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基于g i s 的车辆出行诱导系统 摘要 运用g i s ( 地理信息系统) 技术辅助城市智能交通管理是城市交通发展的重 要趋势。交通流诱导又是智能交通系统的核心内容之一，通过推荐行驶路线来 帮助驾驶员选择路线，以充分利用现存的道路网络、有效地缓解交通拥挤，是 有效地管理现代交通、实现交通流优化的一种技术。北京作为中国的首都，一 个国际性的大都市，面临着日趋严重的交通问题。本系统以北京市城市交通现 状为背景，基于g i s 组件技术，实现了通过分析实时采集的交通流数据，判断车 辆出行的最近或最快的到达方式，将结果通过地图显示和信息发布两种方式分 别提供给交通管理部门和最终用户，还有一些交通诱导的辅助功能如对现有交 通状况进行简单管制等。系统以n e t 作为开发环境，开发过程涉及到了最短路 径算法，并在经典算法的基础上进行了优化，一些主流的开发技术，如：w e b s e r v i c e 、x m l 等，并加载 i o 控件，实现地图显示等g i s 功能。系统建成的结果帮 助交通系统人员及时快速了解道路信息，进行相关道路管制，同时为最终用户 提菇实时、准确、快速的信息服务。本系统也为以后城市交通的综合治理以及 开发出更完善的综合信息平台做了必要的基础准备工作。 关键词：g l s ；交通诱导；最短路径 基于g i s 的车辆出行诱导系统 a b s t r a c t 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 ) t e c h n i c a la s s i s t a n c eu r b a ni n t e l l i g e n t t r a f f i cm a n a g e m e n ti si m p o r t a n tt r e n d so fu r b a nt r a n s p o r td e v e l o p m e n t t r a f f i cf l o w i n d u c ei so f l eo ft h ec o r eo fi 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 t h er e c o m m e n d a t i o n n a v e h n gr o u t e sh e l pd r i v e r sc h o o s i n gr o u t e st om a k ef u l lu s eo ft h ee x i s t i n gr o a d n e t w o r k ，a n dt oe a s et r a f 矗cc o n g e s t i o ne f f e c t i v e l y t h i st e c h n o l o g yi st h ee f f e c t i v e m a n a g e m e n to fm o d e mw a n s t x ) r t b e i j i n g ，a sc h i n a sc a p i t a l ，ac o s m o p o l i t a ne i t y , f a c e d 丽t i lg r o w i n gt r a f f i cp r o b l e m s t h es y s t e mi nb 嘶i n gu r b a nt r a n s p o r t a t i o n b a c k g r o u n d ，b a s e do ng i sc o m p o n e n tt e c h n o l o g y , a c h i e v e dt od e t e r m i n et h ef a s t e s t o rt h em o s tr e c e n ta r r i v a lo fv e h i c l e st r a v e lt h r o u g ht h ea c q u i s i t i o no fr e a l t i m e a n a l y s i so f 蛐cf l o wd a t a ，r e s u l t sw i l ls h o wm a p sa n di n f o r m a t i o nr e l e a s e sw e l e t w ow a y sf o rt r a f f i cm a n a g e m e n td e p a r t m e n t sa n de n d - u s e r s s o m et r a f f i ci n d u c e db y s u p p o r t i n gf i l n c d o n ss u c ha so nt h ee x i s t i n gl l a f f i cc o n d i t i o n sc o n t r o ls i m p l y t h e s y s t e m u 辩n e ta sad e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t , d e v e l o p m e n tp r o c e s si m 口o l v e st h e s h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m , i t so p t i m i z a t i o na n ds o m em a i n s t r e a mo fd e v e l o p m e n t t e c h n o l o g i e s 。s u c ha sw e bs e r v i c e , x m la n dm o t h es y s t e mh e l pp e o p l et ok n o w t r a n s p o r ti n f o r m a t i o nq u i c k l y , t oc o n t r o lt r a f f i ca sw e l la st oo f f e re n du s e r sw i t h r e a l - t i m e ，a c c u r a t ea n df a s ti n f o r m a t i o ns e r v i c e s t h es y s t e ma l s od et h en e c e s s a r y g r o u n d w o r kf o ri n t e g r a t e du r b a nt r a f f i cm a n a g e m e n to ft h ef u t u r e ，a n df o rt h e d e v e l o p m e n to f m o r ep 耐e c ti n f o r m a t i o np l a t f o r m k e yw o r d s ：g i s ；t r a f f i ci n d u c e ；s h o r t e s tp a t h 基于g i s 的车辆出行诱导系统 学位论文独创性声明 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中除特别 加以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同 志的研究成果对本人的启示和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声明并表示谢意。 学位论文作者签名 葫1 鼽 日期： 乒神6r 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘。允许论文被查阅和借阅。本文授权辽宁 师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后使用本授权书。 学位论文作者签名 4 2 _ ! ， 指导教师签名： 翻、四 日 瓤2 们，7 、6 、1 l f 、轨 、孙 基于g i s 的车辆出行诱导系统 第1 章绪论 交通作为国家的经济大动脉，是城市人文中的重要组成部分，在国家经济 和人们生活中发挥着重要作用，并与人们的生活息息相关。随着城市人口的快 速增长以及城市之间的沟通的增加，人们对提高道路交通网的通行能力和通行 质量的呼声愈来愈高。因此，完善道路规划，提高道路施工质量，有效减缓道 路交通压力，保证道路网的维护和管理是目前交通管理部门需要解决和关心的 问题。 交通是一个复杂的城市人文要索，并不是孤立存在的，其发展和建设需与 经济、环境、人口等诸多因素有关，只有将这些信息要素与道路规划和设计以 及日常管理和维护工作紧密结合，并利用计算机信息技术，才能建设满足需要 的道路交通网。所有这些信息都依赖于其地理位置等信息。医此g i s 作为信息 系统的一部分是必不可少的。它不仅司以提供直观的可视化效果，将各种信息 以其地理位置为基础进行显示、查询和统计，更重要的是它还能够提供决策者 辅助决策的手段和依据。 当前北京城市交通拥堵现状仍然比较严重，而且这种趋势还将愈演愈烈： 一方面是出行需求总量的大幅度增长，出行距离的增长和机动车出行总量的大 幅度上升；另一方面则是道路和相关设施的沉重负荷与城市空间资源的高度紧 张。城市的发展空间是有限的，当公路建设已无太多文章可做的时候，高科技 的角色就尤显重要，i t s ( 智能交通) 是城市交通优化的高科技手段，它利用现 代科技手段，实施交通的智能化管理，让有限的交通资源利用趋于最大化。 1 1 智能交通系统及其发展 现代城市的发展，随着城市车辆的增加，人、车、路三者关系的协调，已 成为交通管理部门所面临的重要问题。智能交通系统从系统的观点出发，把车 辆和道路综合起来考虑，并将先进的信息技术、数据通信传输技术、自动控制 技术、导航定位技术、图像分析技术以及计算机网络和处理技术等有效的综合 应用于整个交通管理体系，实现交通及运输的优化。是保障社会可持续发展的 一个先决条件。 智能交通系统是现代交通工程的一个发展趋势，也是我国目前的一个科技 基于g i s 的车辆出行诱导系统 攻关项目。 1 1 1 智能交通系统简介 i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m ) 智能交通系统，是通过现代的信息、 通信等技术所组成的用户、车辆和道路的结合体。它利用高新技术对传统的运 输系统进行改造形成一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统。智能交通 系统能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量；同时使社会能够高 效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会经济效益。不但有可能解决交 通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收 费系统等方面都会产生巨大的影响。当然，从广义上讲，空中、海面和铁路的 运输系统也都可以作为智能交通系统的发展方向。 ， 智能交通系统是综合性的技术，既包括装备在汽车内的车载技术，使车辆 智能化，也包括对车辆及车队进行控制、协助、指导、警示的技术。如城市道 路和交通状况的图像监控、交通信息流检测、路口红绿灯控制、城市交通调度 算法、对违章车辆的监测抓拍及不停车电子收费系统等等。 i t s 的功能主要表现在： ( 1 ) 顺畅功能 增加交通的机动性，提高运营效率；提高道路网的通行能力，提高设施效 率；调控交通需求。 ( 2 ) 安全功能 提高交通的安全水平，降低事故的可能性，避免事故；减轻事故的损害程 度；防止事故后灾难的扩大。 ( 3 ) 环境功能 减轻堵塞；低公害化，降低汽车运输对环境的影响。 1 1 2 智能交通系统的发展 智能交通系统( i t s ) 是未来交通系统的发展方向，它将先进的信息技术、数 据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于 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。 2 基于g i s 的车辆出行诱导系统 当前i t s 的服务领域有：先进的交通管理系统、先进的出行者信息系统、先 进的公共交通系统、先进的车辆控制系统、营运车辆调度管理系统、电子收费 系统、应急管理系统等。其中交通控制和线路诱导是现今城市交通的两大重要 管理手段，即为先进的交通管理系统a t i s ( a d v a n c e dt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m ) 和先进的出行者信息系统a t i s ( a d v a n c e dt r a v e l l e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) 。 先进的交通管理系统a 1 粥用于监测控制和管理公路交通，在道路、车辆和 驾驶员之间提供通信联系。依靠先进的交通监测技术和计算处理技术，获得有 关交通状况的信息，并进行处理，及时的向道路使用者发出诱导信号，从而达 到有效管理交通的目的。 先进的出行者信息系统a t i s 采取先进的信息技术、数据通讯技术、电子传 感技术、控制技术及计算机技术将采集到的各种道路交通及服务信息经交通管 理中心处理后传输到交通系统的各个用户( 驾驶员、公共交通利用者、步行者) 使得出行者实时选择出行方式和出行路线。 。 道路交通控制和线路诱导是现今城市交通在线管理的两大重要手段，同时 是i t s 的两大子系统a t m s 、a t i s 系统功能的实现。i t s 中城市交通的在线管理主 要由道路交通控制系统和车辆诱导系统完成。 1 2 交通诱导系统及诱导策略 目前的城市交通拥挤，在很大程度上是因为由于缺乏有关信息和引导，驾 驶员不能合理选择路线，从而造成交通量在道路网上分布不均衡造成的。交通 诱导系统是智能交通系统的重要子系统之一，它是多种高新技术( 如地理信息 系统、定位技术、导航技术、现代无线通信技术等) 的集成，通过推荐行驶路线 来帮助驾驶员选择路线，以充分利用现存的道路网络、有效地缓解交通拥挤。 是更有效地管理现代交通、实现交通流优化的一种技术“。t 9 6 7 年，美国运输 部公共道路局就开始研制开发电子路线诱导系统e r g s ，以向驾驶员提供最优路 线。8 0 年代，美国、日本和德国开始大规模地进行路线诱导系统的研究开发， 以此带动了整个i t s 领域的研究和开发。随着相关技术的成熟和系统的实用化， 交通诱导将在未来的交通管理中扮演重要角色。 交通诱导系统的作用主要体现在三个方面：一在交通管理方面，通过信息 发布系统，将各类交通信息发布到交通现场，使交通参与者得到及时的提醒， 3 基于g i s 的车辆出行诱导系统 降低发生交通堵塞事件的概率。二在交通组织方面，采集的交通状况信息，可 使交通组织者及时全面地掌握实时交通状况，提前采取有关措施，最大限度保 障通畅。三在交通服务方面。根据掌握的交通状况信息和信息发布渠道，向交通 参与者提供交通指导信息。减少盲目交通对路网造成的压力。同时为出行者提 供出发时间和选择方式，促使交通量在整个路网中的负载平衡。 城市道路交通诱导系统，将人、车、路综合起来统盘考虑，通过车辆诱导 来改善路面交通系统，防止交通阻塞的发生，减少车辆在道路上的逗留时间， 实现交通流在路网中各个路段上的合理分配。因此，选择合理可行的诱导目标、 确定即以何种交通流优化模式来实施诱导是十分重要的。 诱导策略是诱导系统的核心思想，它确定向用户提供什么样的路线、如何来 对车辆诱导的问题，决定整个系统的运行目标和机制，以及对系统软硬件构成 的要求，是确定系统其他因素的基础。诱导策略的要素包括诱导目标、诱导变 量和路线寻找方法。诱导目标指进行诱导所要达到的最优目标，是制定诱导策 略的出发点。诱导因素指的是诱导策略中寻找最优路线的依据。如果将诱导与 一个优化过程相对应，则诱导目标、诱导变量和路线寻找方法分别对应着优化 过程的目标函数、优化变量和优化算法。其中，诱导目标是最基本的要素。 诱导策略取决于管理者的要求、用户的特征和实施条件。诱导策略的确定是 综合各种因素的结果，即：是在满足管理者的要求和用户需求下，依照用户特 性，在保证实施可行性的范围内进行。路线诱导是通过调整驾驶员的行驶路线， 使得路网交通流分配达到所希望的状态。对于管理者来说，最关心的问题是： 路线诱导与信息提供能否一定有利于缓解交通拥挤，是否能使路网交通状态达 到满意的状态；诱导用户则希望诱导信息能帮助自己选择一条最满意的路线。 而可行的诱导策略，应在系统利益和用户利益间寻找一种平衡。推荐路线一方 面应保证用户的应获利益，另一方面要不对系统利益造成不能容许的损害。 通过分析不同交通流优化模式的系统效益和用户效益的差别，以及效益和 诱导率的关系，建立适应于不同诱导率下的诱导策略目标，作为诱导系统研究 开发的理论基础之一。实用的路线诱导应以解决城市路网的拥挤问题为目标， 充分考虑城市道路网络交通状况复杂多变的特点，制定实用、灵活的路线诱导 目标策略。在此基础上，从数据采集、优化计算时间、与交通控制系统的集成 等方面入手，以与实际相结合为建设原则，开发实用性强、效益好的诱导方法， 应是我国诱导系统研究开发的基本方向t ；t j 。 4 基于g i s 的车辆出行诱导系统 1 3 城市交通g i s 的提出 由于我国目前交通管理面临如下问题：原始交通地图普遍存在更新迟缓， 包含的信息量有限，对于道路的禁左、单行等属性及新建、拆除等信息无法显 示和实时更新，交通拥堵严重，事故出现时不能及时疏导畅通等。如何实时的 反应交通设旌的变动以及如何更快的疏导拥堵车辆，缓解交通压力在交通管理 中起着至关重要的作用。近年来计算机技术的普遍发展，尤其是g i s 技术的成 熟，使得交通管理信息化成为现实。如何利用先进的计算机技术来显示和管理 各种交通资源信息，使人们能最快、最新的得到各种交通信息，并根据信息为 人们出行提供指导方案就成为当前的一个重要任务。 城市交通g i s 是解决上述问题的有效途径，即以交通道路、与道路相关的 各种交通设施为管理对象，通过地理信息系统技术及w e b 技术，以地图的方式 进行信息发布，向用户提供最新道路信息浏览查询及辅助决策。 其中信息发布包括两个部分，部分是为交通管理人员使用的内部信息发 布，主要是通过交通管理内网，向各级指挥中心、领导决策层、交通管理科技 人员以及基层科队一线提供交通信息，为管理决策、控制指挥、勤务组织、紧 急事件处置等服务；另一部分是为广大交通参与者服务，通过诱导出行而达到 交通流动态调控的目的，从而实现道路网始终处于最佳运营状态，即交通信息 的对外发布。二者虽然侧重点不同，但都是以交通信息为核心的应用系统。 随着信息可视化、数据库、互联网以及多媒体技术的不断发展，推动了信 息处理技术特别是与地理信息技术相关的应用在各行各业不断深入。随着现代 指挥系统的发展，以及社会信息化的发展，按照统计，现代化信息系统中，有 8 5 以上的数据均有地理属性，因此要开发城市交通g i s ，充分利用现有的g i s 系统对空间数据处理的独特优势，帮助用户分析、查询大量数据信息并以地图 方式显示结果，将传统的数据带入到可视化空间中，同时结合m i s 系统进行数 据库的各种信息处理，并以表、统计图等形式显示。另外，g i s 还提供强大的可 视化的表现能力，可以把各种分析结果以适当的形式，直观立体的方式显示在 图上，使分析人员对各个方面的情况有一个更加形象的、全面的了解，统筹安 排，提高了决策效率，减少了片面性，大大提高了现代化管理水平。同时由于 采用w e b 技术基于i n t e r n e t 的特有优势，使得用户不必在自己的本地计算机上 安装g i s 软件就可以在i n t e r n e t 上访问系统提供的地图和数据信息，可以在任 基于g i s 的车辆出行诱导系统 何时间，任何地点进行最新道路信息的了解，最短路径的查询，道路及各种交 通信息的查询，极大的方便了用户。 1 4 本人所作的主要研究工作 本系统通过获取北京市装载g p s 车辆的信息，实时采集城市路网动态交通数 据，结合实时和历史交通数据，开发车辆实时路线优化和动态诱导系统，为城 市交通管理提供信息支持。研究的内容包括：g p s 数据获取、数据分析与通讯、 最短路径算法以及g i s 地图显示。由于系统结构复杂，非个人能力所为，本人所 作的工作主要是对出行诱导算法的进一步完善和部分地图显示与操作功能的实 现。 6 基于g i s 的车辆出行诱导系统 第2 章系统交通数据来源及获取 车载g p s 的浮动车检测技术可以实现实时的信息传播( 实时地理坐标、行 驶速度) ，这些数据能够详细反映车辆在城市路网中的相对位置以及浮动车的 运行状态。由于浮动车在路网中的运行状态是由道路等级、交通流情况、交通 状态等因素制约的，所以由大量的浮动车采集到的点车速、路段旅行时间和路 段平均速度等交通信息参数可以真实地反映路网交通状态，利用采集到的数据 进行交通状态分析与预测是有效可行的，而且预测的结果会更准确。 许多情况下，载有g p s 检测设备的车辆数据需要直接提出，经过简单的算 法整理即发送到系统。此时需要建立g p s 本地实时信息采集系统，通过无线渠 道采集g p s 实时车辆的各种信息，经过简单的算法整理，然后直接生成儿交 换数据包传送到系统”。 对于直接物理环境下的g p s 实时信息的汇总，首先要建立一套信息采集系 统，该系统不需要完成服务功能，只需要完成原始数据的预处理，并形成x m l 数据包上传给系统。系统数据采集设计如图2 1 所示： 圈 1 教据采簟藏程圈 为了保证每一条径路都会有浮动车经过，达到采集数据样本量充足的目的， 选择带有车载g p s 的出租车和公共汽车作为浮动车在路网中行驶，因为公共汽 7 基于g i s 的车辆出行诱导系统 车是城市大部分出行者的主要的出行方式之一，对城市交通流量的变化规律具 有一定程度的代表性；出租汽车的行驶轨迹是不固定的，基本上根据虽短路径 原则得到的，所以在出租车内安装车载g p s 作为浮动车可以遍历路网中的大部 分径路，实现每一条径路都有浮动车经过地要求。从车载g p s 的浮动车系统获 取的交通数据包括径路的类型，例如快速路或主干道、速度、旅行时间、车辆 位置、经度、纬度、路网的特征和浮动车旅行的特征( 如行驶的0 点和d 点、 出发的时刻等) 。同时，通过主要道路埋设的感应线圈检测器还可以获碍交通 流量、速度、占有率等交通流参数。 8 基于g i s 的车辆出行诱导系统 第3 章系统使用的相关技术 3 1 采用n e t 技术的架构设计， a s p n e t 完全基于模块与组件，具有更好的可扩展性与可定制性，数据处理 方面更是引入了新技术，同时也提供给w e b 开发人员更好的灵活性，有效缩短 了w e b 应用程序的开发周期。a s p n e t 为中小型乃至企业级的w e b 商业模型提供 了一个更为稳定，高效，安全的运行环境。图3 - 1 为n e t 应用体系结构图。 选取n e t 作为系统开发技术的考虑： ( i ) 使用n e t 技术，可以更加方便的利用操作系统集成的服务，充分发挥系统 资源的优势； ( 2 ) n e t 系统架构的简单易用性，决定了使用它的开发效率较高； ( 3 ) 使用n e t 框架的开发和维护费用更低，部署更加简单、方便； ( 4 ) n e t 对x m l 和w e b 开发的支持： 从多语言开发、代码的版本控制、高效费比、部署方便、较高得开发效率、 系统的稳定性等方面考虑，选择了n e t 开发环境。 3 - 1 n e t 应用体系结构圈 9 基于g i s 的车辆出行诱导系统 3 2 以x m l 为标准的数据封装与传输 x 儿技术为全方位跨系统的管理和应用提供了新的保障，在) a d l 。基础上的 s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 技术和w e b 技术将对实时数据库系统 的应用格局提供强大的支持”。) ，建立了种传输结构化数据的方法，这正适 合系统数据的传输需求。x m l 使得从实时数据库系统( 实时交通流管理系统) 传 输到集成变得非常容易，利用i n t e r n e t 技术，它实现了以任何文件格式进行再 使用、搜索和交换数据信息。x m l 为从数据采集底层的监控和实时数据库系统、 先进控制到较高级别的交通应用程序的纵向信息系统集成，提供了更好的方式。 将获得的实时交通流数据信息嵌入到系统中，加强了实时数据库系统的数据集 成能力。 田3 - 2 阻最嚣t 啪存储圈 通过在实时数据库系统中引入x m l 技术，实时数据库系统增强了数据服务 的能力，在应用上扩展能力更强，同时数据集成能力、异构数据库的互联能力 都得到了质的突破。在实时数据系统上建立中间层组件( 儿w e bs e r v i c e s ) ， 使实时数据库系统对于企业的信息集成和数据交换、跨系统访问和各种应用提 供了更为强大的支持。 a s p n e tw e b 服务项目模板是基于w e b 的项目，旨在创建将其自身的接口 1 0 基于g i s 的车辆出行诱导系统 公开为) 叫。w e bs e r v i c e s 的中间层组件。创建的业务对象将在w e b 服务器上 运行，提供分布式应用程序所需的性能和可伸缩性。另外，把业务对象中间层 实现为x m lw e bs e r v i c e s ，这样客户端可以使用标准i n t e r n e t 协议从任何系 统与业务对象迸行通信。 几w e bs e r v i c e s 组件将保存数据连接和数据集定义。然后将添加) 礓几w e b s e r v i c e s 方法以公开此数据集，这使其他应用程序能够查看和修改此数据集。 3 3w e bs e r v i c e 技术 w e bs e r v i c e 是近两年最炙手可热的新技术，各大i t 公司都纷纷大力投入。 且前，从开发工具、管理工具到运行系统都有很多成熟的产品可供选择，特别 是n e t 技术对w e bs e r v i c e 的支持。w e bs e r v i c e 技术已经到了成熟阶段，本 系统在对比各种传统技术后，决定采用这种技术作为系统的对外接口。和传统 的分布式应用技术相比，w e bs e r v i c e 的优势很多，其中最重要的两点是： ( 1 ) w e bs e r v i c e 得到了i t 行业的普遍支持。 w e bs e r v i c e 是基于网络的、分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵 守具体的技术规范，这些规范使得w e bs e r v i c e 能与其他兼容的组件进行互操 作。它可以使用标准的互联网协议，像超文本传输协议 ：r f r p 和x 札，将功能 体现在互联网和企业内部网上。w e bs e r v i c e 平台是一套标准，它定义了应用程 序如何在w e b 上实现互操作性。n e t 开发环境的建立，使w e bs e r v i c e 的使用 更加灵活方便。w e bs e r v i c e 技术使i t 业在分布式应用技术上重新站到了一起。 业界的大力支持使w e bs e r v i c e 得以迅速发展 ( 2 ) w e bs e r v i c e 使用简捷的技术实现强大的功能，使得分布式开发更简单、 更高效。 裂8 bs e r v i c e 使用x 虹语言来接述服务接口，筒便直观，恧传统的技术都使 用专用的i d l ( 接口定义语言) ，必须经过专门学习才能理解和使用。) 姐使用 基于阳广r p 协议的s o a p 协议，更简便高效，传统技术都使用底层通讯协议。 w e bs e r v i c e 的主要目标是跨系统的可互操作性。为了达到这一目标，w e b s e r v i c e 完全基于几( 可扩展标记语言) 、x s d ( x 虬s c h e m a ) 等独立于系 统、独立于软件供应商的标准，是创建可互操作的、分布式应用程序的新系统1 。 由此可以看出，使用w e bs e r v i c e 技术设计数据汇总的接口层，更可以实现异 基于g i s 的车辆出行诱导系统 构环境的跨系统的数据通信。 3 4 组件式g l s 技术 一个完整的地理信息系统是由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成， 其中软件是g i s 的核心，关系到g i s 的功能。纵观g i s 的发展历程，g i s 软件从 最初g i s 模块到g i s 集成式、模块化g i s ，再到核心式g i s ，这些g i s 软件不是 集成困难。就是开发困难，都不方便用户使用。随着组件技术( c o m 、j a v a b e a n 、 c o r b a ) 的问世给g i s 带来了巨大的生机，出现了组件式g i s 技术( c o m g i s ) 。 所谓组件式g i s ，是指基于标准的组件式平台，以一组具有某种标准通讯接 口、允许跨语言应用的组件提供的g i s ，这种组件称为g i s 组件“。各个组件之 间不仅可以进行自由、灵活的重组，而且具有可视化的界面和使用方便的标准 接口。 组件式g i s 具有以下特点： ( 1 ) 无缝集成 c o m g i s 提供了实现g i s 功能的组件，专业模型则可以使用这些通用开发环 境来实现，也可以插入其它的专业性模型分析控件。因此，使用c o m g i s 可以实 现高效、无缝的系统集成。 ( 2 ) 跨语言使用 传统g i s 一般都提供一套独立的二次开发语言，这既是g i s 基础软件开发 者的负担，也给用户带来学习上的负担。c o m g i s 的用户则不必掌握专门的g i s 开发语言，只需熟悉基于w i n d o w s 平台的通用集成开发环境，以及c o m g i s 各个 控件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开发和集成。 ( 3 ) 易于推广 组件式技术己经成为业界标准，非专业的普通用户也能够开发和集成g i s 应用系统，推动了g i s 大众化进程。 ( 4 ) 开发成本低 由于传统g i s 结构的封闭性。使得软件变得越来越庞大，不同的系统之间 交互性差，系统的开发难度大。c o m g i s 提供空间数据采集、存储、管理、分析 和模拟等功能，大大降低g i s 软件开发成本和开发难度。 ( 5 ) 无限扩展性 1 2 基于g i s 的车辆出行诱导系统 在组件式软件技术背后，有一个十分庞大的组件资源库，用户可以从不计 其数的组件中挑选需要的组件与c o m g i s 一起集成应用系统，这种方式极大地扩 展了g i s 的功能。因此，使用c o m g i s 集成应用系统，具有无限的扩展性。 基于g i s 的车辆出行诱导系统 第4 章系统设计实现 4 1 系统的需求与建设目标 车辆出行诱导系统主要通过为出行车辆提供参考信息来优化交通流的分布。 本系统以交通道路为基本框架，对交通出行进行诱导服务，以信息的对内和对 外发布为目标。其中，信息的对内发布针对交通管理人员，具有一般的g i s 软件 的功能，如：地图缩放、漫游、空间对象选择；交通管制空间数据库的维护； 查询的路径结果在地图上加亮显示；单行线显示。信息对外发布针对最终用户， 用户一方面可以通过互联网进行最短路径查询；另一方面可以通过手机将到达 目的地以及希望的查询类型( 路径最短、时间最短) 等信息发送到中国移动北 京分公司的一个特服号上，运营中心读取短信，定位用户的地理位置，根据用 户希望的查询类型，计算出最优路径，并以手机短信方式发布到用户手机上。 系统通过以上两种方式提供用户出行信息服务。系统建成的结果帮助交通系统 人员及时快速了解道路信息，进行相关道路管制，同时为最终用户提供实时、 准确、快速的信息服务。 4 2 系统总体结构 系统在服务器端接收数据并对数据进行处理，通过w e bs e r v i c e 将数据传 给客户端，根据交通监控的需求情况，系统客户端设计了b s 与c s 相结合的 实现方案。c s 方式主要用于数据维护，同时也具有和b s 方式相同的查询功 能。c s 方式对网络要求高，处理速度较快，系统安全性高，且具有良好的交互 性，对图形数据具有很强的编辑处理能力，对空间数据的存储效率较高。但客 户端和服务器端都需要处理部分任务，对客户机的要求较高，并且由于功能需 求变化的频繁性，应用软件通常需要不断的更新，要重新安装到客户端。b s 结 构具有广泛的信息发布能力，但是对服务器的性能要求高，且不适合复杂的交 互式应用。 b s 架构和c s 架构各有优缺点，可以互补。故采取以b s 架构和c s 架构 相结合的程序设计结构模式是当前的最佳选择。 1 4 基于g i s 的车辆出行诱导系统 4 3 服务器端功镜设计 4 3 1 最短路径问题 进入2 l 世纪以来随着计算机的普及以及地理信息科学的发展，g i s 、g p s 的 强大功能得到了日益广泛和深入的使用，而网络分析作为g i s 较为重要的功能 之一在交通运输领域发挥了重要的作用。在网络分析中最重要的问题之一是最 短路径问题，它作为许多领域中选择最优问题的基础，在交通网络分析系统中 占有重要地位。从网络模型的角度看最短路径分析就是在指定网络中两节点间 找一条阻碍强度最小的路径。但最短路径的含义并不只是地理位置的最短距离， 还可以引申到其它的度量，如：时间、费用、容量等。其在实际中常用于车载 导航系统及各种城市应急系统中。 经典的最短路径算法d i j k s t r a 算法由荷兰计算机科学家艾兹格迪科斯 彻发现，是目前多数系统解决最短路径问题采用的理论基础，并在各种优化问 题上得到广泛的应用“。算法的输入包含了一个有权重的有向图g ，以及g 中的 一个来源顶点s 。以v 表示g 中所有顶点的集合。每一个图中的边，都是两个 顶点所形成的有序元素对。( u ，v ) 表示从项点u 到v 有路径相连。e 为所有边的 集合，而边的权重则由权重函数w ：e 一 o ，一 定义。因此，v ( u ，v ) 就是从 顶点u 到顶点v 的非负花费值( c o s t ) 。边的花费可以想像成两个顶点之间的距 离。任两点问路径的花费值，就是该路径上所有边的花费值总和。己知v 中有 顶点s 及v ，d i j k s t r a 算法可以找到s 到v 的最低花费路径“。 算法是通过为每个顶点v 保留目前为止所找到的从s 到v 的最短路径来工作 的。初始时，源点s 的路径长度值被赋为0 ( d s = 0 ) ，同时把所有其他顶点 的路径长度设为无穷大，即表示我们不知道任何通向这些顶点的路径( 对于v 中所有顶点v 除s 外de v = o o ) 。当算法结束时，d v 中储存的便是从s 到v 的最短路径，或者如果路径不存在的话是无穷大。d i j s t r a 算法的基础操作是 边的拓展：如果存在一条从u 到v 的边，那么从s 到i 1 的最短路径可以通过将 边( 1 1 。v ) 添加到尾部来拓展一条从s 到v 的路径。这条路径的长度是 d u 3 + w ( u ，v ) 。如果这个值比目前己知的d v 的值要小，用新值来替代当前de v 中的值。拓展边的操作一直执行到所有的d v 都代表从s 到v 最短路径的花费。 当d u 达到它最终的值的时候每条边( u 。v ) 都被拓展一次。 基于g i s 的车辆出行诱导系统 本系统以d i j k s t r a 算法为基础，并针对计算量太大的路径进行了优化，当 运行到第9 层叶子节点时判断如果节点数超过1 0 0 0 0 个，只保留距离终点最近 的2 0 0 0 个，进行下一步运算，这样大大简少了计算量，提高了运算速度。 4 3 2 系统处理流程 系统处理总体流程：用户在客户端输入所要查询路段或地点起点和终点的 名称，通过w e b 引用，调用w e b s e r v i c e s ，在w e b s e r v i c e s 中通过函数r o u t e f i n d e r 进行路径查询处理，寻找从起始点到目的地的最佳出行方式，如果求最短距离， 调用m i n d i s t a n c e 函数，把每条路的权重设置成这条路的长度；如果求最短时 间，则调用m i n i t i m e 函数，根据历史数据把每条路的权重设置成这条路的速度。 通过计算，w e b s e r v i c e 将d a t a s e t 数据集返回给客户端。如图4 - 1 ： 巳圈匡雪甲叵雪匡雪 ： 溯一 ： 卜叫起点，终氟劂螗： ：卜爿尉舒新篷淘一： ： ：一 ： ：；o 挈j 瓿柏查渺： ： _ - 叫 ： ： ：路径信息。 融数据射 i p 1 圈- 1 系统处理麓程啊 在诱导过程中排除掉被禁止通行的路，同时如果存在受限制的路口，也排 除掉被限制的路口，通过对全地图的搜索，可以得到一条最佳的出行路线。 基于g i s 的车辆出行诱导系统 4 3 3 主要接口、类、对象设计 本系统设计如图4 2 、4 3 所示： 田_ 2 出行诱导赛田 ( 1 ) i d a t a d e a l e r 接口：接收数据中心传送过来的数据，并根据数据类型调用 相应的能模块。 ( 2 ) f i n d e r f c a d e 类：i d a t a d e a l e r 对象通过调用g e t o p t i m a l r o a d o 方法，传 入起始位置、目的地、查询原则( 时间最短、距离最短) ，经过f i n d e r f c a d e 类对象对g p s 数据的处理返回一个数据集合。 ( 3 ) l o d f i n d e r 接口：查询起始位置、目的地是否存在，并且把g e t o p t i m a l r o a d ( ) 方法得到的参数转化为i r o o t f i n d e r 需要的参数。 ( 4 ) r o o t f i n d e r f a c t o r y 类：根据查询原则，生成调用不同的路径诱导算法。 ( 5 ) i r o o t f i n d e r 接口；根据起始位置和目的地查询出符合条件的路径。 1 7 基于g i s 的车辆出行诱导系统 啊4 - 3 出行诱导模块类重 ( 1 ) i r o o t f i n d e r 说明： 属性说明： i n ts o ：起点i d i n ts e ：终点i d 函数说明： m a t c h b e s t r o u t e 0 ：根据起点和终点，寻找最佳路径； 类对象g e t o b j r e s u l t ( ) ：对得到的最佳路径进行序列化，返回x m l 结果。 ( 2 ) a b s t r a c t r o o t f i n d e r 说明： 是一个抽象类，显现i r o o t f i n d e r 接口的函数。 属性说明： m e m b e r ：记录每个路口被行走过的情况： s t e p r o u t e ：记录不同的行走路径所走过的路的信息； 函数说明： j u d g e f o r b i d r o a d ( ) ：判断一条路是否被禁止行驶； j u d g e f o r b i d e r o s s 0 ：判断一个路口是否被禁止转向； j u d g e a l r e a d y c r o s s ( ) ：在路径诱导过程中，判断一个路口是否被走过，如果走 基于g i s 的车辆出行诱导系统 过比较是否有必要继续走下去，这个函数用到m e m b e r 类对象； j u d g e d r i e c t ( ) ：判断是上行还是下行： f o r m a t r o u t e ( ) ：对选择的最佳路径，进行文字描述； g e t p o w e r ( ) ：判断一条路的权值； g e t r o a d n a m e ( ) ：取得每个经过的路的路名。 ( 3 ) l o n 【酬i n i r o o t f i n d e r 说明：； 函数说明： g e t p o w e r o ：判断一条路的权值，权值是路的长度； f o r m a t r o u t e0 ：对选择的最佳路径，进行文字，描述语言遵守最短路径原则； ( 4 ) t i m e m i n i r o o t f i n d e r 说明： 函数说明： g e t p o w e r 0 ：判断一条路的权值，权值是走完这条路用的时间； f o r m a t r o u t e ( ) ：对选择的最佳路径，进行文字，描述语言遵守最短时间原则； 属性说明： c r o s s i d ：路口的代号 r o a d i d ：到达路口的路段i d p o w e r ：从这个路段达到这个路口时，权重的值 ( 5 ) s t e p r o u t e 说明： 记录每个经过的路，并记录现在的位置，直到终点 属性说明： c r o s s i d ：路口的代号 r o a d i d ：到达路口的路段i d p o w e r ：从这个路段达到这个路口时，权重的值 r o u t e ：经过的所有的路 4 3 4 系统实现 本系统服务器端采用c # 作为开发语言，c # 是n e t 平台通用的开发工具，是 一种高效、安全、灵活的现代程序设计语言。实现过程如下： ( 1 ) 数据加载 程序以v o i da p p l i c a t i o n _ s t a r t ( o b j e c ts e n d e r 。e v e n t h r g se ) 作为入口 基于g i s 的车辆出行诱导系统 函数开始启动，调用l o a d d b 0 函数，代码如下： p u b li cb o o ll o a d d b ( ) o r a c l e c o n n e c t i o nc o n n e