（通信与信息系统专业论文）基于webgis的公众出行服务管理系统的设计和实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着国民经济持续稳定的发展，人民生活水平的不断提高，人民群众对高 质量的交通出行服务的需求越来越迫切，期望的服务标准也越来越高。将基于 互联网的地理信息传播技术应用于交通出行服务信息的公布，是推动交通信息 化的重要手段之一，也将极大地方便百姓出行。 本文依托于湖北交通公众出行服务管理系统项目，该系统集信息采集、 信息处理和信息发布于一体，采用多种信息发布方式向公众提供各种交通信息。 由于系统非常庞大，本文采用“从整体到局部”的研究方法，在阐述了交通出行信 息发布的国内外研究现状的基础上，分析了交通管理者和广大群众出行的信息 需求，提出系统的总体设计方案。 在系统的实现方面，把重点放在g i s 模块，以j a v a 、a r c l m s ( 美国e s r i 公司推出的网络地图服务器软件) 以及o r a c l e1 0 9 数据库为平台，将w e b g i s 引入到公众出行服务管理系统中，并实现相关的g i s 功能，使群众可以很方便 的在电子地图上进行地理信息的查询，在确定起点和终点的情况下，可进行最 佳路径分析，得出出行最佳路线并予显示。最后介绍了系统的实现界面和调试 工作。 论文主要做了以下实际工作。 ( 1 ) 对公众出行交通信息服务系统进行详细的需求分析，设计系统的逻辑 结构框架。 ( 2 ) 本文根据g i s 中网络计算的实际情况，从网络结构的拓扑表示以及 d i j k s t r a 算法中快速搜索技术的实现入手，采用了一种基于二叉堆优先级队列的 改进型d i j k s t r a 最短路径算法，能够有效降低d i j k s t r a 算法的复杂性，提高系统 的运行效率。 ( 3 ) 使用a r c l m s 设计和完成了一个高效的、能完全满足应用需求的路径 分析系统： ( 4 ) 设计和实现了g i s 模块，并进行了系统调试。目前，该系统已成功投 入运行，系统各个模块能都得到实现，证明系统的设计和实现都是可行的，对 相关系统的开发具有很好的参考价值和指导作用。 关键词：最短路径，w e b g i s ，公众出行，d i j k s t r a 算法 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h es u s t a i n e da n ds t a b l ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a l e c o n o m ya n dt h e c o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d s ，p e o p l e sr e q u i r e m e n tb e c o m e s m o r ea n dm o r ep r e s s i n go nt h eh i g h q u a l i t yt r a n s p o r t a t i o ns e r v i c e sa n dt h e i r e x p e c t a t i o n sh a v eb e e ng e t t i n gh i g h e ra n dh i g h e ro nt h es t a n d a r d so fs e r v i c e t h e a n n o u n c e m e n to nt h a ti n t e r n e t - b a s e dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e sa r ea p p l i e dt ot h et r a v e li n f o r m a t i o ns e r v i c ei so n eo ft h ei m p o r t a n t m e a n st op r o m o t et r a f f i ci n f o r m a t i o na n dw i l la l s og r e a t l yf a c i l i t a t ep u b l i ct r a v e l t h i st h e s i sw a sr e l i e do nt h ep r o je c t ”h u b e ip u b l i ct r a v e li n f o r m a t i o ns e r v i c e m a n a g e m e n ts y s t e m ”o nt h eb a s i so ft h ef u n c t i o np r o v i d e di nt h ea n a l y s i so ft h e t r a v e li n f o r m a t i o na n dt h es h o r t e s tp a t ha l g o r i t h mo nt h es t a t u sq u oa th o m ea n d a b r o a da sw e l la sg 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 ) ，t a k i n gj a v a , a r c l m s ( e s r i ， t h eu n i t e ds t a t e sl a u n c h e dt h en e t w o r km a ps e r v e rs o f t w a r e ) o r a c l e10 9d a t a b a s ea s t h ep l a t f o r m ，t h ep a p e rd e s c r i b e dh o wt oi n t r o d u c eg i st ot h ep u b l i ct r a v e ls e r v i c e m a n a g e m e n ts y s t e m ，a n da c h i e v et h eg i s r e l a t e df u n c t i o n s ，s ot h a tt h em a s s e sc a nb e v e r yc o n v e n i e n tt oe n q u i r eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o no nt h ee l e c t r o n i cm a p ，a n a l y z e t h eb e s tp a t h ，a n ds h o wt h eb e s tr o u t e st ot r a v e lb yd e t e r m i n i n gt h es t a r t i n ga n d t e r m i n a lp o i n t s b e c a u s et h es y s t e mi sv e r yl a r g e ，t h ep a p e ru s e d ”t h eo v e r a l lt ol o c a l ”s t u d y ， a n a l y z e dt h et r a v e li n f o r m a t i o nn e e d so ft r a f f i cm a n a g e r sa n dt h em a s s e s ，a n d p r o p o s e ds y s t e md e s i g np r o g r a m m e s ；t h e ni n t r o d u c e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e w e b g i sa n di t sd e v e l o p m e n tm e t h o d sa n dt o o l s ，f o c u s i n go nt h es h o r t e s tp a t hi ng i s a n a l y s i so ft h ek e ya l g o r i t h m st oi m p r o v et h ea n a l y s i sa n dr e s e a r c h ，a n dr e a l i z a t i o no f g i sm o d u l e ；f i n a l l yb r i e f l yi n t r o d u c e dt h er e a l i z a t i o no ft h es y s t e ma n dd e b u g s o m e p r a c t i c a lw o r kh a sb e e n d o n ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) a n a l y s i so fd e t a i l e dn e e d so nt h ep u b l i ct r a n s p o r ti n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m ， a n dt h el o g i c a ls t r u c t u r ef r a m e w o r ko ft h es y s t e md e s i g n ( 2 ) b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er o a dn e t w o r k ，t h ek e yt e c h n o l o g yo ft h e i i 武汉理工大学硕士学位论文 s h o r t e s tp a t ha n a l y s i sw a sr e s e a r c h e di nu r b a nr o a dn e t w o r k ，e s p e c i a l l yf o c u s i n go n t h ea n a l y s e so fe f f i c i e n ti m p l e m e n t a t i o no ft h es h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m t h es h o r t e s t p a t hp r o b l e mi s t h ef o u n d a t i o no ft h ea l l o c a t i o no fr e s o u r c e s ，r o a dd e s i g na n d o p t i m i z a t i o n i nt h i st h e s i s ，s t a r t i n gw i t ht h et o p o l o g yo fn e t w o r ks t r u c t u r e ，a sw e l la s r a p i dr e a l i z a t i o no fs e a r c ht e c h n o l o g yi nd i j k s t r aa l g o r i t h m ，a ni m p r o v e ds h o r t e s t p a t ho fd i j k s t r aa l g o r i t h mw a sp r o p o s e db a s e do nb i n a r yh e a pp r i o r i t yq u e u e si n o r d e rt oa d a p tt h ea c t u a ln e t w o r ko nt h eg i s ( 3 ) c o m p l e t ea ne f f i c i e n tp a t ha n a l y s i ss y s t e mt h a tc a nf u l l ym e e tt h ea p p l i c a t i o n n e e d sb yu s i n gt h ea r c l m s ( 4 ) d e s i g na n dr e a l i z et h eg i sm o d u l e ，a n dd e b u gt h es y s t e m a f t e r t r i a l o p e r a t i o n ，t h er e a l i z a t i o no fe v e r ym o d u l ei nt h es y s t e mp r o v e st h ef e a s i b i l i t yo ft h e s y s t e md e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n ，w h i c hi sav e r yg o o dr e f e r e n c ea n dg u i d e f o rt h e d e v e l o p m e n to fr e l a t e ds y s t e m s k e yw o r d s ：s h o r t e s tp a t h ，d i j k s t r aa l g o r i t h m ，w e b g i s ，p u b l i ct r a v e l i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：堑监翩签名：日期：槲j 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题来源及研究意义 近年来，随着我国经济社会的持续快速发展，人民群众生活水平不断提 高，出行需求也发生了明显变化。除传统的商务出行外，旅游、休闲、度假、 探亲、访友等通过公路自驾车出行的比例也大幅增加。为了满足社会公众和客 货运输企业日益增长的交通出行需求，提高交通系统的运行效率和服务水平， 建立面向公众的出行服务管理系统势在必行。 本课题来自湖北省交通厅项目“湖北省公众出行服务管理系统”。系统可以让 广大群众在相关网站上查询出行的相关信息，包括公路道路信息、公路施工和 临时管制等信息、基于交通电子地图的高速公路出行最佳路径选择、公路交通 规费、高速公路通行费、汽车维修信息查询和省公路客运长途线路等等。系统 比较庞大，由多个子模块组成，其中g i s 模块的设计与实现是重点，结合交通 网络的特点，对最短路径算法进行研究并加以优化，能使公众出行更有效率。 1 2 交通出行信息处理及发布现状 自先进的交通出行系统概念提出以来，就受到交通工程工作者的普遍关注。 许多发达同家近年来投入了大量的人力、物力和财力进行研究、试验和开发。 目前己形成了欧洲、美国、日本三大研究开发基地。除此之外，亚洲的韩国和 新加坡的发展水平也较高【1 1 。 1 2 1 欧洲的r d s t m c 交通信息服务系统 早在二十世纪7 0 年代末8 0 年代初欧洲就开始交通及出行信息的研发工作。 1 9 8 4 年在意大利举行的e b u 欧洲出行会议上提出了r d s ( r a d i od a t as y s t e m ，广 播数据系统) 的交通信息数字化编码工作，随后基于r d s t m c ( t r a f f i cm e s s a g e c h a n n e l ，交通报文频道) 的交通及出行信息技术与标准化工作取得了很快的进 展。1 9 9 1 年提出了基于a l e r t - c 的r d s t m c 协议成为今后发展的基础。 武汉理工大学硕士学位论文 1 9 9 2 至1 9 9 4 年间欧洲1 4 个地区分别开展了r d s t m c 的外场试验，取得 了较好的效果，1 9 9 5 年在欧盟会议上将r d s t m c 列为t e r n ( t r a n se u r o p er o a d n e t w o r k ，欧洲道路交通网络) 项目优先发展的技术。2 0 0 0 年r d s t m c 作为交 通及出行信息系统的数据广播服务方式，已经基本覆盖整个t e r n 路网，目前 在1 1 个国家提供服务。 r d s t m c 可进行数字化、无声的交通报文传送，而不对音频广播产生干涉。 该系统向出行者提供的交通信息服务内容包括：交通事件信息( 含事件描述、位 置、方向和范围、持续时间、分流建议) 、交通状态信息、道路施工信息、天气 信息、交通附属设施信息、出行计划信息等，但不包括公共交通信息。 1 2 2 美国的5 1 1 出行者信息发布系统 美国通信委员会在于2 0 0 0 年7 月2 1 日批准美国运输部在全国范围内为出 行者建立一个交通信息系统的请求，该系统以3 位电话号码的形式来命名，最 终，确定5 1 1 来代表交通信息服务。通过电话这种最常用的通讯方式，一出行者 可以随时、随地获得需要的准确、及时、可靠的出行信息，如：出行方式、换 乘、路径等，切实可行地为出行者提供有效的交通信息和出行参考。通过这 项服务，美国建立起了比较完善的交通信息服务系统，同时将这项服务带入了 一个新的阶段。5 1 1 出行者信息服务系统具有以下特点： 1 ) 覆盖全国的、统一的系统； 2 ) 具有从基本服务到增值服务的分层结构体系； 3 ) 是涉及多种运输方式的综合信息服务系统； 4 ) 是由政府部门和私人部门联合运营的； 5 ) 不论年龄、身体状况、语言、经济状况如何，都可以使用5 1 1 信息服务 系统。 1 2 3 日本的v i c s 系统 日本开始于19 9 1 年的车载信息通讯系统v i c s ( v e h i c l ei n f o r m a t i o n c o m m u n i c a t i o ns y s t e mc e n t e r ) 是相当成功的一个交通信息和通信服务系统。v i c s 在日本i t s 中的地位非常重要，己经成为日本i t s 建设的基础和核心。v i c s 早 在1 9 9 6 年就试制了引导车辆到达各自目的地，并运用远红外信标、短波信标或 调频广播副载波作为传输介质，发布实时交通信息的动态导航系统。 武汉理工大学硕士学位论文 到2 0 0 3 年6 月末，日本装有汽车导航系统的车辆已达1 2 0 0 多万辆，同时 装有汽车导航系统和车载信息通讯系统( v i c s ) 接收器的车辆也达7 0 0 多万辆。 因此，日本的道路车多而不乱。路上诸多监测器和雷达，随时监控道路情况和 采集信息，驾车人可通过情报信息板获取即时道路信息。车载电子地图已广泛 使用，有多家公司开发新产品，用户可在网上下载购买。电子地图可通过卫星 天线、微波、电视载波机、电话地址等多种渠道接收信息，使用电子地图，人 们可以准确查询地址、气候、环境及计算拥堵时间等【2 1 。 1 2 4 国内交通信息服务的建设和应用现状 国内很多主要城市，特别是已经列为国家“十五”智能交通示范城市的上海、 广州、杭州、济南、重庆等，都充分认识到建立交通信息服务系统的重要意义， 将其列入各自城市的i t s ( 智能交通系统) 总体规划中，并制定了分期的建设计划， 已建成并投入使用的各类交通信息服务应用系统，已经开始在公众出行中发挥 作用，取得不错的效果。目前国内对交通信息服务系统的需求非常迫切，但相 关的建设仍处于起步阶段，在服务的时效性、便利性等方面均还有相当差距。 从以上分析可以看出，目前国外都根据自己国家的交通出行特点建立了各 具特色的信息处理及发布系统，而国内在这方面还处于起步阶段，并没有建立 一整套的交通信息处理和发布系统，缺乏对交通信息的深层次的加工处理和个 性化的交通信息服务，信息发布手段单一【3 】，所以建设好本项目的意义很重大。 1 3 本文主要研究内容 本文以湖北省交通公众出行服务管理系统为例，讲述了系统的分析与设计 实现，由于系统很庞大，不可能面面俱到，在实现中着重对g i s 模块进行讨论。 论文共分七章，各章主要内容如下： 第1 章绪论。包括课题的背景、意义以及国内外研究现状。 第2 章系统设计分析与结构。明确了整个系统要达到的要求，给出设计框 架，为开发实现工作奠定了基础。 第3 章系统相关理论与技术。介绍了在系统开发中涉及的理论及一些用到 的技术。首先简单介绍了g i s 和w e b g i s 的基本知识，打下理论基础：然后介 绍了e s r i 公司a r c g i s 9 系列软件，当中几个软件在开发中起到了重要的作用； 3 武汉理工大学硕士学位论文 随后简述了在地图发布中作用很大的a r c x _ m l 技术，最后介绍了把实际交通网 络抽象成数学结构的图论相关概念。 第4 章最短路径算法研究与实现。概述了最短路径的有关问题，在分析了 经典d i j k s t r a 算法的效率后提出了基于二叉堆优先队列的优化算法，并举例分析， 证明优化后的算法是完全可以满足业务要求的。 第5 章g i s 模块的设计与实现。g i s 模块是本文的重点，也是整个系统的 亮点，本章先介绍了w e b g i s 服务端平台a r c l m s 的工作流程，接着给出模块的 页面设计及各个功能的实现。 第6 章系统的实现与调试。首先给出整个系统实现后的界面图，然后介绍 了系统的调试。 第7 章总结与展望。对全文进行总结，对下步工作提出展望。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章系统设计分析与结构 建设公众出行服务管理系统，是交通管理及行政主管部门以人为本发展交 通事业的出发点和行动指南。为使交通行业提升行业管理和服务水平，为公众 提供动态和综合性交通信息服务，更好地服务于百姓，交通部2 0 0 4 年底起开始 建设省级公路交通信息资源整合工程、区域性道路客运综合信息服务系统和公 众出行交通信息服务系统三项交通信息化示范工程，为公众提供快捷的交通出行 信息服务，社会反映良好，让公众切身感受到交通信息服务的便利，社会反映 良好。 2 1 系统的设计目标与设计原则 2 1 1 系统的设计目标 湖北省公众出行服务管理系统的设计目标是：利用先进的计算机技术、网 络技术、g i s 技术等，整合湖北省交通厅、所属专业局及市交通局范围内的有关 基本信息、运营管理信息、公众出行信息等资源并发布于互联网上，为相关管 理部门的管理人员和驾车出行公众提供一个高效的信息管理及查询平台，从而 提高交通管理部门的工作效率，实现管理的现代化和信息化以及决策的科学化， 并向社会公众提供优质、高效的出行信息服务。 2 1 2 系统的设计原则 基于w e b g i s 的湖北省公众出行服务管理系统的建设是一项复杂的系统工 程，涉及部门众多，信息来源复杂。本系统设计应该遵循“统筹规划、结合实际、 重点突出、分步实施”的方针，从湖北省交通信息化建设的实际出发，紧密地结 合用户需求，以应用为重点，因此系统设计具体应该遵循以下原则【4 】： 1 ) 实用性原则 立足于现有条件，对公路交通信息资源进行整合，为公众出行信息服务提 供支持。 2 ) 先进性原则 武汉理工大学硕士学位论文 整个设计及开发过程本着高起点、 和成熟的经验，体现先进的设计思想， 3 ) 易用性原则 高水平原则，充分利用先进的信息技术 保证系统的优质高效； 系统采用通用的w i n d o w s 操作系统，用户界面友好。绝大多数的设置、操 作和界面都简单易懂，操作简便； 4 ) 可靠性原则 系统设计需要充分考虑各子系统的可靠性。系统具有很强的容错能力和处 理突发事件的能力，不会由于某个动作或者某个突发事件而导致数据丢失，乃 至整个系统的瘫痪； 5 ) 安全性和完整性原则 保证数据库的安全性，防止不合法的使用所造成的数据泄漏、修改或破坏。 因此系统应设置使用权限，进行分级权限限制，给予不同级别的用户不同的权 限，以保证系统信息的保密安全； 6 ) 经济性原则 在保证系统各项功能实现的基础上，以较优的性价比配置系统的硬件设备、 系统软件和应用软件，节省开支。 此外，系统在设计过程中要妥善处理好实用性与先进性的矛盾以及实现开 放性和安全性的统一。 2 2 现状调查分析和用户描述 2 2 1 现状调查分析 “十五”期间，湖北交通系统包括厅机关、直属单位和市州交通局( 委) 全部 建成了局域网，并通过光纤传输或拨号与厅信息网实现了互联互通，为建立省 交通公众出行服务管理系统数据采信和共享传输提供了良好的条件。1 9 9 8 年建 成“湖北交通”政府网站，几年来进行了七次改版和技术升级，同时，厅下属各单 位都建设了自己的网站，公众通过“湖北交通”政府门户网站可以任意访问这些网 站。通过这些网站为公众提供公交线路查询、公路客运信息、路况信息、路线 指引、行车常识、路况信息和天气预报。2 0 0 2 年1 2 月，全省高速公路实现联网 收费，高路集团公司2 0 0 4 年开通了“9 6 5 7 6 ”服务热线电话，2 4 小时为公众提供 救援、投诉和咨询等服务。与此同时，省交通厅正在建设全省高速公路监控系 6 武汉理工大学硕士学位论文 统，实时对高速公路的车流量、路况等信息进行监控。所有这些，为保证本项 目的顺利开展和实施奠定了坚定的基础。 2 2 2 系统用户描述 交通公众出行服务的用户按级别不同可以分为省领导决策部门、交通管理 相关业务部门、企事业单位、普通社会公众等，不同用户对交通信息的需求不 同，因为系统分给不同用户的访问权限也相应用所不同，如普通社会公众只能 对交通信息进行浏览查询，交通管理业务部门则可以编辑修改、进行数据维护 更新和信息发布。 为了较全面的了解公众的出行需求，根据不同的用户分别进行了分析，如表 2 1 所示。 表2 1 ：系统用户分析 序号用户名称用户类别用户分布用户权限 省领导决策部 综合查询、检查省交通公众出行服 1 门( 省委、省政高级用户政务外网 务管理系统运行情况、影响交通的 特殊情况的接收；提供相关应用系 府) 统数据接口。 系统的维护管 对系统进行整体的测试、维护，监 2 系统管理员互联网督被授权管理维护人员的数据处 理人员 理，保证系统的安全运行。 交通管理相关按照系统管理员赋予的权限对系统 部门( 省交通 系统管理员或 进行相应的权限管理。如高路集团 3厅、省运管理 被管理员授权 局、高路集团 的系统维护人 政务外网 可发布和查询交通状况信息。同时 员或管理员组 可对数据进行远程维护和数据更 等) 新。 查阅实时的交通运行状况信息，获 一般企事业单 取道路交通流的长期历史数据，为 4 普通管理员 互联网 位、科研机构 企事业单位车辆管理调度及研究开 发提供数据支持和决策依据。 出行路线规划、路径优选、查询加 5 自驾车出行者普通用户互联网油站、高速公路通行费、交通法规 等信息。 查阅旅游景点、推荐旅游路线、沿 6 旅游出行者普通用户互联网 途气象、交通黄页等信息。 查阅交通路况信息、公路客运、水 7 一般出行者普通用户互联网运信息、火车( 飞机) 时刻表、客 运线路等信息。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 系统建设内容 根据湖北省省电子政务办相关文件要求，在现状调研和用户需求分析的基 础上，参照国外公众出行服务系统的建设经验和国内己建的浙江、山东、江苏、 北京等省市公众出行系统的运行情况，遵循模块划分的原则，经过认真研究， 认为建设湖北省交通公众出行服务管理系统，主要涉及的建设内容包括： 1 ) 湖北省公众出行服务g i s 应用模块 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 ) 具有强大的空间数据显示、存储、处理、 分析功能，被广泛应用道路勘察、施工规划等领域，取得了良好效果。因此， 将g i s 应用于公众出行将成为本系统的一大特色和亮点。本系统将建设公众出 行服务g i s 应用模块，通过湖北公众出行网站提供g i s 应用功能，对公众发布 基于g i s 的实时路况信息、施工管制信息、路网信息、专业地标等交通相关信 息，并提供信息的定位查询和路径选择等功能。 2 ) 湖北省交通公众出行服务管理数据导入工具 交通公众出行服务管理系统数据来源于省公路局、省运管局、省港航局、 省高路集团公司等的营运和管理部门，以及公安、气象、旅游等省直相关部门， 因此，数据来源具有多途径、多格式的特点，应该为各个不同数据源提供不同 的采集程序，导入工具就是把这些采集程序进行模块化，使其具有更高的通用 性和易用性，方便进行数据导入，主要包括静态交通数据的导入和动态、准动 态交通数据的导入。 3 ) 湖北省交通公众出行服务管理数据导出工具 按要求，交通公众出行服务管理系统在电子政务外网平台上运行，通过前 置服务器将系统数据同步传输到省电子政务平台数据库服务器上，并且依托省 电子政务外网平台，与省直相关部门和市、州、直管市、林区实现互联互通， 无偿提供数据共享，为相关应用系统提供数据接口。因此，需要开发通用性和 易用性较好的导出工具，用来衔接远程数据源和本地数据库，将本地数据库信 息按照一定要求导出成其它部门或单位需要的数据格式，方便进行数据交换。 4 ) 远程维护和更新工具 对于交通公众出行服务管理系统来说，必须保证数据的准确、现实性，才 能切实为公众提供良好服务，因此就存在数据维护和更新的问题。系统提供良 好的远程维护和数据更新机制，采用基于角色的权限管理方法，对出行者进行 8 武汉理工大学硕士学位论文 权限管理、身份认证等，使出行者只能获取指定的服务，看到指定的内容，同 时对不同的系统维护人员进行管理，赋予不同的维护人员创建服务信息、修改 服务信息、删除服务信息等不同的操作权限。 5 ) 湖北省交通公众出行服务门户网站 交通出行服务信息将通过省交通公众出行服务门户网向公众提供，包含有 综合性交通信息服务、动态数据信息服务、旅游信息服务、企业信息服务、网 上投诉和在线处理等，并逐步实现铁路、航空等的信息查询。 6 ) 交通信息的集成与发布、系统管理等 把来源于交通厅下属各部门及公安、气象等部门的交通相关数据，进行一 定的数据处理和加工后，在互联网发布的基础上，提供开放的接口，能与省高 速公路监控管理系统顺利挂接，并与短信平台、交通广播、高路信团公司的业 务系统有机集成，通过服务热线、广播、可变情报板等方式发布，提升公共服 务能力。与此同时，要求系统对发布的信息进行必要的管理，确保系统安全。 省交通公众出行服务管理系统的建设是项非常庞大的系统工程，从交通 数据的采集、处理、发布的流程来讲，省交通公众出行服务系统的建设内容主 要包括交通信息采集、数据交换、数据抽取、信息发布、后台管理和安全维护 六部分。采用层次划分的方式，系统建设框架如图2 1 的所示，其中g i s 模块包 含在公众交通信息服务门户网里。 图2 1 ：省交通公众出行服务管理系统建设框架 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 4 系统业务流程 根据系统设计框架，系统的业务流程如图2 2 所示： 图2 2 ：省交通公众出行服务管理系统业务流程 本系统或其它系统与公众出行相关的数据经过数据抽取( 包括数据处理、 格式转换等) 及与其它系统的数据进行关联整合，生成满足本系统或其它系统 应用业务要求的数据，从而可以通过信息发布子系统向公众发布。 在整个系统业务流程中，安全维护子系统始终扮演重要角色，具备系统安 全及数据备份与恢复功能，为公众出行提供稳定的交通信息服务。 2 5 数据库结构设计 数据库的设计非常复杂，为了管理方便，建立了省级公众出行服务数据库， 包括交通地理信息、综合交通信息、动态交通管理信息、公众交通服务信息等， 承担所有信息处理和数据备份过程。考虑数据库分布实现机制，增加辅助决策 功能，考察用户行为数据特征，必要时增加二级库。数据管理结构如图2 3 所示。 l o 武汉理工大学硕士学位论文 图2 3 ：湖北省公众出行服务系统数据管理结构 交通地理信息主要是面向出行者的，主要包括的内容有：( 1 ) 道路基础数 据：主要是湖北省国道、省路、全省已建、在建或规划的高速公路；( 2 ) 高速 公路沿线服务设施分布数据，包括加油站、收费站、桥梁隧道、服务区等空间 分布；( 3 ) 行政区域数据：全省的行政区划图、城市分布图；( 4 ) 旅游景点数 据：全省的主要景点分布数据；( 5 ) 其它与交通相关的带有位置信息的数据。 综合信息主要涉及与公众及系统运行相关的数据，包括注册用户基本信息、 系统安全日志信息、网上投诉和在线处理结果等信息。 动态交通管理信息主要涉及高速公路各路段车流量、拥堵、施工、维修、 临时管制、交通事故等交通状况、路况以及交通气象等信息。 公众出行服务信息主要涉及与公众出行的交通业务数据，包括高速公路服 务设施信息、公路( 水运) 交通规费、高速公路通行费、火车( 飞机) 时刻表、 长途客运线路、停靠车站、驾驶培训、汽车维修、汽车租赁、交通黄页、交通 常识和法规等信息。 针对数据库维护和更新，系统提供远程管理功能，可实现对系统数据库的 远程维护和更新。其操作简便、扩展性好，减少系统维护成本，实现实时更新， 武汉理工大学硕士学位论文 快速访问。 2 6 本章小结 本章在做详细的需求分析的基础上，给出了系统的设计框架和系统业务流 程，为下一步系统开发工作的展开打好基础。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章系统相关理论与技术 3 1 地理信息系统( g i s ) 概述 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是由计算机硬 件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管 理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题【5 1 。 3 1 ig i s 的组成 地理信息系统主要由四部分组成：即计算机硬件系统，计算机软件系统， 空间数据及系统的组织和使用维护人员即用户。其核心内容是计算机硬件和软 件，空间数据反应了应用地理信息系统的信息内容，用户决定了系统的工作方 式。如图3 一l 所示。 图3 1 ：地理信息系统的组成 1 ) 计算机硬件系统 计算机硬件系统是计算机系统中实际物理设备的总称，主要包括计算机主 机，输入设备，存储设备和输出设备。 2 ) 计算机软件系统 计算机软件系统是地理信息系统运行时所必需的各种程序。包括： 计算机系统软件。这些软件通常由计算机生产厂家提供。 地理信息系统软件及其支撑软件。包括地理信息系统工具或地理信息系统 实用软件程序，以完成空间数据的输入、存储、转换、输出及其用户接口功能 等。 应用程序。这是根据专题分析模型编制的特定应用任务的程序，是地理信 息系统功能的扩充和延伸。一个优秀的地理信息系统工具，对应用程序的开发 武汉理工大学硕士学位论文 应是透明的。应用程序作用于专题数据上，构成专题地理信息系统的基本内容。 3 ) 空间数据 空间数据是地理信息系统的重要组成部分，是系统分析；0 h - v 的对象，是地 理信息系统表达现实世界的经过抽象的实质性内容。它一般包括三个方面的内 容：即空间位置坐标数据，地理实体之间空间拓扑关系以及相应于空间位置的 属性数据。通常，它们以一定的逻辑结构存放在空间数据库中，空间数据来源 比较复杂，随着研究对象不同，范围不同，类型不同，可采用不同的空间数据 结构和编码方法，其目的就是为了更好地管理和分析空间数据。 4 ) 系统使用管理和维护人员 地理信息系统是一个复杂的系统，仅有计算机硬件、软件及数据还不能构 成一个完整的系统，必须要有系统的使用管理人员。其中包括具有地理信息系 统知识和专业知识的高级应用人才：具有计算机知识和专业知识的软件应用人 才以及具有较强实际操作能力的硬软件维护人才。 3 1 2g i s 的功能 g i s 的功能包括空间数据基本处理功能和高级空间分析功能两部分。基本处 理功能包括：数据的采集、数据处理、图形处理与交互显示、数据的存储与组织、 空间查询功能等。高级空间分析功能是g i s 的核心功能【6 1 ，它也是地理信息系统 与其它计算机系统的根本区别。地理信息系统的空间分析可分为三个不同的层 次：空间检索、空间拓扑叠加分析、空间模型分析。其功能主要包括空间信息 量算、空间变换、再分类、缓冲区分析、空间信息叠加分析、网络分析、空间 插值、空间统计分类分析等方面。 本文内容涉及到g i s 网络分析，下面对g i s 网络分析功能予以介绍： 1 ) 对地理网络( 如交通网络) 、城市基础设施网络( 如给排水管网络等) 进行地 理分析和模型化，是g i s 中网络分析功能的主要目的，网络分析是运筹学模型 中的一个基本模型【7 】，其目的是研究筹划一项网络工程如何安排并使其运行效果 最好，如一定资源的最佳分配、从一地到另一地的运输费用最f 氐、时间最短等。 其基本思想则在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位 置。 2 ) 常规的网络分析功能包括路径分析、资源分配、连通分析、流分析、选 址问题峭j 。其中路径分析是g i s 网络分析研究的热点问题，路径分析不仅包括静 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 态最短路径分析、最佳路径分析，还包括动态最佳路径分析f 9 1 。 3 1 3g i s 的数据模型 空间数据结构是对g i s 空间数据元素之间结构关系的描述。空间数据按其 存储格式分为两大类，即矢量数据和栅格数据【10 1 ，如图3 2 所示。 栅格衰示法 矢量表示法 图3 2 ：矢量结构和栅格结构 1 ) 矢量数据模型 矢量数据模型是g i s 主要的数据模型之一。矢量模型中用点( p o i n t ) 、线 ( l i n e ) 、面( s h a p e ) 来描述地理实体；由于面( 多边形) 、是线( 弧) 所围成的 区域，线( 弧) 又是点的有向序列，所以，坐标点是矢量数据模型最基本的数 据元素。g i s 的矢量数据模型，就是以坐标点的方式，记录抽象的点、线、面 地理实体。 从理论上说，矢量数据模型描述的是连续空间，因而它能精确地表达地理 实体的形状与位置，又可以通过点、线、面三种基本图元之间的联系，构造地 理实体及其图形表示的邻接、连通、包含等拓扑关系，从而有利于地理信息的 查询、网络路径优化、空间相互关系分析等地理应用【1 。 2 ) 栅格数据模型 武汉理工大学硕士学位论文 在栅格模型中用空间单元( c e l l ) 或像元( p i x e l ) 来描述地理实体。它是将 地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格列阵，每个网格作为一个像元，由行、 列号定义，并包含一个代码，表示该像元的属性类型和量值。因此栅格模型是 以规则的列阵来表示空间地物和现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示 地物或现象的非几何属性特征。在栅格数据模型中，点由一个栅格单元表示： 线状地物则用沿线走向的一组相应栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个 相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示。 矢量结构和栅格结构的比较表3 - 1 所示： 表3 1 ：矢量结构与栅格结构比较表 比较内容矢量结构栅格结构 数据结构复杂简单 数据量小 大 图形精度局 低 图形运算、搜索复杂、高效简单、低效 软件与硬件技术不一致一致或接近 遥感影像格式要求比较高不高 显示质量好、精度高，输出方法快速，质量低， 图形输出 但成本比较高成本比较低廉 数据共享不易实现容易实现 拓扑和网络分析容易实现不易实现 3 2w e b g i s 3 2 1w 曲g i s 概述 w e b g i s 可以简单定义为在i n t e r n e t 上的g i s ，就是利用互联网技术和w w w 技术，完善和扩展传统的地理信息系统功能的一门新技术。w e b g i s 为使全社会范 围内各领域、各部门之间的空间数据信息达到共享而设计，借助于计算机网 络，w e b g i s 将分布在不同地域空间、不同平台和不同数据结构的地理信息按照系 统化、结构化、一体化的运行机制进行数据组织、管理、信息查询分析、信息 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 成果发布等【1 2 】。 3 2 2w e b g i s 的实现模型 现有w e b g i s 的实现模型，根据实现机制的不同，w e b g i s 的实现模型主 要分为两类：胖客户端模型和瘦客户端模型。 1 ) 胖客户端模型：在此模型中，客户端请求空间数据的方式。服务器端只 执行查询，从空间数据源中得到需要的空间数据，然后把数据发送到客户方。 由浏览器上的j a v aa p p l e t 、a c t i v e x 或浏览器插件( 如m a p g u i d ev i e w e r ) 来进 行后面的工作。这样，就能够在客户端独立实现一定的g i s 功能，而服务器端 主要完成相关数据的发送以及实现复杂的系统功能等。客户端完成下载后很少 需要再和服务器端进行访问调用，只有在需要进行复杂运算或者大数据量的处 理时才调用服务器的方法。 2 ) 瘦客户端模型：在此模型中，作为客户端的浏览器只进行图像的显示， g i s 应用服务程序及处理的数据都放在服务器端，所有的客户端请求都需要提交 到服务器处理。客户端通过服务器端的c g i 接口，接收服务器端传递的p e g 或g i f 图像格式，并显示返回的图像结果，这种方式称为瘦客户端服务( n l i n c l i e n t ) 。 3 2 3w e b g i s 的主要实现技术 w e b g i s 实现的实用技术方法有：通用网关接口法( c o d ，应用程序插入法 ( p l u g i n ) ，j a v a 编程语言，a c t i v e x 和部件对象模型( c o m ) 等方法。以下将对这些技 术进行具体介绍【l 引。 1 ) n 用c g i