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基于路网拓扑的指路标志布设研究 专业：工程力学 硕士生：肖国荣 指导教师：余志教授黄敏讲师 摘要 指路标志是传递道路方向、地点，距离信息的道路交通标志，可分为对地点 的标识和对道路的标识。本文主要研究标识地点的指路标志布设，目标是提出指 路标志的布设方法和评估方法，以指导指路标志的布设。 为了使指路标志的布设更加符合实际运用的需要，论文总结了指路标志布设 实践中的经验，归纳了一些布设要求和原则。针对机动车驾驶员对地点标识的需 求，论文引入了仅考虑了地点本身及其周边路况的“单源标识”和考虑了交通量 产生地和吸引地两者情况的“双源标识”这两个概念，并提出了相应的布设方法。 为了对各种指路标志布设方案进行评估和筛选，保证指路标志布设方案的科学性 和有效性，论文探讨了多种指路标志布设评价方法，从路网指路标志的数量与密 度、提供的信息量、对交通流的影响等各多个方面出发，讨论了若干指路标志布 设方案评估方法，并进一步从指路标志应能合理地诱导交通流、减小路网的总体 行驶阻抗这一角度出发，引入了偏离指数这一概念，提出了基于偏离指数的指路 标志优化模型。 为了建立计算机自动标识系统以克服人工设置指路标志的不足，论文以旅游 景点标识系统为例，介绍了指路标志系统的设计、构建以及相关技术问题。 关键词：指路标志，路网拓扑，标志布设，偏离指数 r e s e a r c ho ng u i d es i g nd e s i g nb a s e do nt h et o p o l o g y o fr o a dn e t w o r k m a j o r ：e n g i n e e r i n gm e c h a n i c s n a m e ：x i a og u o r o n g s u p e r v i s o r ：p r o f y uz h i ，l e c t r h u a n g m i n a b s t r a c t g u i d es i g ni sat r a f f i cs i g nt h a ts h o w sr o u t ed e s i g n a t i o n s ，d e s t i n a t i o n s ，d i r e c t i o n s ， d i s t a n c e s ，s e r v i c e s ，p o i n t so fi n t e r e s t , o ro t h e rg e o g r a p h i c a l ，r e c r e a t i o n a l ，o rc u l t u r a l i n f o r m a t i o n b a s i cr o a dt r a f f i ci n f o r m a t i o nd i s p l a y e do ng u i d es i g n si n c l u d e sp l a c e n a m e sa n dr o u t en u m b e r s s e v e r a lm e t h o d so fe v a l u a t i o na n dp l a n n i n go fr o a ds i g n s y s t e m s a r ep r o p o s e di nt h i st h e s i s ，b a s e dm a i n l yo nt h ep l a c en a m eg u i d e ，i no r d e rt o s t u d yt h eo p t i m a la r r a n g e m e n t so f r o a ds i g n so nt h er o a dn e t w o r k f o rt h ep u r p o s e so f m a k i n gt h ed e s i g n so fg u i d es i g nm o r ec o n s i s t e n t w i t ht h ea c t u a lc o n d i t i o n ， r e q u i r e m e n ta n dp r i n c i p l eo nt h eb a s i so f t h ee x p e r i e n c e 躺r e v i e w e da n dm e t h o d so f g u i d es i g nd e s i g n f o rp l a c en a m eg u i d ea r ep r o p o s e db a s e d r e s p e c t i v e l y o n s i n g l e - c o n s t r a i n e dg u i d es i g n sa n dd o u b l e - c o n s t r a i n e dg u i d es i g n s t og e tt h eo p t i m a l r o a ds i g nd e s i g ns c h e m e ，s e v e r a le v a l u a t i o nm e t h o d so fd e s i g np r o p o s a l sa r e d i s c u s s e d g u i d es i g n ss h o u l dh e l pr o a du s e r sm a k eb e t t e rr o u t ec h o i c ea n dr e d u c et h e c o s to ft r a n s p o r t a t i o n f r o mt h i sp e r s p e c t i v e ，s t r a y i n gi n d e xw a sa d o p t e dt oe v a l u a t e q u a n t i t a t i v e l yt h ee f f e c to fp l a n n i n gs c h e m eo fg u i d es i g n 。sa r r a n g e m e n t , a n da n o p t i m i z a t i o nm o d e lc o n s i d e r i n gt h ew e i g h t i n e s so fd i f f e r e n to dp a i r s w a sa l s o p r o p o s e d f i n a l l y , i no r d e rt oi m p r o v et h ec o n d i t i o n st h a tg u i d es i g np l a n n i n gi nt h e p a s tw a sl i m i t e dt os i n g l ej u n c t i o na n ds u b j e c tt oi n d i v i d u a le x p e r i e n c eo f t h ep l a n n e r , t a k e nt h eg u i d es i g ns y s t e mo fs c e n i cs p o ta sa ne x a m p l e ，t h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o n o ft h ea p p l i c a t i o ns y s t e ma r ei l l u s t r a t e d k e yw o r d s ：g u i d es i g n s ，t o p o l o g yo f r o a dn e t w o r k , g u i d es i g nd e s i g n ，s t r a y i n gi n d e x i i 1 1 研究背景和意义 i 1 1 研究的背景 第1 章绪论 道路交通标志是用图形符号、颜色和文字向交通参与者传递特定信息，用于 管理交通的设旅珊。交通标志是交通控制设施的一种，设置在城市道路、公路上， 和交通标线、交通信号灯以及其他一些设施一起来管制，警告、指示、指引交通。 交通标志以其形状、颜色、图案、文字等，向道路使用者提供道路交通信息。交 通标志设置的目的是使交通流有序地流动，从而提高道路的通行效率和道路交通 的安全性。实践证明，合理地设置道路交通标志，可以平滑交通，提高道路通行 能力，防止交通阻塞，减少交通事故，节省能源，降低公害，美化路容等。 近年来，我国很多城市的道路交通发展迅速，而作为附属工程的道路交通标 志的建设和更新则相对滞后，严重削弱了道路交通网络的交通功能和效率。人们 日渐意识到在大力发展智能交通的同时，也应该重视交通基础设施的建设，道路 基础设施不完善，会成为智能交通系统发展的绊脚石，限制智能交通系统更好地 发挥作用。随着高速公路和城市快速路的不断修建，立体交通模式的广泛采用， 对如何合理布设交通标志，特别是指路标志，提高道路通行能力、减少事故、防 止交通阻塞等提出了迫切的要求。 道路交通标志共有7 大类：警告标志、禁令标志、指示标志、指路标志、旅 游区标志、道路施工安全标志和辅助标志；其中，指路标志是传递道路方向、地 点、距离信息的标志脚。科学合理地设置指路标志，可以及时正确地为道路使用 者提供有效的交通信息，提供附近的河流、公园、森林和历史遗址等有关的地理 信息。根据指路标志提供的各种信息，出行者可以顺利地到达目的地。目前不断 建成的新路、不断扩大的路网以及不断产生的新城市、新景点，为我国的经济建 设带来了更加活跃的经济增长点，同时也给公路规划、设计、管理部门提出了新 的挑战。在不断有新路通车，路网不断扩大、延伸的情况下，如何合理地布设指 路标志，使道路使用者充分地了解道路的结构和通达情况，迅速地到达目的地， 已经成为道路交通相关部门的重要课题。 1 1 2 研究的意义 无论对于一般的公路网，还是城市道路网，指路标志都起着重要的作用。对 于公路网，指路标志的主要作用是指引路线、指示沿线地点团；对于城市路网， 指路标志在指引路线的同时，还起着均衡交通流量的重要作用2 】啪。 ( 1 ) 指路标志在公路网中的作用 1 、指路标志是体现沿线主要城市、地点的主要手段。交通运输主要有过境 交通和集散交通两种形式，在一条公路上行驶的车辆并不一定都是本地车辆，也 未必都熟悉路况。因此，在道路沿线设置指路标志，对公路沿线主要地点以及公 路相邻其它干线公路进行指引，是驾驶员正确找到目的地和行驶在正确路线的保 证。 2 、指路标志是对司机所处位置的一种体现。对于驾驶员而言，很多情况下 并不都是行驶在自己熟悉的地区。因此，通过指路标志确认自己所处的位置，不 但是驾驶员判断自己是否行驶在正确路线上的提示，更是司机判断路程、掌握时 间的一种帮助。 3 、指路标志是驾驶员了解周围情况的途径。作为长途运输驾驶员，当到达 一个新地点的时候，对周围环境可能比较陌生。指路标志对道路周围地点、服务 设施以及经过城市的指引，能够帮助司机从容地安排行程，解决路上出现的突发 问题。 ( 2 ) 指路标志在城市道路网中的作用 l 、指路标志在城市道路中的o d ( 起迄点) 特性作用。城市道路地图直观 服务性较强，但是往往落后于城市道路的变化；电子导向设施先进，但其普及性 也只是现代理论研究的期望。当今世界，利用电子技术提供城市道路网络导向服 务已逐渐成为现实，但得到普及并为绝大多数交通参与者直接服务还需要较长时 间的推广。因此，指路标志在城市道路网络中，为交通参与者提供及时准确的道 路信息，并随时应变于城市道路网络的变化，在城市道路网络o d 引导中，所发 挥的特殊作用是最为显著的。指路标志的服务综合功能，将在相当长的一段时间 2 内优于其它城市道路网络导向工具。在城市道路网络中，指路标志在为交通参与 者提供最直接准确的导向服务，引导o d 的最佳行路路线，节省行驶时间，使速 度与里程的比达到最佳设计中都起着重要的作用。 2 、指路标志在城市道路中起均衡车流的作用。在实施管制措施的路段和区 域的起点入口和终点，可利用指路标志的语言和信息，作为实施管理措施的工具， 以达到更完善的管理要求。指路标志能根据需要引导车流、人流，使饱和的路段 流量递减，闲置的道路得到充分利用，交通路网中流量得到有效均衡。 3 、指路标志在城市道路网络中起信息传递作用。指路标志的信息传递，总 是伴随着城市建设的规模和路网的变化而变化，准确及时地向交通参与者传递路 网信息。要降低不断建设中的道路路网的断与堵( 不畅通) 的负面影响，必须重 视和发挥指路标志的作用。 - - 4 、指路标志对道路前方路况起提示作用。城市道路网络比较复杂，平面交 叉、立体交叉、环岛等设施比较常见。指路标志对前方路况的提示，可以帮助驾 驶员合理控制车速，保证行车安全。 5 、指路标志有利于稳定驾驶员情绪，保障驾驶员行车安全。驾驶员在公路 上驾车行驶，除了观察可能对其安全造成威胁的情况，很大的注意力花费在确认 其所选择的方向和路线是否正确，有没有走错或者错过目的地等。此时，及时的 指路标志对地点的标示可以给驾驶员简单明了的提示，使其心中有底，避免因找 路而过于分散注意力。 总之，合理设置的指路标志是有效管理道路交通的必备条件，在交通管理中 发挥着非常重要的作用，是解决交通问题至关重要的一环。如何充分发挥指路标 志指引路线、指示沿线地点、诱导交通流等功能，使其满足交通组织的需求，为 管理者分担“管理职责”，改善交通秩序，就成了道路交通相关部门的非常迫切 的课题。对路网进行深入分析，及时准确地为出行者提供需要的路线信息，使不 熟悉道路网络及其周围地点、环境的交通参与者能够在指路标志的指引下顺利达 到目的地，具有非常重要的意义。 1 2 研究状况 交通标志，包括指路标志，是基本的交通管理设施，已被不少国家纳入国家 3 标准中进行规范管理。我国现行的国家标准g b 5 7 6 8 1 9 9 9 道路交通标志和标线 ( 以下简称国标) 规定了交通标志和标线的分类，给出了标志标线的设计、制造、 设置、施工等要求，它是我国交通标志标线的总体设置规则山。美国联邦公路管 理局( f h w a ) 和国家统一交通控制设备委员会颁布的统一交通控制设备手册 ( m u t c d ) 中规定了包括交通标志在内的道路交通控制设施的安装和维护的标 准凹。其它类似的标准规范还有日本的 r ( k ，( 口) ，：( j ) ) ，则认为无需在路段口设置指路标志对地点j 进 行标识，即g a ，s ) = o ；反之，d ( i ，j ) 8 ( k ，( 口) ，也( 5 ) ) ，则需在路段口设黄指路标 志对地点s 进行标识，即手( 口，s ) = 1 。 除了上述的距离限制之外，标识范围可以根据实际情况采取不同的方法来确 定，比如还可以加入交叉口数限制，规定只有距离被标识地点的前若干个交叉口 才需要设置指路标志。 2 3 6“双源标识” “双源标识”需要考虑交通出行的产生地和吸引地两者的用地性质、交通特 性等情况。在大型的道路网络上，吸引和产生交通量的结点成千上万，如果对每 对o d 对都进行标识，将造成严重的信息过载，极大地影响指路标志的诱导功能。 因此，“双源标识”主要任务就是根据道路标识的需要，确定应当对哪些o d 对 进行标识。确定了需要标识的o d 对之后，则可以在筛选出来的o d 对之间的最 短路径上设置指路标志，或者根据交通组织的需要确定指引方向。 - o d 对的筛选应当根据出行产生地和吸引地的地理位置，性质、经济地位、 人口数量和吸引、产生的交通量等各种因素，进行适当的甄选。论文引入吸引因 子矿的概念，认为某出行产生地点，对出行吸引地s 的吸引因子丸大于某个值 时，则需要结点，到结点s 之间进行标识，着小于该值则可不进行标识。吸引因 子。应当根据结点r 和结点s 的用地性质、地理位置、周围环境以及两地间的交 通量、行驶阻抗等各种因素来确定。 令w = ( ，一曲1 w 矿 表示需要进行标识的o d 对集合，设 f1 ，结点，到晓间需要进行标识 口“21o ，结点r 到s 之间无需进行标识 令九。为吸引因子的最小限值，值的确定应对被标识区域进行交通调查， 根据实际需要确定。若，一j 的吸引因子为九，九红，则口。= 0 ，结点，至 结点s 之间需要进行标识，可以在r 到j 之间的最短路径上的各个交叉口前设置 指路标志，提供标识地点s 的方向指引；若九 o 即譬。的含义是当_ 1 ，路段( f ，哟 l“j 上设置了指路标志牌；当y 。= o ，不在路段( f ，m ) 上设置标志牌。 c 二为o d 对r s 问最优路径上的阻抗。如果不考虑交通流对路段阻抗 的影响，对于给定的路网，给定的r j ，c 盎为常数。 为o d 从起点，出发，最终达到终迄点s 的交通流量。本文所研究的 道路标识系统以不熟悉路况，选择路径时较大程度上依赖指路标志指引的道路使 用者为服务对象，当路段上设置了指路标志时，这部分使用者绝大多数选择指路 标志所指引的路径。 k 为路段( ，坍) 的阻抗( 时间、距离等) ，( ，所) a 。 石伍) 为规划方案x 下，分配在路段( f ，州) 上的交通流量。 k 为o d 对，- - 8 的权重系数，用来衡量o dx c r - s 的重要程度，一s 间 的交通流量越大，起始结点，和终迄结点j 的性质越重要，则 1 0 越大。 ”。标志牌上任意指示方向最多能显示的信息数，即所指示的地名总数， 通常不大于2 。 疗由于资金投入等因素的限制，路网上设置的路标牌数目上限。 4 3 2 偏离指数 当不熟悉道路交通情况的驾驶者遇到没有需要的指示信息的交叉路口时，驾 驶者将根据自己的判断，随机地选择下游路段，就存在着偏离最优路径的可能性， 选择时间或距离更长的路径；如果交叉口入口前设置了用户所需的指示信息，则 可减少用户选择最优路径的误差，用户将沿着指路标志所指示的路径行驶。为了 用定量的方法评价指路标志系统的作用或效益，本文采用偏离指数来衡量指路标 志设置的合理性和有效性。指路标志系统设置的越合理、越完善，则用户偏离最 优路径的概率就越小，偏离指数就越小，指引效果越好；反之偏离指数越大，用 户就越有可能偏离最优路径，指路标志系统的指引效果就越差。如果两地之间的 指路标志足够完备，用户在指路标志的指引下，可以沿着最优路径到达目的地而 不偏离，则偏离指数为零。本文采用的偏离指数，。( 柳定义如下： 艺 嚣协1 厶僻) ：鼍矗 厶( 朋即为在规划方案x 下，o d 对r - $ 间的偏离指数。要求出式( 4 - 1 ) 中 的，。c 柳，就必须获得f f m = ( ) ，即必须知道在z 下，交通量是如何分 o k o 配到各个路段的。本文假定出行者不是在起点，就选择好路径，而是在出行过程 遇到的每一个结点都做一次路径选择，即真正选择的不是路径，而是下一个邻接 路段。若交叉口入口处设有指路信息，则出行者可以根据指路标志，选择标志指 引的路径；如果没有指路信息，则出行者会根据自己的主观判断，选择其认为最 优的下游路段。由此，当交叉口设有目的地s 的指引信息时，交通流量的分配采 取“全有全无分配”法，将所有的流量分配到路标所指引的下游路段上；若没有 指引信息，则采取随机加载的“多路径分配”方法。 在图4 - l 所示的交通网络，图中边上的数值表示路段的交通阻抗，结点l 到 结点1 6 的最短路径为l 一5 6 7 8 1 2 1 6 ，最短路径阻抗c 鬈= 9 。若结点 前没有指引信息，示例采取h 醇分配模型将流量分配到下游路段。d a i l 算法假 定出行者不是在起点r 就决定选择哪条路径，而是在出行的每个结点都做一次下 一步的路径选择圆，这恰好符合上面的假定。当全路网上都未设置指路标志时； 采用d a f t 算法分配流量，可得o d 对卜1 6 在各个路段上的分配的流量( 假定 q l , 1 6 = 1 0 0 0 ) ，见图铊，各个路段上的流量分配在下游路段的比例系数见图4 3 ， 此时偏离指弧“石) = 妄_ 1 = o 0 9 8 0 如果在路段( 5 ，6 ) 和( 6 ，7 ) 上设置指路标志，指示最短路径方向，即令 磊。，。= l ，彘。= l ，其余善赢= o ，则路段( 5 ，6 ) 上的流量全部分配到路段( 6 ，7 ) ， 路段( 6 ，7 ) 上的流量全部分配到路段( 7 ，8 ) ，q ，, 1 6 分配在各个路段的流量见图4 - 4 ， 各个路段上的流量分配到下游路段的比例系数见图4 5 ，此时偏离指数 山胭= 未淼书o o s ，。 图4 1示例网络 图4 2 l 全路网上未设指路标志时，路段上的流量 图4 3 全路网上未设指路标志时，路段流量分配到下游路段的比例系数 图4 - 4 磊6 ，1 6 = 1 ，彘。= l 时，路段上的流量 1 1 图4 5 磊。，1 6 = l ，彘。= 1 时，路段流量分配到下游路段的比例系数 4 3 3 优化模型 设立指路标志的主要目的是指导用户选择最优的路径( 时间、距离或费用最 小) 到达目的地，并减小用户偏离最优路径的可能性。本文所提出的优化模型即 着眼于建立指路标志系统，使得在该系统的指引下，所有用户行驶在路网上的偏 离指数之和最小。 根据厶( x ) 的定义，我们采用如下优化模型： 幽z 伍) = l r - s e w “驯x d ) c 4 乏) j s t s ( 4 - 3 ) y 拥s 仇 ，” 钿1 t 心 ( “) ( 4 5 ) 模型* o o n o 、r l s 为事先确定的常量。模型的目标函数( 4 2 ) 表示模型要求 解使路网的所有o d 对间的偏离指数之和最小的指路标志设置方案；路标牌的面 积有限，指路标志牌上显示的内容过多时，会造成严重的信息过载，反而导致指 路标志不能较好地实现其诱导功能嘲。因此，在各个指示方向上，标志牌上所 提供的信息数，即指示的地点数目应有所限制，式( 4 3 ) 保证标志牌上任意指 示方向所显示的信息数不超过 。，h 。通常不大于2 ；标志建设资金往往有限，难 以在每个路段都设置路标牌，式( 4 4 ) 保证路网上设置的路标牌总数不超过上 限疗。；式( 4 - 5 ) 保证在标志牌最多只能为被指示地点，指示一个方向，路标牌 最多只能为被指引的地点提供一条路径，若多于一条，用户看到标志牌时将无所 适从，不知道到底哪条路径才是正确的方向。 模型所提出的问题实际上是o 1 规划问题，计算时可采用0 1 规划理论中的 相关方法来求解。分配流量时根据交叉口有无设置指路标志来分配，如果某个交 叉口设立了指路标志对某个地点进行指引，贝0 采取“全有全无分配”法，将所有 去往该地点的交通流量分配到标志指引的下游邻接路段上；若交叉口没有指引信 息，则采取多路径分配方法将交通量随机分配到下游邻接路段上。 模型的求解步骤如下，其中j 0 表示最优方案，z 。表示最优方案x 叫下的 所有o d 对闻的偏离指数之和： 步骤1 ：初始化方案z = o ，即全路网不设置路标的方案，并令z 。= b o o 。 步骤2 ：判断方案x 是否满足约束条件式( 舢3 ) 一( 4 5 ) ，如果满足则进入 步骤3 ，否则转向步骤6 。 步骤3 ：在方案x 下，在路网上分配流量，如果方案x 中善删= l ，则将路段 u ，m ) 上目的地为，的流量全部分配到路段u ，脚) 上，如果善o = o ，则按所选择的 多路径分配方法把流量分配到下游路段，若采用本文示例所用的方法，则可按方 案彳= 0 时所计算出的分配系数直接把( f ，m ) 分配到下游邻接路段上。 步骤4 ：按式( 4 - 1 ) 计算各o d 对的偏离指数以( j 0 ，并按式( 4 2 ) 计算z 。 步骤5 ：如果z o 1 0 7 ，即整个路网的偏离指数之和不是最小，这说明有 时局部最优不代表整体最优。 从示例中我们还可以发现，如果不考虑交通流对路段阻抗的影响，采取适当 的配流方法，? 似) 与是币比例关系，分子分母相抵消，q 。的取值不会影响 j 。( x ) ，但会影响o d 对r j 的重要程度，显然，靠越大，o d 对，一j 越重要， 权重系数k 越大。 4 4 本章小结 各地在设置指路标志的实践中，积累了大量的经验，但是没有研究如何系统 地设置标志，实际建设中可能考虑过路网的结构、被指引的地点的情况等因素， 但过于依赖道路交通标志建设者个人对路网、交通问题等的理解能力，随意性大， 随机性强，以定性为主，定量为辅，少数定量的规划方法也往往局限于单个交叉 口的设置与评价。为了克服这些缺陷，定量地评价指路标志规划方案的效果，本 文采用偏离指数来衡量各种方案设计的合理性和有教性，并提出了一个可获得最 优的指路标志设置方案的优化模型。模型采用了权重系数w 。来反映各o d 对 卜- s 的重要程度。 为了缩短计算时间，可以深入研究各种指路标志的特性，总结标志设置经验， 探索指路标志布设的规则，根据路网拓扑结构、道路与指路标志分类分级、路标 标识范围等多种方法来限制规划方案的可选范围，在这方面，国内外均有不少研 究，已积累了相当多的经验和成果，论文也做了一些初步的研究和探讨，详见第 二童。 第5 章计算机自动标识系统的构建 随着交通工程建设的发展，道路交通网络同趋复杂，以人工确定为主的指路 标志设置方式已不能很好地满足道路使用者对交通信息的需求，为了减少完全由 人工布设指路标志所带来的随意性，更方便地更新和维护指路标志，一些研究人 员开始尝试利用计算机，建立交通标志管理和设计系统。黄敏等指出交叉口是设 置指路标志的本质特征，探讨了道路交通指路标志系统建模的理论与方法，为指 路标志系统建模研究建立了理论构架1 2 2 r 3 。阎等提出了对开发和实施道路交通 路标g i s 系统的讨论嘲；蔡等介绍了运用a u t o c a d 二次开发工具o b j e c t a r x 建 立交通标志图库管理系统叫。然而，这些研究往往从交通标志管理的角度出发， 而不是从交通标志布设或设计方面考虑。 本章将以旅游景点标识为例，简要介绍计算机自动标识系统构建的主要步骤 和关键技术。本章所说的自动标志系统或者指路标志系统指的是计算机中的应用 系统。 5 1 交通标志对景点旅游效益的影响 国标首次增加了旅游标志种类。实际上，对旅游景点进行指引的旅游标志可 以看成是一种特殊的指路标志。合理布设旅游标志，有助于充分利用景点的旅游 资源，对景点旅游效益起着非常重要的作用。潘圜初步探讨了交通标志对旅游城 市效益的影响，认为交通标志对城市旅游具有导向宣传作用、桥梁作用以及诱导 “滞留”作用。 1 、交通标志对城市旅游景点的导向宣传作用 通过指路标志传递特定景点信息，可以起到对景点广告宣传的作用。通过指 路标志对景点进行宣传，具有资金投入少、宣传效果好的特点，而且在时间上、 空间上和普及面上都有着得天独厚的宣传优势，其强化的宣传效能总是伴随着通 过此旅游景点周边道路的交通参与者。设置在路网的旅游标志，可在广度、深度、 持久性上为旅游景点带来独特的宣传效果，这是其它宣传媒体所不具备的。 2 、交通标志对游客与景点的桥梁作用 游客看到指路标志上的景点名称，很容易产生游玩该景点的兴趣和愿望。通 过旅游标志的指示导向，可以缩短旅游景点与游客在心理上的距离，在游人与旅 游景点闻搭起直通的“桥梁”，使游客顺利到达景点，让景点资源得到有效利用。 3 、交通标志对游客的诱导作用 指路标志具有可信度高、诱导吸引力强的特点，可以诱导游客和旅行者自觉 地按照指路标志的指引游玩景点。在一些老的旅游景点的标识系统中，对一些新 开发的旅游景点引入旅游标志的诱导，可以使游人在路途中了解到各旅游景点的 名称，满足旅游者对景点的需求，扩大“旅游景点”的量与面，增强旅游环境的 旅游效果。 8 2o l s 开发平台 本章提及的自动标识就是在通用地理信息系统平台的基础上构建，这样可节 省开发资源，并将研发的重点放在指路标志布设模型的构建中。 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 ，g i s ) 是一种在地理学 和计算机科学的基础上发展起来的，融计算机图形技术和数据库技术于一体，用 于管理和分析空间数据的技术。地理信息系统是一种决策支持系统，它与一般信 息系统的区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位冕及与该地理 位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。地理信息系统以计算机为运 行平台，空间数据参与运算，能够获取、处理、分析、访问、表示和在不同用户、 不同系统和不同地点之间传输数字化空间信息，为各种应用目的服务豳。 目前较为流行的g i s 平台有e s r i 公司的a r c g i s 的系列产品和m a p i n f o 公 司的m a p i n f o 系列产品。 a r e g i s 是目前各种g i s 平台中最经典、功能最强大的专业g i s 产品，其许 多先进的设计思想和概念被其他产品借鉴和采纳，成为引导全球g i s 发展方向的 旗帜。a r e g i s 不仅有地图优化、编辑、查询、统计分析、绘制专题地图和报表 制作等功能，而且还为用户提供了强大的二次开发功能，提供了配套的开发工具， 如a r c g i se n g i n e 等。利用这些开发工具，用户可以开发出符合自己需求的地理 信息系统。a r e g i se n g i n e 是一个创建定制的g i s 桌面应用程序的开发产品。 a r c g i se n g i n e 包括构建a r c g i s 产品a r c v i e w 、a r c e d i t o r 、a r c l n f o 和a r c g i s s e r v e r 的所有核心组件。使用a r c g i se n g i n e 可以创建独立界面版本( s t a n d ，a l o n e ) 的应用程序，或者对现有的应用程序进行扩展，为g i s 和非g i s 用户提供专门 的空间解决方案。 m a p l n f op r o f e s s i o n a l 是目i i 世界上较为完备、功能强大、全面而直观的桌面 地理信息系统，为在c l i e n t s e r v e r 环境下解决问题提供了一种全新的方案。 m a p l n f o 的可视化地理分析功能可以帮助用户在数据库中不同的数据之间建立关 联，在同一个环境下显示，并迅速揭示数据之间的关系以及易被忽视的数据模式， 从而作出快速有效的决策，提高动作效率，加强竞争能力。 我国的g i s 平台开发起步较晚，但发展迅速，目前比较成熟的国产平台有： 中国地质大学中地公司的m a p g l s ；中科院的s u p e r m a p ；武汉测绘大学吉奥公司 的g e o s t a r ；北大方正的方正智绘f o u n d e rm i r a g e 等。 5 3自动标识系统构建的主要步骤和关键技术 计算机自动标识系统是结合路网的拓扑结构和指路标志布设规则，对道路网 络中的道路、桥梁、隧道、标志点( 如城镇、建筑物) 等地物特征生成导向指路 标志并自动更新和管理，用以辅助道路中指路标志牌的布设、制作、维护、更新 的管理信息系统。 论文所构建的计算机自动标识系统是试验性的研究系统，其中采用了组件式 g i s 开发技术，并结合关系数据库进行开发。系统利用v i s u a lb a s i c 语言、a r c g i s e n g i n e 二次开发组件、m i c r o s o f ta c c e s s 关系数据库等进行构建。 论文以旅游景点自动标识系统为例，简要介绍计算机自动标识系统的总体设 计，包括系统的功能模块和数据模块，然后讨论系统构建的主要步骤和构建过程 中所需解决的技术问题。 5 3 1 系统的总体设计 系统设计的目标：面向旅游标志设计和管理部门，实现对旅游标志的建设与 管理，对于给定的景点，结合路网拓扑数据及相关布设规则，由计算机自动生成 标识景点的指路标志，系统建成后能为用户提供旅游交通标识信息的查询与编 辑，并具备景点自动标识功能。 下面简要介绍一下系统的功能模块和系统的数据模块。 ( 1 ) 系统的功能模块 系统分客户端和服务器端两部分。 在客户端，要提供友好的界面，与用户进行交互，主要实现的功能有：基本 的g i s 功能，如图层控制、地图的放大、缩小、平移、查询等：景点的数据管理 功能，如增加、删除景点，编辑、查询景点信息等；景点指路标志的数据管理功 能，如查询、编辑指路标志信息等。总的来说，客户端的功能模块包括：基本 g i s 功能模块、景点数据管理模块和指路标志数据管理模块。 在服务器端，系统要结合交通路网的拓扑数据及相关规则，对指路标志进行 建模。因此，服务器端的功能模块包括：路网拓扑数据生成模块和景点标识模块。 其中，路网拓扑数据生成模块的功能是根据道路信息，生成路网拓扑数据，为指 路标志生成提供基础数据。 系统功能模块图如图5 1 所示。 图5 1 系统功能模块图 ( 2 ) 系统的数据模块 总的来说，系统涉及到的数据包括，基础地理信息数据、景点数据、路网的 拓扑数据、指路标志数据。其中，基础地理信息数据主要用于界面的显示；景点 是系统的主要操作对象，需要对其进行统一的编辑管理，因此将景点数据从一般 地理信息数据中抽取出来，作为一个模块进行管理：路网的拓扑数据是指路标志 生成的基础；生成景点的指路标志数据，将其放入同一数据模块中，以便进行编 辑和操作。 在本章所介绍的系统中，指路标志数据主要包括两部分：指路标志项和指路 标志牌。 通常意义下的指路标志是包含一个或多个指路标志项的组合。指路标志项实 际上就是需要写在指路标志牌上的指示信息，至少应该包括以下要素：指路标志 项所指示的内容( 地名或路名) 、指路标志项所在路段、指路标志项所指示的方 向等。当需要建立更详细的指路标志时，还需引入其它要素，如目的地的距离等。 指路标志牌应包括的要素则至少应该有标志牌所指示的内容( 所关联的指路 标志项) 、标志牌的地理位置( 所在的路段或者地理坐标等) ，同时还可根据需要 引入其它要素：标志牌的等级、标志牌的版面设计( 如标志牌的大小、字体、颜 色) 等。 构建计算机自动标识系统的最终目的就是为用户提供指路标志牌布设方案， 其中最关键的就是要在众多的指路标志项中做出适当的选取。从理论上讲，最理 想的情况是对于所有指引需求，都通过指路标志一一满足，然而，如前文所述， 标志建设资金往往有限，难以在每个路段都设立路标，路网上设置的路标牌总数 有限，同时，路标牌的面积也有限制，没有足够的版面显示所有需要指示的内容。 此外，当指路标志牌上显示的内容过多时，也会信息过载，影响指路标志充分发 挥功能，所以有必要对指路标志项进行筛选。 综上所述，旅游景点标识系统的数据应包括：基础地理信息数据、景点数据、 路网拓扑数据、指路标志数据( 指路标志项数据和指路标志牌数据) 。系统的数 据模块如图5 2 所示。 图5 - 2 系统的数据模块图 4 2 5 3 2 数据结构模型 5 3 2 1 路网拓扑数据结构 路网拓扑主要是指路网中的结点( 交叉口) 与结点、结点与弧段( 路段) 的 相互连接关系。张小兰等改进了传统的弧段一结点数据模型，在原有的弧段一结 点拓扑关系表的基础上进一步建立结点邻近结点关系表，以丰富路网的拓扑信 息，同时加入与交叉口相关的路网几何特征，从而建立了面向指路标志系统的交 通网络数据模型凹。 1 、结点表( n o d e ) n o d e l d ：结点i d a d j n o d e l d ：相邻结点i d ，以顺时针顺序存储，以“、”为分隔符，不包含 弧段问的夹角。 a d j a n g e l s ：弧段间的夹角，记录连接于同一结点各弧段间的夹角，第一个 为最后一弧段与开始弧段的夹角。 c o n n n o d s ：连通结点集 n o d e x ：结点的经度坐标 n o d e y ：结点的纬度坐标 图5 3 结点表 2 、弧段表( a r c ) a r c l d ：有向弧段i d f n o d e i d ：有向弧段起点i d 1 n o d e i d ：有向弧段终点i d r o a d l d ：有向弧段所属道路i d p a s s ：路段禁行，l 表示该路通行；0 表示禁行 5 3 2 2 景点数据结构 图5 - 4 弧段表 景点是系统的主要操作对象，需要对其进行统一的编辑管理，因此将景点数 据从一般地理信息数据中抽取出来。景点在路网上有时表现为路网上的一个结 点，有时表现为一个区域。如果表现为区域，则需要通过一个字段( d i s t r i c t ) 来 关联相应的面图元。 对每个景点来说，都可找到路网上的道路通往此景点。每个景点一般会有一 个或多个入口，不失一般性，可将入口看作是路网上的拓扑结点或弧段。如图 5 5 所示，较大的黑点代表景点，三个较小的黑点代表景点的入口。通过指路标 志对该景点进行指引，实际上就是要指引用户如何达到结点6 、弧段( 1 0 ，1 1 ) 或 弧段( 7 ，1 1 ) 。 12 3 4 5 6 7 8 91 0 l o 1 2 1 31 41 5 1 6 图5 - 5 入口结点 在计算机自动标识系统中，如果要查看指引某个景点的指路标志，首先必须 有该景点的指路标志牌数据，如果已经生成相应的指路标志牌，则可直接调用相 关的数据，反之，相关的数据还没有生成，则需要先生成有关的数据，再进行调 用。因此，可用一个字段( r s f i a g ) 区别景点是否已经生成指路标志数据。 由此，景点数据结构设计如下： d ：景点d n a m e ：景点名称 d i s t i l c t ：景点区域 t y p e ：景点类型 e n t r y n o d e s ：入口道路结点i d e n t r y a r c i d s ：入口道路i d e n t r y n a m e ：入口道路名称 r e g i o n ：所属行政区域 r s f l a g ：l 代表带景点已经生成指路标志，可直接查看；0 代表该景点尚未 生成指路标志，要查看标识该景点的指路标志，必须先生成该景点的指路标志。 n o d e x # 景点的经度坐标 n o d e y ：景点的纬度坐标 5 3 2 3 指路标志数据结构 图5 6 景点表 1 、指路标志项 指路标志项是需要写在指路标志牌上的指示信息，至少应该包括以下要素： 指路标志项所指示的内容( 地名或路名) 、指路标志项所在路段、指路标志项所 指示的方向等。当需要建立更详细的指路标志时，还需引入其它要素，如目的地 的距离等。 r s i t e m i d ：指路标志项i d n o d e i d ：r s i t e m 指示的结点( 交叉口) i d f n o d e l d ：r s l t e m 所在弧段的起点m t n o d e i d ：r s i t e m 所指弧段的终点d d i r n u m ：r s i t e m 所指方向的对应值，如3 可代表左转，5 代表直行等，该 值可由f n o d e i d 、t n o d e i d 、n o d e i d 计算而得。 d e s t i d ：r s i t e m 所指目的地或道路的i d d e s t d i s t = 根据当前r s i t e m 的指示，到达目的地或道路所行路径的距离 o a t e i d ：当指示目的地时，r s i t e m 所指路径能通向的景点入口i d 图5 7 指路标志项表 2 、指路标志牌 p a n e l l d ：标志牌i d 。 p a n e l c a t e g o r y l d ：标志牌类别，1 代表普通道路上的牌，2 代表高速公路牌， 3 代表旅游景点牌 n o d e x ：标志牌的经度坐标 n o d e y ：标志牌的纬度坐标 3 、指路标志项一指路标志牌关联表 一块标志牌可以显示多个指路标志项，同一个指路标志项也可以在多个标志 牌上被显示，所以指路标志项与指路标志牌之间是多对多的关系。 p a n e l l d ：标志牌i d r s i t e m l d ：指路标志项i d 5 3 3自动标识系统构建的主要步骤 计算机自动标识系统结合地理信息系统开发平台进行开发，可以开发地理信 息数据的地图化浏览，还可以各种直观的方式显示和查询地图数据，对地图进行 创建和编辑，有利于基本g i s 功能模块的开发与应用。由于客户端的功能模块更 侧重于g i s 功能和数据管理，不是本文研究的重点，故不在此处展开讨论。 景点指路标志模型的构建主要包括以下过程：交通网络数据的生成、景点数 据的准备、建模数据的准备、指路标志项的生成和最终生成指路标志牌。 5 3 3 1 交通路网数据的生成 交通路网数据的生成主要分两个步骤：生成基本路网拓扑数据、加入道路几 何特征数据。 l 、生成初级路网拓扑数据 在系统中，用道路中心线表示道路，如图5 - 8 所示。路网拓扑结构即为道路 的连通关系，路网拓扑数据的生成是指把道路中心线在相交的地方断开，断开的 路段即为路网拓扑结构中的弧段，弧段的端点为拓扑结点。通常一条无向的弧段 可以通过起点终点对来表示两个有向弧段。 图5 - 8 路网中的道路中心线 4 8 2 、加入路网的几何特征 由于指路标志里要显示通往目的地或目标道路的方向，这涉及到道路脚相对 走向的计算。只要知道相邻弧段自j 的夹角就可以方便地计算连接于同一结点各弧 段的相对方向关系。 3 、景点数据的准备 景点数据可以存储在一个点图层，在地图上以点的形状表示。由于部分景点 范围较大，在景点内部可能包含有路网上的道路，或景点内部的道路和普通道路 一样，包含在路网数据里。但在搜索路网时，不应该再搜索景点内部道路，所以， 要为待标识景点建立一个景点的区域范围，以便于将景点内部道路排除。景点的 区域范围存储在一个面域图层中，并与景点的点图层建立对应关系。 另外，由于需要结合景点的重要程度来确定指路标志设置的搜