近几年发展起来的地理信息系统.pdf

Vol121 No17公 路 交 通 科 技2004年7月 JOURNAL OF HIGHWAYAND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT 文章编号 1002 0268 2004 07 0099 04 收稿日期 2003 05 27 基金项目 浙江省自然科学基金资助项目 601119 作者简介 郭昕 1977 男 吉林省吉林市人 硕士研究生 主要从事交通仿真软件的研究与开发 1 GIS在城域交通微观仿真软件中的应用 郭 昕 王 慧 浙江大学系统工程研究所 浙江大学智能交通系统研究中心 浙江 杭州 310027 摘要 针对目前交通仿真软件路网设计中存在的问题 提出一种基于地理信息系统 GIS 建立城域交通微观路网模 型数据库的方法 首先 结合实际情况对GIS如何应用于交通微观仿真软件的开发进行较为详尽的介绍 然后 着重 描述如何具体地建立城域交通微观路网图形与属性数据库 最后 展望用该方法建立GIS T的应用前景 关键词 地理信息系统 GIS 城域交通 微观仿真 路网数据库 中图分类号 U491113 文献标识码 A GIS Applied in Urban Traffic Micro Simulation Software GUO Xin WANG Hui The Institute of System Engineering The ITS Research Center Zhejiang University Zhejiang Hangzhou 310027 China Abstract T o solue the problem that the traffic software faces on network design an urban traffic micro network model database based on GIS is presented in the paper1With the practically developed software how to develop urban traffic micro simulation software by GIS is introduced in details at first1Then the method to build urban traffic micro network graphic and attribute database is described emphat2 ically1Finally the prospect of this method is given1 Key words Geographic Information System GIS Urban traffic Micro simulation Traffic network database 0 引言 近几年发展起来的地理信息系统 Geographic In2 formation System 以下简称 GIS 融计算机图形学和数 据库于一体 对空间数据信息进行存储和处理 并把 地理位置和属性信息有机结合 根据对空间信息的实 际需求准确真实 图文并茂地进行再现 借助GIS独 特的可视化表达和空间分析功能 人们可以方便地进 行各种辅助决策支持系统的研究 随着智能交通系统 Intelligent Transportation Sys2 tem 以下简称 ITS 逐步向着成熟 高效 实用等方 向快速发展 交通分析仿真软件的研究与开发也逐渐 得到了重视 但是 目前国内对城域交通仿真系统的 研究多集中在对单个路口的信号灯控制仿真 1 上 即 使是面向城域的微观仿真软件 2 也没有针对国内特 有的大量非机动车与行人进行混合交通流的建模与仿 真研究 因此很难得到推广应用 究其原因 是因为 无论国外还是国内的交通微观仿真软件 其中的道路 模型都是建立在简单的程序内部数据结构与计算机绘 图基础之上的 这种方法虽然对提高软件运行速度起 到一定作用 但其代价是降低了仿真软件中交通路网 仿真模型与交通流的微观仿真模型内核之间数据交换 的开放性 复杂性和多样性 致使仿真模型内核对路 网各种参数的需求无法充分满足 因为在交通流微观 仿真中 各种车辆在道路上行驶是通过车辆模型与路 网频繁地交换数据实现对各种路网信息 如与地理位 置密切相关的属性信息公交车停靠点等 的获取进而 完成仿真的 随着计算机硬件条件的高速发展和分布 式并行计算方法的运用 交通仿真软件的运算速度已 经 不再是技术上的瓶颈 相反 来自交警 城市规 划 市政管理等部门的用户对仿真软件的应用规模与 范围则不断地提出新的需求 针对上述情况 本文提出了一种新的基于GIS建 立交通路网仿真模型数据库的方法 值得注意的是 文献 3 提出了一种单路线电子地图路网模型及其 自动生成算法 该模型是基于宏观线性化的道路网 适合定位服务 Location Service 的需求 如车载诱 导系统 交通监控中心等 而本文是面向交通微观仿 真的需求 提出一种建立微观路网模型及其自动生成 的方法 不仅仅是简单地记录单路线的路网信息 而 是还包括每一条道路图形和属性的详细信息 如车 道 隔离带等 下面结合我们研究开发城市道路交 通仿真与分析系统 Urban Traffic Simulation and Analy2 sis System 以下简称UTSAS 的体会 具体地介绍如 何基于GIS建立城域交通微观路网图形与属性数据库 的方法 1 GIS简述 GIS是在计算机软 硬件支持下 对人们赖以生 存的现实世界的各类空间数据及描述这些空间数据特 性的属性数据进行采集 存储 检索 显示和综合分 析应用的技术系统 4 GIS所管理的数据分两类 空间数据和属性数 据 空间数据是用来记录空间实体 如点 线 面 等 在空间坐标系中的坐标及其图形表达的类型 如 颜色 宽度等 和空间实体的关联数据 如各类实体 间的拓扑关系等 属性数据是用来记录与空间位置 无关的对图形空间实体予以描述和说明的数据 如湖 泊的面积 道路的等级等 2 仿真系统中GIS开发方式的选择 应用型GIS的开发一般有三种方式 独立开发 单纯二次开发和集成二次开发 1 独立开发 指不依赖任何工具型GIS 从空 间数据的采集 编辑到处理分析及结果输出 所有的 工作都由开发者独立完成 2 单纯二次开发 指完全借助于GIS工具软件 提供的二次开发语言来进行系统开发 3 集成二次开发 指用专业的组件式GIS工具 实现GIS的基本功能 以通用的可视化编程工具如 Delphi VC VB等为软件开发平台 进行二者集成 式开发 独立开发GIS既费时又费力且兼容性较差 无法 与目前主流标准GIS共享数据 导致系统应用范围 小 单纯二次开发会带来以下问题 首先 二次开发 语言功能有限 其次 对GIS工具软件平台的依赖性 高 使开发系统的运行使用成本提高 再者对于开发 者而言 开发上不够灵活 难以利用其他编程资源 在城域交通微观仿真软件开发中 我们选择了集 成二次开发模式 因为 仿真软件的其它功能都需要 可视化开发工具实现 单纯二次开发是无法完成的 而独立开发城域交通路网空间数据库也是不明智的 因为开发这样一个数据库管理系统的开销可能比开发 仿真软件系统本身还要大 在UTSAS的开发中 GIS组件选用的是著名GIS 软件供应商美国MapInfo公司的MapX415 可视化开 发环境选用的是Borland公司的Delphi610 3 面向城域交通微观仿真的路网数据库的GIS实现 311 MapX空间数据的组织管理 空间数据的拓扑关系模型是GIS系统的基础 MapX采用的是 空间实体 空间检索 的拓扑关系 模型 所谓空间实体是指现实世界中地理实体的最小 抽象单位 主要包括点 线和面三种类型 空间检索 的目的是对给定的空间坐标 能够以尽快的速度搜索 到坐标范围内的空间对象 进而对空间对象进行拓扑 关系的分析处理 对于城域交通微观仿真软件 可视化部分需要对 地图有很强的组织和处理能力 这一点MapX415的 空间图形特性完全可以胜任 另一方面 交通流微观 仿真模型对道路网络及交通设施属性数据的获取可以 通过MapX对关系型数据库的无缝连接技术实现 通 过空间图形与属性数据的绑定功能 312 GIS T的建立 目前 并没有专门面向智能交通系统的GIS 因 此考虑如何建立一个面向ITS的GIS系统非常重 要 4 建立一个运输地理信息系统 GIS Transportation 首先要考虑的是交通运输网络的选取 因为其规模的 大小决定了系统建立的复杂程度 就目前来说 笔者 认为比较适合先组建某城域的GIS T系统 因为各个 城市交通运输网络的规模和等级都不甚相同 暂不宜 跨城域 其次 要考虑道路的选择和各类交通参数的 确定 选择道路时 应该符合以下特征 交通事故多 发路段 密集出行发生路段 如大会堂 火车站和客 运站等 交通拥堵多发路段 公共交通运输路段等 道路网络选定之后 路网的空间数据和属性数据 可以由GIS工具编辑生成GIS格式的数据文件 其中 001 公路交通科技 2004年 第7期 路网的空间数据可以由扫描的地图或其他途径获得 而属性数据就需要考虑以下属性进行建库工作 1 道路的基本参数 路段的编号 名称 起始 点 方向及各个方向上的车道数 车道的宽度及速度 限制 道路等级等指标 2 道路的交通流参数 路段的起始点交通流 量 路段的日平均流量 早晚高峰期交通流量分布 路段交通流的高峰时间 交通流中各类车型所占比 例 3 交通基础设施数据 路口的信号灯控制装 置 车流量的检测设备 如传感线圈 电子警察 交通信息电子公告牌等 4 道路交通状况历史数据 交通路段的建设情 况 如计划筹建 建设中 已经建成通车等 某路 段的交通事故量 伤亡人数等 有了上述空间图形和属性数据后 就可以基本完 成GIS T的建立 其中主要工作就是把各类属性数据 进行地理编码后与空间图形进行绑定 以达到图形与 数据的交互操作 313 基于GIS T的仿真系统微观路网空间数据库的 建立 由于微观仿真系统建立在可视化的交通流微观仿 真模型基础之上 所以城域交通路网也需要微观化 目前 地理信息数据库大多是按城市交通线路的宏观 路网结构建立的图形数据库 在图形数据方面没有微 观信息 如各类车道 斑马线等信息 因此 建立 仿真系统微观路网空间数据库至关重要 31311 基于MapX的微观仿真二维路网图形的实现 方法 MapX对地理信息采用图层化的方法进行信息编 辑与处理 每个图层包含地图中的不同方面 如第一 层是区域边界图 第二层是主要交通干线图 等等 并且每个图层都有记录其相应非几何属性的数据表 因此 微观路网图形数据的建立可以通过在原有电子 地图基础上新建若干图层来实现 如车道边界图层 车道的各类标线图层 各类隔离绿化带图层 等等 为了能在现有的电子地图上进行开发 本文提出一种 基于MapX的微观路网自动生成方法 具体方法及部 分程序代码如下 1 从宏观路网中提取出节点 Node 路段 RoadSect 及各路段的拓扑关系 建立如下结构来存 储以上信息 记录路网中路段信息的数据结构 TRoadSect record Road ID Integer 路段的ID StartPoint CMapXPoint 路段的起点坐标 EndPoint CMapXPoint 路段的终点坐标 end 记录路网中道路节点信息的数据结构 TNode record ID Integer 节点的ID号 NodeType integer 道路节点的类型 如 T型 路口 十字型路口等 nPoint CMapXPoint 道路节点的坐标 LinkRoadSect array of integer 记录与节点相连 的路段ID即路网的拓扑关系 end 2 路段和节点中记录的信息 通过MapX中 Layer图层提供的绘图函数完成微观路网的图形生成 MapX415提供如下绘图函数 生成以点为信息的图元如信号灯 FeatureFactory1CreateSymbol Point Style 生成线形式的图元如各种道路标线等 FeatureFactory1CreateLine Points Style 生成面形式的图元如隔离带 路面等 FeatureFactory1CreateRegion Points Style 进行交通路网微观化处理前后的MapX格式的电 子地图如图1所示 其中 A 是处理前的电子地 图 B 是经过微观路网图形生成方法处理后的电 子地图 可见 处理后的电子地图已经拥有微观路网 的基本属性 如车道 隔离带等 在仿真软件中 这 些图形可以任意地放大缩小 以满足用户的实际需 求 图1 微观路网空间图形的可视化显示 31312 基于MapX的微观路网属性数据库的绑定 在UTSAS中 道路属性数据库只需向微观交通 流仿真内核提供所需数据即可 为方便起见 选用轻 量级数据库管理系统Microsoft Access2000建立路网属 性数据库 如果需要在仿真软件中加入新的模型及需 求 如评价 规划等 对数据库管理系统提出更高 101 GIS在城域交通微观仿真软件中的应用 郭 昕等 要求 则可以依赖MapX提供的ADO数据库访问引擎 将上述路网属性数据库移植到更强大的数据库管理系 统 如SQL SEVER2000 ORACAL等 这在技术上是 完全可行的 为了记录交通路网拓扑结构 在Access中创建 了Road Node Section Lane和Link等数据表 其中 Node和Section中ID字段与图形数据库TNode和 TroadSect中ID字段建立检索关系 在MapX中通过 DataSets对象实现图形与数据的绑定 在Delphi中利 用MapX实现如下 进行属性数据ADO访问初始化 SQL1 Add SELECT3FROM road fds CoFields1Create fds1 Add tbid empty miAggregationIndividual mi2 TypeNumeric 实现图层与属性数据的动态绑定 Map11Datasets1Add miDataADO ADOQuery1Recor2 dset road db tbid empty blyr fds True 节点信息录入数据库 ADOQuery1Parameters1ParamByName ID 1Value aNode1ID ADOQuery1Parameters1ParamByName X 1Value aNode1nPoint1X ADOQuery1Parameters1ParamByName Y 1Value aNode1nPoint1Y 路段信息录入数据库 ADOQuery1Parameters1ParamByName ID 1Value aRoadSect1ID ADOQuery1Parameters1ParamByName RoadID 1Va2 lue aRoadSect1RoadID ADOQuery1Parameters1ParamByName N1 1Value aRoadSect1StartNodeID ADOQuery1Parameters1ParamByName N2 1Value aRoadSect1EndNodeID 其他属性数据表 如道路的交通流参数和道路的 交通设施参数 的加入也是类似的 例如 车辆模型 行驶中对交通路况的分析就是通过对以上数据库检索 进行判断的 在这里就不一一列举了 4 结论及展望 本文主要结合城域交通微观路网仿真 对GIS在 微观仿真软件中如何开发进行了描述 实际上 GIS 与交通路网之间存在必然联系 而与交通仿真软件