 间数据和属性数据分开管理的方式。) 灞磁蕊骗疆蕊灞舀翮翳麟蕊鞣黝繁霹鄹鬻 燃缀s 嚣鬻躞熏餐鄹嚣擎 珏j l i h i ，i l u 0 i f o l y l l l o 4 2 1 n i n l ，m 嗣蒿i ：! 嗣蓬s _ 嗣甍i ：趔t m 霹擘a 警；i ：互鬯：兰薹：纛：二：；：篡：；鬻 图3 2 道路图层数据结构 针对车辆导航的特点，选取了r o a l k 图层、b o u n t 图层、r e s p y 图层、o t h n t 图层、g g d l n 图层、q u a p y 图层和r e s p t 图层作为操作对象。其他的图层可有针 对性的选其作为底图。对于新添加的数据，同样应该按照国家统一的标准进行编 码其具体编码标准如下： 国家基础地理信息系统地形数据库数据分类编码执行国家标准国土基础信息数 1 7 硕士学位论文第二章交通导航子系统设计与实现 据分类与代码( g b t1 3 9 2 3 - 9 2 ) 代码为五位数字码，其结构如下： 图3 3 国家基础地理信息系统地形数据库数据分类编码 国家基础地理信息系统地形数据库国道编码执行国家标准公路路线命名编 号和编码规则( g b9 1 7 1 9 1 7 2 - 8 9 )