GIS-T课件(9-10讲)

1、2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武交通地理信息系统原理及应用第三章第三章 GIS-T数据模型数据模型第一节第一节 数学基础：图论和网络分析数学基础：图论和网络分析第二节第二节 交通系统的网络表示交通系统的网络表示第三节线性参照系统和动态分段数据模型第三节线性参照系统和动态分段数据模型第四节第四节ITSITS的交通数据模型及相关应用的交通数据模型及相关应用4.14.1导航数据模型导航数据模型 基于车道的网络数据模型基于车道的网络数据模型 三维数据模型三维数据模型4.44.4分布式互操作交通数据库分布式互操作交通数据库 第五节第五节 结论结论2014年春季学期 主讲：交通科学与工

2、程学院 程绍武为什么要研究为什么要研究GIS-T数据模型？数据模型？GIS软件软件交通系统交通系统2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武数学基础：图论和网络分析的关系数学基础：图论和网络分析的关系第第1 1节节 第三章第三章 GIS-TGIS-T数据模型数据模型2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武 图图由表示集合成员的顶点顶点的集合以及表示顶点间的逻辑关系或物理连接的边边组成 有向图和无向图 连通性及同构 平面图及非平面图网络网络Network是一个明确地调节交互和移动行为的图 网络与图的重要不同在于网络可以容纳与弧关联的权重权重，弧的权重是表示那个弧的单位流成本

3、的函数（即，单位流经过弧的成本） 图是网络表示和分析的基础2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武交通系统的网络表示交通系统的网络表示第第2 2节节 第三章第三章 GIS-TGIS-T数据模型数据模型2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武 用有向网络表示交通系统 节点表示交叉口 有向弧表示出行方向 用转换弧表示不同交通模式间的转换（如街道网、地铁、轻轨、地面公交等） 广义成本函数（general cost function）表示经过弧段的单位流成本节点节点-弧表示法弧表示法2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武图图3-13-1街道交叉口的网络表示（街道交

4、叉口的网络表示（after Sheffi after Sheffi 19851985）（a a）单节点表示）单节点表示（b b）扩展表示）扩展表示2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武（a a）线路）线路（b b）系统入口、出口和换乘）系统入口、出口和换乘红线公汽红线公汽蓝线公汽蓝线公汽换乘换乘起点起点终点终点上载上载卸载卸载图图3-23-2公交线路网络表示公交线路网络表示(after Sheffi 1985)(after Sheffi 1985)行车区间行车区间站点站点2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武TAZTAZ边界边界TAZTAZ形心形心形心连线形心连线图

5、图3-33-3连接交通分析区到交连接交通分析区到交通网络通网络(after Sheffi 1985)(after Sheffi 1985)2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武节点节点-弧表示法的逻辑数据模型弧表示法的逻辑数据模型120110200300100515070605969图图3-43-4 关系模型的例子的示例网关系模型的例子的示例网2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武节点节点 标识标识(其他属性其他属性)100110120200300入弧入弧出弧出弧阻抗阻抗5060-1505115069270691705135960159512弧标识弧标识入节点入节点

6、出节点出节点（其他属性）（其他属性）501001105111012059300110601102006911030070200110图图3-53-5 图图3-43-4中中 网络的关系模型网络的关系模型转向表转向表节点节点弧弧2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武节点节点-弧表示的不足弧表示的不足 一个问题是先前已经讨论的由平面嵌入引起的表达困难。 传统的网络模型另一个问题是其假定弧是同质的，即，弧的特性在其端点间是不变的（Goodchild 1998）。这与许多交通应用的实际情况不符。 第三个问题是对交通系统中实体之间的一对多关系表达方面存在的困难。2014年春季学期 主讲：交通

7、科学与工程学院 程绍武平面嵌入引起的表达困难平面嵌入引起的表达困难一对多关系表达困难一对多关系表达困难弧内不同质表达困难弧内不同质表达困难2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武线性参照方法和线性参照系统线性参照方法和线性参照系统第第3 3节节 第三章第三章 GIS-TGIS-T数据模型数据模型2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武事件事件线性参照系统支持网络内事件的表达事件事件2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武 应用背景（案例） 出行路线查询 路面质量、服务水平 事故管理 线性参照系统通常由以下几部分组成（Dueker andButler 1997

8、;Nyerges 1990; Sutton 1997; Vonderohe and Hepworth 1996）： 交通网络transportation network 位置参照方法location referencing method (LRM) 参照基准datum2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武位置参照方法位置参照方法Route91“0公里公里”Route40Route895.010.015.0Route40Route895.010.0控制段控制段1控制段控制段2控制段控制段3图图3-6b 3-6b 控制段参照控制段参照图图3-6a3-6a 路名路名- -里程点参照里程

9、点参照2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武Node1Node2Link3Link1Link2Link6Link4Link5从从Node1沿沿Link1参照参照从从Node1沿沿Link3参照参照从从Node2沿沿Link3参照参照从从Node2沿沿Link5参照参照图图3-6c3-6c link-link-节点参照节点参照2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武定长和变长（动态）分段定长和变长（动态）分段 保存空间对象或保存空间对象或使用线性参照方法参考使用线性参照方法参考的的事件事件数据数据需要开发网络数据模型的需要开发网络数据模型的分段模式分段模式并使用并使用分

10、段模式建立线性参照数据到网络模型的联系分段模式建立线性参照数据到网络模型的联系 定长分段定长分段Fixed-length segmentation将每个网络弧分割成相同长度的段并记录每个段的属性值。2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武 变长或者动态分段Variable-length or dynamic segmentation控制属性（保持属性值不变）并量测具有该属性值的位置。 一些商业GIS软件包均在逻辑层使用关系模型提供动态分段的能力，差别在于处理空间对象和拓扑数据方面有所不同（Dueker and Vrana 1992）2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍

11、武图图3-73-7 不同类型的路线不同类型的路线动态分段为各种线路表示提供支撑动态分段为各种线路表示提供支撑2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武 简述线性参照系统的三要素及各要素在线性参照系统中的作用课堂测验课堂测验2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武第九次课结束2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武Event#Route#LocationEvent_IDTime.Route #Route_IDBegin_PosEnd_Pos.Route #Arc #From-MeasureTo-MeasureF

12、rom-PositionTo- PositionSection #.Arc#LengthOrigin_NodeDestination_NodeBase_Network Section Route Point_EventArcGIS中线路与基本网络的关系模式及函数依赖中线路与基本网络的关系模式及函数依赖2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武Record#Route #Route IDRoadway Begin-postEnd-post112901870000010.0006.000222902870000020.0005.200332903870000030.0005.400442

13、904870000040.0004.200552905870000050.0007.400662906870000060.0004.100772907870000070.0002.900882908870000080.0001.300992909870000090.0002.40010102910870000100.0003.60011112911870000110.0002.50012122912870000120.0004.98413132913870000130.0002.40014142914870000140.0005.80015152915870000150.0001.013.图图

14、3-83-8 ArcInfo GIS ArcInfo GIS 软件中动态分段数据模型软件中动态分段数据模型线路属性表（线路属性表（RATRAT）Record #Route Link #Arc Link #F-MEAST-MEASF-POST- POSSection #Section-ID112920.006.000.00100.0011750222930.005.200.00100.0021751.分段表（分段表（SECSEC）2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武Rroute IDFrom -MilepostTo -Milep

15、ostParking Fee4412.532.75$0.75/hr4413.644.27$0.50/hr4416.827.35$0.75/hr681.251.67$1.00/hr.Route IDTo -MilepostPosted Speed Limit4412.535mph4416.745mph44112.635mph684.330mph.Bus Route IDMilepostShelter100.8Y101.4Y102.1N103.3N104.5Y.(a) 路边停车路边停车（线性事件）（线性事件）(b)里程点速里程点速度限制（连度限制（连续事件）续事件）(c)公共汽车公共汽车站（点事件

16、）站（点事件）图图3-93-9 动态分段数据模型的事件表动态分段数据模型的事件表2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武动态分段在多式联运路线规划中的动态分段在多式联运路线规划中的应用：应用：vnet设计设计 传统的保存多式联运网络的方法是为每个模式开发一个独立的子网然后通过转换弧将这些网络连接起来。由于没有保存不同模式网络间的函数依赖，使用关系数据模式保存这些数据产生非规范化的设计并且导致数据库更新异常。 基于线路系统的虚拟网络数据库设计可以捕获多模式交通网络中的函数依赖(Miller and Storm 1996; Miller, Storm, and Bowen 1995)。

17、该策略通过使用线路和点事件保存网络属性将拓扑网络与网络属性分离。所有线路都是基于同一个的拓扑网络。从概念上将网络拓扑与属性分开。由于基础网络中的任何改变都被传播到使用网络的交通模式，因此有利于保持数据库的完整性。2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武 Vnet设计使用点事件和线路在关系数据库中保存多模式网络间的函数依赖。 不需要指定通过交叉口的方向的简约式设计。每个vnet弧的键域如下： 2-vnet（From Route Class，From Event ID， To Route Class，To Event ID ) 这里“

18、Route Class”是运输模式的类型（如，自驾出行线路、公共汽车线路），“Event ID”是“Route Class”路线上的点事件标识符。 需要追踪通过交叉口的移动方向的设计。每个vnet弧的键域如下： 3-vnet（From Route Class， From Route ID， From Event ID，To Route Class，To Route ID， To Event ID） 2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武1122332222224455图图3-103-10 a a 街道网（自驾出行）街道网（自驾出行）2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程

19、绍武121323红线公汽红线公汽蓝线公汽蓝线公汽公共汽车线路公共汽车线路213452014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武From Route CLassFrom Event IDTo Route ClassTo Event ID(非键属性非键属性)Road1Road2Road2Road1Road2Road3Road2Road5Road2Road4Road3Road2Road4Road2Road5Road2Blue Bus1Blue Bus2Blue Bus2Blue Bus3Red Bus1Red Bus2Red Bus2Red Bus3Road1Blue Bus1Road2Bl

20、ue Bus2Road4Blue Bus3Road3Red Bus1Road2Red Bus2Road5Red Bus3Blue Bus1Road1Blue Bus2Road2Blue Bus3Road4Red Bus1Road3Red Bus2Road2Red Bus3Road5Red Bus2Blue Bus2Blue Bus2Red Bus2公汽到公汽换乘弧公汽到公汽换乘弧公汽到街道公汽到街道网换乘弧网换乘弧街道网到公街道网到公汽换乘弧汽换乘弧公汽出行弧公汽出行弧街道网（自街道网（自驾出行）弧驾出行）弧图图3-113-11 基于图基于图3-103-10 的的2-vnet 2-vnet 关

21、系关系2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武 尽管尽管vnet策略在保持网络上运输模式间的函策略在保持网络上运输模式间的函数依赖方面是有效的，但是有两点不足数依赖方面是有效的，但是有两点不足: 首先，由于必须为每条弧内的移动方向和通过每条弧的每条公共汽车线路保存网络、分段表和线路，因此数据库会非常大。 其次，如果它向上扩展来处理大型的交通网络，需要非常有效的动态分段数据模型的计算实现。针对大数据集合的地理数据库服务器（如，Arc SDE）性能的不断提高可能会使vnet成为可行的策略。2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院

22、程绍武2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武 企业级LRS数据模型产生的背景 线性参照系统和动态分段数据模型因其灵活性而广泛应用于交通领域。 (Vonderohe et al. 1995)。DOT或MPO内的不同部门、不同行政权限或不同级别的政府使用的面向应用的LRS和数据模型是各自独立的 企业级LRS数据模型的目标 是开发一个针对LRS的企业级数据模型，即一个具有公共特征的支持整个企业(如某一机构、公司)或跨企业应用的数据模型。企业级企业级LRS数据模型数据模型2014年春季

23、学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) LRS数据模型数据模型 NCHRP LRS数据模型支持的操作（NCHRP1997） 基本操作基本操作 定位定位locate：通过参照现实世界中的其他对象确定未知点的位置。 翻译翻译position：转换现实世界中的位置到数据库中的位置。 安置安置place：转换数据库中的位置到现实世界中的位置 (翻译的反过程)。 转换转换transform：数据库中表示位置的不同LRM之间、不同图形表示之间、LRM和图形表达之间的转换。 高级操作高级操作 叠置、邻接

24、及交通分析需要的网络分析操作(路径查找、路由、设施选址及网络资源分配)。2014年春季学期 主讲：交通科学与工程学院 程绍武图图3-12 NCHRP LRS数据模型概念一览数据模型概念一览（VonderoheVonderohe and Hepworth1996 and Hepworth1996）事件事件事件事件事件事件LRMLRMLRM网络网络网络网络数据基准数据基准SourceSourceSource业务数据业务数据图形表示图形表示线形参照方法线形参照方法网络网络数据基准数据基准线性参照系统线性参照系统核心思想：一个线性参照基准支核心思想：一个线性参照基准支持多个不同比例的图形表示和多持多个不同比例的图形表示和多个不同应用领域