（交通运输规划与管理专业论文）城市交通信息发布系统的研究与应用.pdf

a bs t r a c t w i 廿lt l l ee x p l o s i o no fp o p u l a t i o na n de c o n o m y 也ep r o b l c n lo f 拄a m cj 跚i s b e c o m i l l g 也eo b s t a c l eo f u r b a nd e v e l o p m 助t u r b a n1 h 伍ch l f b n l l 撕o n d i s s 砒a t i o ns y s t e i nb a s e do ni i l t c r n e tw i t hr e s p o n s i b i h t i e so fc o l l e c t i n a i l a l y z i i l g 锄dd e l i v e r i l l gr e l a t e d 廿a f f i ci 幽皿a t i o ni so n co f t l l ee 疏c t i v em 砌o d st or e s 0 1 v em e p m b l 咖i tp r 0 、r i d e sh i 9 1 lq u a l 时s e n r i c eo fr e a l t i m e 恤佑ci i 渤衄a t i o ni nv a r i a b l e w a y s h 1a d d i 廿o n ，i ti sa 勺，p i c a la p p h c a d o n 矗e l do f 呦g i s h lt 1 1 e 如m r ey e a r s ，t 1 1 ed i s 伍b u 矗o no f 缸丑m cn o wi nb e i j 崦u r b a i lr o a dn e t w o r k i su n s t a b l e ni sd i 伍c u l tf o rp e o p l et op 疵i c i p a t ea i l dm 锄a g em er e g l l l 撕t yo f t h 伍c t r i p e s om 出n gt l l ed d z 吼l l o 诵n g 锄dm 签t e r i n gr e a l 一劬e 衄佑ci n f b m a t i o ni s m u c hb e n e f i tt 0l i v i n gq u a l i 何h lt h i ss i t l l a t i o i l ，a ne 丘e c 6 v e 仃a 伍ci i l f o m l a d o n d i s s e i i l i i l a t i o ns y s t e r ni sl 】n d o u b t e d l yak e yd e v e l o p m e mt e n d 吼c yf o rt r a 伍c i i l f o 锄a t i 硪蚰义餍鸵砑揭眵笥贻抡海 i ；l 强试星呼婴型躐塞璧雾黝霉；嚣嘉嚣薹撼雌鑫孽妄囊蓄漭誊。墅彗越鑫掣黍喳疆曼塑葬譬；刿荔；蠢并薪寒瞬黧冀羹羹婺囊菘嚣攀：l ；i 纛菰矍镯帮裂f o rt r a 伍c iilfo锄ations ) r s t 锄g f o l h l d e do nr e q l l i r e m e n ta n a l y z i n g oftra伍c幽rnl撕on a i l dr e s e a r c ho f 打a 伍ci n f o m l a 矗o n s y s t e m ，w e a d o p t e dt h r e e - t i e rb r o w s e r s e r v e r d i g 啊b u t e ds 讯l c t u r ea n d b 试l ta 1 1 dde si弘cdt l l e 曲m e w o r ko f u r b a l l 仃a 伍c i n f o 咖a t i o nd i s s e i i l i i l a t i o ns y s t 黜e x c e p t mec o n c e p t r c s e a r c h ，也et h e s i s d锄onstra把s a 扭f 0 n a t i o nd i s s e m i n a t i o nm o d e l b 嬲e do n w 曲g i s 矗) rc o m m e r c i a lv e b i d e schedmea n di m p l e l n e i l t sm e e x p 鲥m e n t a ls y s t 锄n m a i n l yi n c l u d e s ：( 1 ) b 船edo n1 i t 盯a t i l r es e a r c h j i l ga n dr e“ewin吕moroughly ana：lyzed6haractersofv撕oustm伍chfb衄ationsyst锄s；(2)geile嘲lyi11仃oducedgisaild“s印plicationin缸锄sportationgiileering， 独创性声明 本人声明所呈交的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，也不包含为获得北京工业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。 签名： 女l 楠 日期：竺 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、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：垄! 塑导师签名： 1 1 研究背景 第1 章绪论 交通运输支撑着人们的日常生活和经济活动，对社会发展起着十分重要的作 用。然而，随着世界经济的高速发展，交通拥堵问题成为备受关注的社会问题。 智能交通系统的出现被认为是缓解这一问题的极具潜力的手段，它将先进的计算 机、通信、控制技术相结合，运用于交通运输业来提高运输质量和效率。【1 1 智能交通系统( r r s ，h n e l l i g e n tt r a i l 8 p 0 血d o s y s t m ) 由于能够为出行者和 交通管理者提供全方位的、实时的路网交通信息，从而提高其出行决策与管理决 镱的科学性，目前已成为公认的提高道路交通时空资源利用率的最佳途径。先进 的交通管理系统( a t m s ，a d v a n c e d 眦p o r t 撕0 nm 蚰a g e m 即ts y s t 哪) 是r r s 的 核心部分，它是一种先进的交通监视、控制和信息处理系统，它利用先进的传感 器技术、通信技术、电子技术和数据的分析、融合、处理、挖掘等技术实现对城 市交通的管理与控制，可以有效地改善现有路网的运行状况，提高道路有效利用 率和交通流量，减少道路的交通拥挤程度、交通事故的发生率及因交通拥挤、事 故等造成的出行时间延长，降低油耗、减少废气排放污染，从而提高交通管理部 门的管理效率。交通信息化是删s 的重要特征，而“交通信息发布系统”是 交通信息系统的重要组成，所发布的交通实时信息不仅为交通管理人员提供有效 的交通管理、控制、诱导依据，最大限度均衡路网交通流分布，提高现有道路通 行能力，同时也有利于广大出行者和驾驶员了解路面实时动态信息，对于更加方 便市民出行，提高人民生活质量将起到十分重要的作用。 交通信息发布系统不仅是智能交通系统的重要组成部分，也是g i s ( 地理信 息系统) 的一个典型应用领域。6 0 年代，西方国家就开始了这一领域的研究并 取得了极具价值的科研成果；近年来，随着交通问题的不断深化以及相关领域技 术的不断发展，世界各国竞相开展全面的研发与试验，力图通过先进的技术手段 改善交通系统面貌，促进交通信息可视化、可控化、智能化的完全实现。可以预 见，这一领域的研究必将成为2 1 世纪交通运输发展的历史性潮流，具有一定的 见，这一领域的研究必将成为2 1 世纪交通运输发展的历史性潮流，具有一定的 现实意义。 北京工业大学工学硕士学位论文 随着国际信息高速公路的建立，基于i n t 锄e t 的w 曲g i s ( 网络地理信息系 统) 为交通地理数据及其属性数据的发布、共享、查询与分析提供了新的途径， 已经成为国内外研究和开发的热点。与传统的g i s 相比，w 曲g i s 访问范围更广 泛，实时性强，数据可分布管理，操作更简单，能适应于不同的软硬件平台，使 得系统成本降低，具有广阔的应用前景。建立在互联网基础上的交通信息发布系 统可以使人们不受时间、地点的限制，充分利用网络对信息传播的优势，更深入 地了解交通信息状况，为出行者提供及时的帮助，为城市建设部门的规划设计和 决策分析提供可靠的依据。众所周知，机遇总是与挑战并存，在现有条件下，如 何利用交通地理信息、路况信息、交通量信息等进行交通运输管理，提高路网服 务水平，最大限度地发挥公路的总体效能。 刁更加快速、有效、广泛地为广大用 户提供更好的交通信息服务成为当前迫切需要解决的重要课题。 北京作为一个快速发展的国际化大都市，城市交通管理面对城市建设的快速 发展和交通需求高速增长的双重压力，特别是2 0 0 8 年即将举办的奥运会将使北 京交通管理面对更大的考验。多年来，国内外的实践经验证明，单纯依靠修建道 路基础设施和传统的运行管理方式，不仅造成严重的资源浪费以及环境污染问题 而且不能从根本上缓解交通拥挤。所以除了要有相应的宏观交通政策予以支持 外，采用高新技术的现代化的交通管理手段十分重要。 本论文正是在以上大背景条件下，依托导师石建军副教授所承担的北京市科 委科技研究项目“商用车辆运营关键技术及示范工程”而进行的信息发布方面的 研究。 该项目的目标是使物流企业充分合理的利用社会资源，降低物流成本，提高 物流服务水平，同时以整个城市的可持续发展为目标，减少交通拥堵，促进北京 物流业的发展。商用车辆运营管理是指物流公司配送车辆运营管理，主要内容涉 及配送车辆调度、配送车辆管理、配送车辆的定位跟踪等。 项目最终设计实现了一套商用车辆调度系统，论文正是对这个系统中的信息 发布问题进行了深入而广泛的研究。 1 2 相关研究情况 1 2 1 国外研究发展状况 早在6 0 年代西方发达国家就开始建设交通数据库管理系统，推动交通管理 业务的现代化与科学化，9 0 年代初，美国、德国、瑞典、丹麦已基本实现交通 信息网络化的数据库管理系统。美国对交通信息采集、处理分析、发布系统的 研究开展较早，在各个城市道路和高速公路上有广泛应用。他综合利用交通信息 系统、通讯网络、定位系统和智能化交通分析与选线系统，使交通参与者变被动 为主动，使出行者对将面对的交通环境有足够的了解，并据此做出正确的选择， 从而改善交通拥堵，最大限度地提高路网的通行能力。 先进的出行者信息系统( a d v a l l c e dt r a v d e rm f o m a t i o ns y s t e m ，a t i s ) 主要 是对交通出行者提供及时的信息服务。在出行前通过办公室或家庭的计算机终 端、咨询电话、咨询广播系统等，向出行者提供当前的交通和道路状况以及服务 信息，以帮助出行者选择出行方式、出行时间和出行路线。在出行途中，通过车 载信息单元或路边动态信息显示板，向出行者提供道路条件、交通状况、车辆运 行情况、交通服务的实时信息，通过路径诱导系统对车辆定位和导航，使汽车始 终行使在最佳路线上，使出行者以最佳的出行方式和路线到达目的地。 g c mg a t e w a y 旅行信息系统获得2 0 0 3 年i t s 用户组最佳提名奖，它是 美国运输部( u s d o 正u i l i t c ds t a _ c e sd 印a m n 铋to f t r 锄s p o r t a t i o n ) 资助的旨在提 升地面运输多式联运效率的四个国家项目之一，g c mg 盯e w a y 覆盖到伊利诺 州、印第安纳和威斯康星州的超过2 5 0 0 平方公里土地和1 0 0 0 万人口的范围。 g c mg a t e w a y 的主要功能是收集、处理和发布旅行时间、道路建设和维护、 交通事故、天气状况以及其他运输系统所涉及的信息等等，所有的信息面向用户 实时提供，用户可以在互联网上方便访问。信息通过g a t e w a y 的交换，同时 提供给政府组织、运输服务运营者以及其他的公共旅行信息机构。在系统网络结 构上，g c mg a t e w a y 采用混合型分布式配置，其通过位于三个地区的三个交 换网关进行互联，中心网关位于芝加哥运输部的交通通信中心，在每个网关之下， 带有来自各个子网、各个道路监测点的下级接入点；在系统逻辑结构上，g c m 北京工业大学工学硕士学位论文 g a t e w a y 分为数据采集、中心处理和数据发布三大部分，数据采集来自各个 网关下的道路监测点、气象站、事故现场、运输机构等等，采集的手段多样，包 括网上交换、传真等。g c mg a t e w a y 的特色是其实时性、公共性和开放的技 术标准。g c mg a t e w a y 通过多个具有扩展数据计算能力、通信能力和数据存 储能力的服务器、客户机与网关组成的群组，达到了实时信息收集、处理和海量 存储、宽带访问的能力，由此向用户提供了一个复杂的、集成的、多模式的运输 信息和管理系统，满足了覆盖g c mg a t e w “走廊范围的公众、旅行者、运 营者和相关管理机构的需要。 得益于完善的i t s 框架体系，日本交通控制中心的信息采集、处理、发布功 能完善。目前日本在a t i s 的实际部署方面处于国际领先地位。例如，日本的城 市交通控制系统( u r b a r it r a 伍cc o n t r o ls y s t 吼，u t c s ) 已经将先进的车载导航和 诱导系统安装在新款汽车上；廉价高效的道路车辆信息通信系统( v c 虹d e h l f o 吼a t i o n & c o m m u l l i c a t i o ns y s t 啪，v i c s ) 在1 9 9 6 年已经开始市场运营，目 前已经有8 5 0 万辆车安装了车载信息装置。 v i c s 系统是日本a t i s 的核心，城市道路和高速公路的道路交通堵塞、 驾驶车辆行经道路旅行时间、交通事故、道路施工、车速及路线限制、停车诱导 等交通实时信息通过道路上设置的检测装置分别由警察部门和高速公路管理部 门负责提供给信息中心，信息中心经过规范化处理后利用f m 多重放送等手段 将多种诱导信息再发送给车辆，结合车载g p s 接收机的定位功能，从而辅助驾 驶员选择最佳行驶路线，疏散交通流量，将整个交通状况向理想状态引导，使交 通顺畅和安全。v i c s 系统中交通信息采用三种方法由中心发送到给驾驶员的车 载装置。这三种方法分别是：1 ) 道路管理者设置运用的无线电信标；2 ) 公安委 员会设置运用的光( 红外线) 信标；3 ) 采用广域信息的f m 多频广播方式的信 息传播。发布包括有文字显示型和以地理信息系统为基础的简易图形型、地图显 示型三种可供驾驶员使用的信息。目前销售的汽车导航系统中几乎所有机型都具 备与c s 相对应的系统扩展功能，只要将所选设备与天线、感光器接通就可 接收信号。 在欧洲大力实施d r j v e ( 欧洲汽车安全专用道路设施，d e d i c a t e dr 0 a d 第1 章绪论 i n 觚咖c t u r c6 ) rv 曲i d es a f e t yi ne u r o p e ) 项目中，交通效率与安全蜂窝式通信系 统s o c r a r e s ( s y s t e mo fc e l l u l 码r a d i of o rt r a 最ce 伍c i c l l c ya 1 1 ds a f c l 功作为 d r e 项目的核心，它是一种有效发挥传统的蜂窝无线电话基础设施( 地面站) 的作用，使交通控制中心与行驶中的车辆进行双向通信的系统，s o c r a t e s 的 下行线路可通过“广播方式”向行驶在各种地面站网络内的装有s o c r a t e s 车 载装置的车辆，提供道路交通状况的详细信息。这些信息可与存储在车载导航计 算机中的数据连接，并可用于驾驶员最佳路线的计算。上行线路利用多频存取协 议经过基地台向交通控制中心发送信息，通常主要用于通报行程时间、紧急事件 信息等。因此，多数车辆可利用s o c r a t e s 而不会给蜂窝式移动电话系统的能 力带来影响。 e u r os c o u t 是以德国西门子公司为主开发并推向市场的，是以红外信标 为媒体的动态路线引导系统。由于车辆和信标间的红外线通信是双向进行的，因 此汽车则变为一个探测车，可将行程时间、排队等待时间及0 d ( o r i 百n - d e s t i n a t i o n ) 信息等交通信息数据传输给中央计算机，并可经常更新中 央数据。e u r os c o u t 车载装置由导航装置、红外线收发信号机、车辆位置测 定装置及显示器、键盘等组成。红外线信标是装有车载装置车辆与中央引导计算 机之间的通信频道。中央引导计算机装有道路交通图及交通信息的数据库，用该 装置计算的路线基本上是行驶所需时间最短的路线。 t r a 历cm a s t e r 是以伦敦为中心的大范围高速公路使用的系统，是采用袖珍 传呼机网络提供交通信息的系统，该系统由传感器、控制中心及车载信息终端组 成。传感器检测车辆的速度，传感器控制仪的微型计算机计算每隔3 分钟车辆的 平均速度，当平均速度在3 0 m i l 。啊以下时，便向控制中心发出信息。车载终端 装置类似于一种在收音机上安装了显示器那样的装置，可显示全区域及分割放大 区域的速度下降区域( 交通堵塞区) 。如转换成文本格式看指定页的话，便可详 细了解事故及施工等特殊信息，这种车载装置如果事先登记取得i d 号码，与 一般的分页系统一样可以接收面向特定个人的信息，并在显示器上显示。 1 2 2 国内研究发展状况 我国i t s 的研究起步较晚，8 0 年代中期到9 0 年代初，一些大城市通过引进 北京工业大学工学硕士学位论文 s c 0 0 t 、s c a t s 等交通信号控制系统初步实现了一些高速路监控系统、电子收 费系统以及路面信息服务系统。9 0 年代中期以来，开始研究部门的r r s 发展战 略和g i s 、g p s 、e d i 等在交通中的应用，积极开展交通信息网络的建设。例如， 北京市交通管理科技工程交通综合信息系统，它是由交管局信息中心与局内各业 务部门及全市18 个区( 县) 交通队、站的计算机，通过网络联接而成的一个庞大 的电脑网络管理系统。目前这一系统投入使用的有牡丹卡违章管理系统、事故信 息管理系统、综合信息查询系统等十余个子系统。现在上海、深圳、广州等全国 大中城市都相继建成了不同规模的综合交通信息系统，基本组成也就是交通信号 控制、电子眼监控、交通网站、交通电台、触摸屏等交通信息处理和查询，但是 面向出行者查询的基本是静态交通信息，能够实时的进行动态交通信息发布还比 较少。2 0 0 0 年国家科技部确定的1 0 个r r s 示范城市正在建设的综合交通信息 平台，为实现大范围的交通信息资源共享提供了一个很好的平台。具体来说，它 通过采集各种动静态交通信息，在信息融合处理之后可以为城市交通信号控制系 统、城市交通流诱导系统提供实时动态的道路网交通信息，通过可变信息板、 i n t e r n e t 等群体诱导方式或者车载诱导装置及时的发布给出行者，引导大家选择 最佳路径，从而缓解交通拥挤。 在北京，北京市交通信息中心与北京航空航天大学合作研发了面向公众出行 的实时交通信息服务的网站，并于今年4 月6 日正式开始投入使用。社会公众可 以在网站查询到北京市五环以内大部分道路的实时交通状况，以及一些重点路段 和复杂立交桥的动画指路服务。该网站目前提供动态交通信息、交通基础设施信 息、客运信息、交通黄页、出行常识等5 类信息服务。其中动态实时信息将5 分 钟自动更新一次，市民除可以实时了解到高速公路交通运行状况、普通道路拥堵 点段信息外，还可以通过网站查询到公交、地铁、长途客运的线路、班次以及换 乘信息，道路施工、加油站、停车场、市域范围内的交通救援机构、机场航站楼 周边和指定立交桥的三维g i s 路径引导信息等。面临即将召开的2 0 0 8 年奥运会 和明年在北京举行的世界智能交通大会，北京率先在全国推出实时交通路况信息 发布系统，将有效推进交通运输信息资源的整合，为提高政府管理与服务水平， 提供数据支持，也是对北京智能交通的不断完善，对北京市甚至全国的交通信息 化发展起到了良好的促进和表率作用。目前，网站仍处于试运行阶段，随着将来 第l 章绪论 系统的完善和发展，将会逐步实现交通信息的多渠道发布。 1 3 研究意义及应用价值 在信息化社会，拥有信息的多少和信息利用的程度决定了生产力的高低和财 富的多少，而道路交通流实时动态信息系统恰恰是通过信息的充分利用和共享来 达到提高路网通行能力的目的。如果说1 1 m s 将成为2 1 世纪现代化交通管理的 发展方向，显著地改善交通环境，那么作为i t m s 的一个重要组成部分，交通信 息发布系统直接与用户交互，使交通信息能够有效发挥方便出行、舒缓拥堵的作 用。 从当前和今后一段时间北京城市交通发展情况看，建立完善的交通信息发布 系统也是十分迫切的。一是北京城市建设，特别是交通基础设施建设今后几年将 是一个大的发展时期，这必然对整个市区路网交通流的布局带来很大影响，可以 说由于市政道路建设频繁，交通流在路网中的运行分布极不稳定。新建道路和其 他各种交通设施越来越多，单行路、禁行线、路口禁止转向等交通管理措施也被 越来越广泛地应用。这对于出行者来说，一方面为他们提供了更大的出行路线的 选择余地，保证了路网的畅通，但同时也增大了其出行的复杂性。据美国联邦公 路局进行的一项研究表明非商用车辆全部出行距离的约7 以及全部行驶时间的 1 2 以上由于缺乏良好的导航和路线引导信息而被浪费掉了，这无疑加剧了拥堵 和交通事故。二是北京交通正面临高速起飞时期，私人小汽车的大量出现，其在 市民出行中所占的份额不断增长，道路路网交通负荷不断增加，预计这一趋势将 至少保持到2 0 0 8 年，在奥运会时将达到最高峰，因此这一时期交通变化较大。 三是城市建设规模的扩大，四环路附近大的居民区的出现，市民从城区大量外迁， 不仅使人们出行平均距离增加，而且市民出行源流分布会发生很大变化，导致这 一时期人们出行的分布不断变化调整。这三点集中反映了今后几年交通流在路网 中的分布极不稳定，人们对出行交通规律很难予以预测和把握。这也是与发达国 家大城市交通特点显著区别之一。市民掌握和了解路面实时动态信息对于更加方 便市民出行，提高人民生活质量将起到十分重要的作用。在这种形势下，一种行 之有效的交通发布系统无疑将成为交通信息系统的发展重点。 北京工业大学工学硕士学位论文 第2 章地理信息系统技术概述 2 1 地理信息系统的概念 地理信息系统( g e o 孕a p h i c a li i l = f o n n a t i o ns ) ，s t c m ，g i s ) 是由计算机硬件、软件 和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、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。( 该定义来自美国联邦数字地图 协调委员会一f i c c d c ) 2 2 地理信息系统的特点 g i s 的物理外壳是计算机化的技术系统。数据采集系统、数据管理系统、数 据处理和分析系统、可视化表达与输出系统的组成，影响着g i s 硬件平台、系 统效率和功能、数据处理方式和产品类型。 g i s 的操作对象是空间数据。地理数据属性数据、几何数据、时间数据。 g i s 对空间数据的管理好操作，是g i s 区别于其它信息系统的根本标志，也是技 术难点之一。 g i s 的技术优势在于它的空间分析能力。g i s 独特的地理空间分析能力、快 速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟和空间 决策支持等，可产生常规方法难以获得的重要信息，这是g i s 的重要贡献。 g i s 与地理学、测绘学联系紧密。地理学是g i s 的理论依托，为g i s 提供有 关空间分析的基本观点和方法。测绘学为g i s 提供各种定位数据，其理论和算 法可直接用于空间数据的变换和处理。 地理信息是一种重要的分布信息资源。它既具有社会效益，也具有市场价 值，是解决人口、资源、环境和灾害等重大社会可持续发展面临的问题， 以及 促进社会经济持续、快速和健康发展的基础信息手段。所以，在地理信息领域， 如何发布信息，使得g i s 真正地为非专业人员服务，以及建立信息的共享技 术和开放技术就显得尤为重要。 第2 章地理信息系统技术概述 地理信息系统在信息系统中的位置如图2 一l 所示： 图2 1g i s 在信息系统中的位置 f i g u f e2 11 1 1 ep o s i t i o no f g i si n 廿l ei n f b 肌撕o ns y s t e m 2 3g i s 技术在交通中的应用g i s t 技术 交通网络具有很强的空间特征，g i s 技术所具备的强大空间数据操作、管理 与分析功能使之与交通的结合成为必然。g i s 不但用来管理交通网络的空间数 据，还为交通网络分析模型提供分析工具、参与分析过程、显示与输出分析的结 果等。交通地理信息系统( g i s t ) 就是g i s 技术在交通领域的推广及应用。 作为缓解现代城市交通问题的有效技术手段，g i s t 可以存储、管理和更新 城市交通网络的空间数据库，辅助城市交通线路规划，为交通管理、车辆导航、 客货运输调度及居民出行等提供有效的技术支持。 g i s t 在i t s 中占有举足轻重的地位，其应用主要有以下几个方面： 1 交通信息管理与发布 交通信息的特点是具有极高的时效性和具有空间位置。当前，交通信息在获 取、管理、分析、发布上均不能满足用户的需求，具体表现在数据获取不及时， 数据管理不系统，数据分析不深入，信息发布不及时以及不具有可视效果等。而 g i s 技术可对以上问题提供解决方案。 北京工业大学工学硕士学位论文 在交通信息的发布上，g i s t 可及时将交通拥挤情况、车流量、交通事故、 交通环境、交通管制等信息传送到该区域内行驶车辆的接受终端上，并显示在显 示屏上，同时计算出最佳行车路线。 2 交通在线信息服务 在线信息服务指的是在网络上为公众提供多种信息服务的商业或非商业网 页。我们可以将交通信息放到网络服务器上，远程用户可以通过因特网利用客户 端或浏览器查询道路基本信息( 如道路名称、技术等级、交通流量等) ，还可获取 道路网上不同地点之间的最佳路径和里程等 3 地面交通管理 随着社会、经济的高速发展：各省市、全国乃至全世界的物质、资源、人才、 劳动力流动的压力将越来越大，原有的交通运输系统管理方式已不能适应新的经 济发展要求，迫切需要在提高速度和管理效率上下功夫。 g i s t 可提供实时的二维甚至三维的动态信息，并将有关公路的状况、交 通流量、沿线环境等空间和属性信息以图文并茂的形式显示出来，使管理者对公 路信息一目了然。 2 4w e b g i s 技术介绍 2 4 。1g i s 技术的发展w e b g i s 作为地理信息系统平台，传统的g i s 系统( 单机或局域网的g i s 系统) 经 过几十年的发展已经成熟，并已广泛地应用于城市规划、设施管理、资源、环境、 能源、家业、水利、交通、国防等各个方面，取得了比较好的成果。 但传统g i s 系统多为基于文件共享的低级分布式结构，数据集中存放于服 务器，由空间数据库系统进行统一管理，随着人们对地理数据表示和处理的需 求越来越普遍，传统g i s 系统逐渐不能满足应用需求，暴露出很多问题： ( 1 ) 文件服务器结构处理能力完全依赖c l i e n t 端，效率低下； ( 2 ) c l i e m 端的任何操作都要将服务器文件远程复制到本地进行，多用户并 1 0 第2 章地理信息系统技术概述 发操作时，网上存在多个备份，数据完整性难以控制：大量数据频繁传输，造成 网络瓶颈，降低系统性能： ( 3 ) 成本高昂，企业用户的g i s 要求仅限于一般性功能，为此，每个c l i e m 都配备昂贵的专业g i s 软件无疑是巨大浪费： ( 4 ) g i s 桌面系统操作复杂，需要专业基础和长期培训，不适合企业级及大 众化应用。 在这种情况下，以现代信息技术和以计算机网络为依托，采用分布式处理策 略的w 曲g i s 应运而生。 2 4 2w e b g i s 的概念 所谓w 曲g i s 是一个基于n e m 酬m 乜锄c t 网络环境的一种分布式地理信息系 统，它能够通过网络进行地理信息的动态发布、共享、交互分析和查询，w 曲 分布式交互操作是w 曲g i s 的重心，地理信息是描述地球表面的空间位置和空间 关系的信息，空间数据包括带有空间位置特征的图像、图形数据和与此相关的文 本数据。w 曲g i s 的基本思想就是在互联网上提供地理信息，让位于不同地点的 用户能够通过网络浏览器交互式地浏览和获取地理信息系统中的数据和功能服 务，并能加以分析与应用。 2 4 3w e b g i s 关键的特征 从技术角度看，w 曲g i s 区别于传统g i s 的关键特征是分布式。w 曲g i s 的 分布式有三层含义： 一是数据分布，即g i s 源数据可能分布在多台计算机上； 二是处理分布，即g i s 软件的各个模块( 存取与显示、查询、分析、编辑等) 可能分布在多台计算机上： 三是用户分布，即g i s 用户可能分布在h l t e r l l e t 上的各个地方。不论用户在 哪里，都不需要在本机上安装g i s 数据和应用程序，只要上网把请求发送给服 务器，服务器就会把数据和分析工具模块传给客户。 北京工业大学工学硕士学位论文 2 4 4w e b g i s 的优点 总的来说，w 曲g i s 具有以下几个方面的优点： 1 基于h n e r n 酬i n 咖e t 标准 w 曲g i s 采用i i l t e m 甜i i l 廿a i l e t 标准，以标准的h 眦l 浏览器为客户端，通过 t c p 口和h t t p 协议，可以访问任何地方的空间数据。 2 均衡高效的计算负载 传统的g i s 大都使用文件服务器结构的处理方式，其处理能力完全依赖于 客户端，效率较低。w 曲g i s 采用分布式的体系结构，形成客户端与服务器端相 互分离、协同工作的多层分布式结构，通过各种均衡策略有效平衡两者之间的负 载。这种结构适应了空间数据分布的特征，提高了网络计算资源和存储资源的利 用率。 3 更广泛的访问范围 客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据，而这一因特网 所特有的优势大大方便了g i s 的数据管理，使分布式的多源的数据管理和合成 更易于实现。 4 平台独立性 无论服务器客户机是何种机器，无论w 曲g i s 服务器端使用何种g i s 软件， 由于使用了通用的w 曲浏览器，用户就可以透明地访问w 曲g i s 数据，在本机 或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现 远程异构数据的共享。 5 系统成本大规模降低 普通g i s 在每个客户端都要配备昂贵的专业g i s 软件，而用户使用的经常 只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。w 曲g i s 在客户端通常只 需使用w 曲浏览器( 有时还要加一些插件) ，其软件成本与全套专业g i s 相比明显 要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节省的维护费用也不容忽视。 第2 章地理信息系统技术概述 6 操作简单 要广泛推广g i s ，使g i s 系统为广大的普通用户所接受，而不仅仅局限于少 数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。通用的w 曲浏览器 无疑是降低操作复杂度的最好选择。 也正是考虑到以上所述的这些优点，我们选择w 曲g i s 作为系统的开发平 台。 2 5 本章小节 本章介绍了研究课题的技术背景一一地理信息系统系统。从g i s 的概念、 ” 特点到g i s 在交通中的应用，最后讨论了w 曲g i s 的产生、关键特征和优点。 北京工业大学工学硕士学位论文 第3 章城市交通信息系统概述 3 1 城市交通信息系统的含义 关于交通的解释是各种运输和邮电通信的总称。即：人和物的运转与输送， 语言、文字、符号、图像等的传递播送。人和物的移动，随之不同的运输方式又 可区分为：航空交通、铁路交通( 或叫做轨道交通，包括城市间的铁路和城市内 的地铁以及其它的轨道交通) 、道路交通( 城市道路和城市间道路) 、船舶交通、管 道交通等。这里不难发现，交通与信息具有同源的关系。作为完整的交通系统其 基本构成要素包括4 个方面。人( 交通出行者、驾驶员和管理者) 、物( 货物) ，各 类交通工具和相应的交通设施。 关于信息的定义，较为共识的表述有：信息是客观事物运动的反映，通过语 言、文字、图像和视频等四种形式来反映。因此，交通信息的严格定义应包括上 述交通系统各要素所关联的一切信息。但在本研究交通信息主要是指与交通运 行、营运、管理及服务所关联的信息【7 1 。 交通信息在交道运输中非常重要。交通运输发展过程中，人们使用过许多方 法和手段向道路使用者提供交通信息，例如里程碑，信息板，无线电台广播、车 载导航系统、互联网等等。采用方法不同，其所能为道路使用者提供的信息量大 小，信息表达形式也有较大的不同，故对出行者的诱导效果也不一样。人们总是 在不断探索更好的方法来更好地利用交通信息，有效地影响交通出行者的出行选 择和出行方式，以疏导交通，保障安全最终提高社会效益和经济效益。这种探索 便是交通的信息化1 7 1 ，即，运用各种现代化的高新技术，将各类交通信息从采集、 处理到提供服务加以系统化，共享其资源，为最佳营运与管理交通，发展智能交 通系统和新产业，发展经济，推动城市进步奠定基础。实现交通信息化的系统便 是交通信息系统。 城市交通信息系统是以最佳地改善城市交通为目的，集交通信息的采集、处 理、发布等基本功能于一体，为交通使用者提供交通信息服务的由硬件、软件共 同构成的系统。 第3 章城市交通信息系统概述 3 2 城市交通信息系统的技术要求 城市交通信息系统应该充分运用先进的通信技术、信息技术，在各种场合， 以多种方式向出行者提供高质量的实时的交通运输信息服务，逐步实现系统的智 能化，其技术上的要求具体体现在以下几个方面： l 信息发布手段的视觉化 城市交通信息系统除了利用无线电广播、电话咨询等技术发布语音交通信息 外，还普遍运用i n t e r n e t 网页、交互电视、车载单元显示屏和各种s ( l r i a b l e m 鼯s a g es i 弘s ) 来发布信息。 2 双向通信技术 传统的交通信息系统中的通信方式主要是由交通管理与信息中心对出行者 的单向通信，如通过广播、电视、v i s 发布信息。在现代的交通信息系统中( 如 a i i f i s 中) ，越来越多地采用双向通信方式，不仅是交通管理与信息中心向出行者 发布信息，而且交通管理与信息中心也能从出行者那里获得他的出行计划信息 和运行实况信息，出行者不仅能获得面向大众的出行信息，而且能获得他个人需 要的特殊信息并提出特殊的服务请求。全球移动通信系统g s m 、无线寻呼、红 外线信标就是被广泛应用的新通信技术的代表。 3 3 城市交通信息系统的基本特征 城市交通信息系统具有分布性、动态性、自治性、协同性等特点。 分布性：各子系统如信息采集，信息处理，信息发布是分布的，如何增加各 子系统互操作的灵活性是开发交通信息系统所面临的关键问题。并且在进行大量 计算的子系统中，涉及到计算资源的分配问题，以及采集动态交通数据时海量数 据的存储、调用、处理、发布的问题，已成为交通信息系统的设计难题。 动态性：城市交通信息系统是一个复杂系统，它的各个功能是不断在完善的， 各种功能模块需要根据需要动态的增加和减少，而且在涉及分布式计算时，要能 够实现任务的自动迁移。 北京工业大学工学硕士学位论文 自治性：系统的各个子系统可能分属不同的部门，系统应该允许资源拥有者 对它的资源有自主管理的能力。 协同性：基于城市交通信息系统这个平台，人们可以通过协作共同解决一个 复杂或困难的问题，或者在开放的系统环境下，动态协作，多个子模块相互通信， 共同合作完成一项功能。 3 4 城市交通信息系统的功能 在我国，交通信息系统的主要用户主要包括：交通出行者、物流运输经营者、 交通管理者、交通规划建设者与研究者。作为智能交通系统研究的一个重要组成 部分，它通过各种通信手段和显示方式提供有关的实时交通信息与服务，对于出 行者与物流运营者，可以达到规划出行，节约时间，避免拥挤，路径寻优，提高 效率，保障安全的目的；对于交通管理者和交通规划建设与研究者，起到提高管 理效率和建设水平的作用，因而为交通信息使用者提供最佳的服务是交通信息系 统追求的目标。 为实现这个目标，城市交通信息系统一般包括图3 。1 所示的几个主要功能。 图3 1 城市交通信息系统功能示意图 f i g l 】嘴3 1s k e t c ho f u r b a i lt m m ch l f o r m a t i o ns y s t 啪f i m 以0 n 第3 章城市交通信息系统概述 1 信息采集功能 城市交通信息系统通过各种有效方式采集交通信息，交通道路况信息，车辆 状态信息等。重点需要解决的问题是资源共享问题。也就是说，各子系统必要建 设各自完整的采集设施，部分子系统所采集的信息将提供给整个系统共享。 2 信息处理功能 信息处理包括数据转换，信息编码以及涉及信息传输的各种信息处理。可以 有效的将数据经过加工和组织形成信息，将信息经过提炼形成知识。 3 信息发布功能 信息服务是城市交通信息系统的追求日标，一个完善的交通信息系统应能通 过信息发布功能提供如下信息服务： ( 1 ) 提供出行前的出行信息出行前的出行信息可使用户在出发前获得综合 交通信息。出行者可根据这些信息选择最佳的出行路线，出行方式及出发时间等。 ( 2 ) 提供与目的地相关的信息包括沿途及目的地加油站、汽车修理厂、餐 饮娱乐、急救中心等服务及相应设施的地理分布、联系方式、办公或营业时间等。 使出行者能够根据具体情况安排或及时调整出行计划。 ( 3 ) 提供实时交通信息和路线导航信息在出行途中向出行者提供交通信 息，包括道路信息、事故信息、天气信息、交通流信息等。导航信息能使出行者 根据实时信息选择最佳路径，提高出行效率。 ( 4 ) 提供公交信息公共交通是人们出行的一个重要方式，是许多人的首选 出行方式。公交信息能提高出行者出行的便利性和高效性。公交信息包括行车计 划、公交拥挤状况、车费和公交车站等信息。 概括来说，交通信息发布就是根据不同的用户需求( 政府决策、技术管理、 公众使用、企业管理等) 建立方便的查询机制，使得能够真正实现“在需求的时 间，按照易于理解的形式，将所需要的信息送到用户手中。” 北京工业大学工学硕士学位论文 4 通信功能 通信功能是城市交通信息系统必不可少的功能，因为信息的传递、交流和传 播离不开通信，通信系统是信息系统的一个必不可少的组成部分。 在城市交通信息系统中充分利用各种通信方式。有线通信有光纤通信，局域 网通信等：无线通信有射频通信，微波通信，红外通信，蜂窝移动通信等。 3 5 城市交通信息系统的基本结构 3 5 1 城市交通信息系统的定位 城市交通信息系统做如下定位： ( 1 ) 适应交通基本特征，并满足交通信息服务需求； ( 2 ) 充分考虑提高社会服务与管理水平，适应社会信息化发展的需要； ( 3 ) 应运用现在和未来可能有的高新技术，如：信息采集、处理和发布方面 的数字技术、地理信息系统( g i s ) 技术、卫星定位系统( g p s ) 技术、数字通 讯( g s m ) 技术、移动通信技术、图象处理与识别技术等等： ( 4 ) 以开发交通信息产业为目的的定位，从交通信息产业化考虑，交通信息 系统、产品、服务内容，应具有广泛的实用性和可实施性以及广阔应用前景。交 通信息产业的构成如表3 1 所示： 表3 1 交通信息产业 1 曲l e3 一lt m 伍ci n f o n n 撕o ni n d u s 灯y 产业类别产业构成 交通信息设备的制造业交通信息采集设备 交通信息提供设备：交通信息发射与传输设备 交通信息接受设备：v m s 、车载系统、公共交通工具装载的各 类交通信息设备等 信息软件和系统集成业交通信息各系统的集成与相关软件 交通信息服务系统与相关软件 交通信息服务业多媒体交通信息服务业 多内容交通信息服务业等 第3 章城市交通信息系统概述 3 5 2 城市交通信息系统的逻辑结构 系统的逻辑结构是对系统功能的一种分类，重点阐明用户与系统之间如何通 过信息交流实现用户的目标和功能，并以通用的形式建立“功能”和“信息”之 间的对应关系并使之系统化。对于我们所研究的城市交通信息系统，其逻辑结构 如图3 2 所示： i 交通管理与规划系统l 一 公共交通系统l 一 可变情报扳 交通诱导系统l 一 一广播电台 商用车辆系统l 一 交交 通通 一 互联网 信信 息息 处发 信息服务系统l 一理 布 车载设备 由 系 一山统 电子收费系统h + 一 移动无线通信 i 紧急事件处理系统b ；一 电视 道路管理与规划系统l 图3 2 城市交通信息系统的逻辑结构 f i g l l f e3 - 2t h el o 百c 曲m eo f 山eu i b a l l 昀伍ci n f b m a n o ns y s t 锄 3 5 3 城市交通信息系统的物理结构 物理结构是逻辑结构的具体实现