交通GIS一些概念

1、1.1.1交通交通是指用火车、汽车、轮船、飞机、管道等运输工具进行的人流、客流和货流的交流运输 活动。从系统科学的观点看，交通是人类为满足人们出行和货物运输的需要，由人、运输工 具、交通线路（公路、铁路、航空线路、航道、管道）、环境等交通要素构成的复杂的动态 系统。1.1.2交通信息交通信息具有如下的特征：（1）空间分布特征，即交通现像所具有的天然地域特征；（2）多维结构特征，如一段公路上，既有交通流量属性，也有路面介质信息，还有路基结 构等；（3）动态变化特征，同交通系统的特点所决定；（4）海量数据特征，交通系统是一个复杂的系统，涉及人、车、线路、环境等信息，其数 据量一般比较大；（5）数据

2、来源多样性特征，交通数据来源复杂，有实地调查统计数据，也有图形图像数据， 还有各种感应检测数据，数据来源多样；（6）独立性特征，这是交通信息与一般空间信息之间的最大区别，即在交通信息中，属性 数据可独立于空间数据而存在，可单独进行属性数据的建模与分析。1.2.1交通地理信息交通地理信息是指与交通运输相关的各种地理信息，它表述了各种交通网络的空间分布、运 动在其上的人或物质的空间移动以及交通运输网络的管理，所以也属于人类交往的地域组织 及其发展规律的地理信息范畴。交通地理信息具有如下的特点：1）线性分布特征；（对应线性参照系统）2）时间变化特征；（对应动态分段技术）3）网络分布特征；（对应几何网

3、络拓扑关系）交通数据具有如下几个特点：1）抽样性2）概括性3）多态性4）空间性1.2.2交通地理信息系统交通地理信息系统是GIS在交通领域的具体应用和延伸，是在传统GIS基础上，充分考虑 交通现象的线性特征和网络特征，并附之专门的交通建模手段而形成的专门系统。简言之， 交通地理信息系统是收集、存储、分析和处理与交通相关的地理信息系统。GIS-T是将GIS技术、数据通讯传输技术、电子传感与控制技术以及计算机处理技术等，有 效地集成并运用于整个运输管理体系，从而建立起一种在大范围、全方位发挥作用的、实时 准确的、高效的综合运输和管理系统，实现运输工具在交通网络上的运行管理。1.2.3交通地理信息系

4、统特点由于交通信息的线性性、动态性以及复杂性，与GIS在其他领域的应用相比。无论是在数 据组织还是空间分析上，GIS在交通领域的应用有其独特的技术特征。这主要体现在如下三 方面：1）线性参照系统2）动态分段技术3）几何网络拓扑关系1.3交通地理信息系统分类（1）按功能分类：1、规划型GIS-T2、设计型GIS-T3、管理型GIS-T4、导航型GIS-T（2）按地域尺度分类：1、城市路网系统2、区域交通网络系统（3）按交通方式分类：1、公路交通信息系统2、铁路交通信息系统3、航空交通信息系统4、水运交通信息系统5、管道网络交通信息系统1.4交通地理信息系统功能1.4.1基础GIS平台功能基础GI

5、S功能包括数据获取、数据编辑处理、数据显示、格式转换、几何量测、数据检索、 缓冲区分析、叠置分析、地形分析、基本网络分析等。交通数据建模与分析是指专门用于交通网络数据的建模和基本分析工具，主要包括：1）线性参照与动态分段2）矩阵管理、显示与编辑3）交通运输网络特征数据管理4）路径与路径系统分析包括最短路径分析、车辆路线安排、路径系统、网络流量模型、位置分配模型等直接服务于交通规划和管理的操作，是GIS-T的特色体现：1）网络分析模型2）交通规划与运输需求预测模型3）路径选择与物流模型4）分区与定位模型5）网络流量模型1.5 GIS-T的应用范畴1）铁路管理2）运输调度3）港口和水运管理4）航空

6、和飞行管理5）公共交通管理6）智能交能7）公路管理8）公路设计9）公路建设10）公路维护第二章GIS-T数据采集2.1.2交通专题信息交通专题信息是附着在交通网络和设施上的各种交通属性信息，全面刻画交通路线的各种质 量特征。交通专题信息数据的获取主要通过资料的收集分析、抽样调查获得。由于交通信息 种类繁多，内容复杂，在建立GIS-T前，要进行详细的用户调查和需求分析，以确定要收 集和存储那些属性信息以及这些属性信息分布在什么单位和部门。交通专题属性信息可分为静态信息和动态信息两类，前者主要刻画交通路线与附属设施的基 本性质，如一条道路和名称、起终点、长度、宽度、路面结构、管养单位等；后者是常常

7、反 映交通运营情况，是车辆导航和交通管理的基本数据，如交通堵塞位置、原因、预计堵塞时 间等。2.1.3社会经济数据社会经济数据是关于区域内的社会、经济、环境、交能、运输状况等数据，综合反映区域内 社会经济数据。这些数据是交通规划的基础数据，一般包括社会经济数据和区域交通运输能 力两大类。2.2 GIS-T数据内容2.2.1基础地理数据内容1）基础地理信息数据：包括大地控制点、境界（界、地市、县、乡镇）、地质地貌、水系、 湖泊、铁路、机场、地名注记；2）交通基础设施数据：国道、省道、主要支线公路、县乡公路、公路桥梁、隧道、收费站、 干线公路、物资供应站；3）道路养护专题数据：公路局（处）、养护管

8、理处、养护管理站、养护工区、道班、观测点。2.2.2社会经注数据内容社会经济数据一般包括区域社会经济数据和交通运输能力数据两类（1）区域社会经济数据区域社会经济数据由国家和地方有关的法规政策、资源环境数据和社会经济数据三类数据组 成：1）国家和地方有关的方针政策2）资源环境信息数据3）社会经济信息（2）区域交通信息区域交通运输系统数据包括以下几类数据：1）公路网各线路的起终点2）公路网内的交通事故情况3）铁路网各线路的起终点4）航道网各航道起终点5）航空线起终点、里程、机场位置、吞吐量、适应状况6）管道起讫点、主要经过点、里程、通过能力7）邮电设施密度与适应状况8）铁路、航空、航道、管道与邮电

9、设施发展规划2.2.3交通专题数据内容交通专题数据的内容非常广泛，涵盖了公路、铁路、水运、航空、管道五大交通方式的各种 信息，其中尤其以公路交通专题数据最为丰富公路交通的GIS研究覆盖从规划、建设、养护、运输、交通管理的各个环节。从内容上可 分为1）规划、建设类数据2）养护管理类数据3）运输类数据4）交通管理类数据第三章GIS-T数据模型及其组织3.1 GIS-T数据特征及数据模型分类按照数据模型描述对象的维数，可以分为平面数据模型和非平面数据模型；按照数据模型的复杂程度，可以分为简单数据模型如弧-节点数据模型、企业数据模型、适合于ITS的数据模型3.3线性参照系统3.3.1线性参照系统定义线

10、性参照系统是一系列内业和外业的程序和方法的集合，包括线性参照方法及不同线性参照 方法之间的转换方法。线性参照系统通常由以下几个部分组成1）交通网络模型2）线性参照方法3）参照基准与控制3.3.2线性参照系统概念模型主要的线性参照方法有：里程参照、分段参照、街区线段与距离参照线性参照控制的几个基本概念：（1）控制点；（2）控制段；（3）参考点；3.3.3平面坐标和线性参照系统的转换为了实现对与空间位置有关的属性细致的查询和分析，必须实现平面直角坐标与线性参照系 统之间的转换。主要方法有：（1）线性内插法；（2）积分法3.4动态分段技术动态分段是在传统GIS数据模型的基础上利用线性参照系统和相应算

11、法，在需要分析、显 示、查询及输出时，在不改变要素位置（坐标）的前提下，建立线性要素上任意路段与多重 属性信息之间关联的技术动态分段的优势1）任何一个要素的变化不会影响其他要素2）容易添加和删除要素3）应用时只需处理具有特殊意义的要素，减少处理和存储的数据量4）一些实体可以被表述成节点或弧段3.4.2动态分段技术的线性参照系在实际工作中主要采用公路名称和里程线性参照系和链-结点线性参照系二种参照系。3.4.3基于线性参照系的动态分段数据模型在动态分段数据模型中实际上主要包含两种实体类型:点状实体如交通事故点、信号标志等； 而具有相同属性如路面宽度、路面条件和路面形式的某一公路中段等是典型的线性

12、要素。3.5几何网络模型几何网络模型是一种全新的网络模型，它是在对交通和其他网络的反复模拟和实践后提出， 它能有效地对现实世界的各种网络如交通、电力、水管等进行描述和分析，克服传统网络模 型的不足。3.5.2网络模型线性网络系统如交通、电力线、水管等一般可通过几何网络模型和逻辑网络模型进行描述。 几何网络模型是组成网络系统的要素的集合，几何网络模型是人要素集合的视角来看网络模 型3.5.3网络要素关联逻辑网络的核心是连通属性表。连通属性表描述的是网络元素之间是如何相连的。对网络中 的每一个交汇点来说，连通属性表记录的是与该点相邻的交汇点和连接该点与相邻交汇点的 边线。3.5.4网络要素在几何网

13、络中，要素有四类：简单边线、简单交汇点、复杂边线和复杂交汇点；在几何网络中，每个要素类包含以上四种要素类中的一种。一个几何网络可以含有起相同作 用的多个要素类：1）边线要素与逻辑网络中的一条边相联系；2）简单交汇点要素与逻辑网络中的单个点相对应3）复杂边线要素与逻辑网络中的一些数量的边相对应4）复杂交汇点要素与逻辑网络中的边和节点的集合相对应3.6其他数据模型3.6.1企业数据模型一个可行的目标就是寻建立对LRS的企业级数据模型，即一个具有通用特性的支持整个企 业（如某一机构、公司）或跨企业应用的数据模型。1）NCHRPLRS数据模型2）Ducker/Butler企业级数据模型3.6.2适用于

14、ITS的数据模型1）导航数据模型2）基于车道的网络数据模型3）三维数据模型4）地理数据文件第四章GIS-T分析模型4.1最短路径分析模型4.1.1最短路径的含义最短路径不仅仅指一般地理意义上的距离最短，还可以引申到其他的度量，如时间、费用、 线路容量等。最短路径应该具备两个基本属性：1）从起始点到终点的最短路径也是路径上两节点间的最短路径2）通常最短路径不能靠仅仅选择权重最小的弧段来求出。不是的具体情况下，最短路径算法表现出多样性。根据不同的分类依据得到不同的分类结果。 一般地按照网络特性和求解技术对算法进行分类。启发式策略有若干种，例如贪心策略、方向策略、区域策略、层次策略等，在实际的应用中

15、， 多种启发式策略结合使用可以有效提高最短路径算法的效率，降低空间复杂度。基于启发式 策略的最短路径算法包括Costed算法、分支界定算法、贪心算法等。4.2网络流与设施定位模型网络流问题关注网络中物质和信息如何能够高效流动和转移，主要讨论在网络的承载能力下 流量最大和流动消耗最小两方面内容，也就是最大流和最小费用问题。网络中每个管道用它的截面面积作为该管道网络中注入稳定的水流，水同进水口注入管网络 后流向出水口，最后从出水口流出，这就形成一个实际的稳定流动，称为流。分析这种实际 流动，有如下性质：1）实际流动是一个有向的流动；2）每个管道中单位时间内通过的流量不可能超过该管道的容量（权数）；3）每个内部节点处流入节点的流量与流出节点的流量应相等；4）流入进水口的流量应等于流出山水口的流量，即为实际流动的流量；网络流主要应用于：1）最小费用最大流问题；2）运输问题4.2.3设施定位设施定位和资源配置问题研究在网络中如何合理的对资源和设施进行布局，确定最佳的资源 和设施的空间分布形态，其实质利用对象和约束来解决供与求的最佳匹配问题，具有明确的 现实意义。根据要实现的目标不同，通