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ＧＩＳ在交通中的應(yīng)用與發(fā)展-
摘 要：地理信息技術(shù)的日臻成熟為ＧＩＳ在交通領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了一定基礎(chǔ)。本文總結(jié)了ＧＩＳ技術(shù)的特點(diǎn)，并介紹了ＧＩＳ在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用—ＧＩＳ－Ｔ。通過對ＧＩＳ－Ｔ中關(guān)鍵技術(shù)的分析，對其應(yīng)用中面臨的實(shí)際問題作了一定研究，并提出了解決問題的方案。
關(guān)鍵詞：ＧＩＳ�。牵桑樱浴￡P(guān)鍵技術(shù)
解決方案地理信息系統(tǒng)是集現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)和測繪科學(xué)為一體的一門新興學(xué)科。它采用數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體等最新技術(shù)，對地理信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地采集、修改和更新地理空間數(shù)據(jù)和屬性信息，為決策者提供可視化的支持〔１〕。目前在很多領(lǐng)域中，ＧＩＳ技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。尤其是在交通領(lǐng)域，ＧＩＳ與傳統(tǒng)的交通信息分析和處理技術(shù)緊密結(jié)合，延伸出了交通地理信息系統(tǒng)（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ），簡稱ＧＩＳ－Ｔ。
１�。牵桑痈攀�
ＧＩＳ最早起源于２０世紀(jì)６０年代“要把地圖變成數(shù)字形式的地圖，便于計(jì)算機(jī)處理分析”的目的。１９６３年，加拿大測量學(xué)家Ｒ．ＦＴｏｍｌｉｎｓｏｎ首先提出了ＧＩＳ這一術(shù)語，并用于自然資源的管理和規(guī)劃。后來的幾十年中間，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，ＧＩＳ的應(yīng)用也日趨深化和廣泛，在環(huán)境、資源、石油、電力、土地、交通、公安、航空、市政管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域成為常備的工作系統(tǒng)。
ＧＩＳ是圖形處理技術(shù)、可視技術(shù)及數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，并以其混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的地理空間分析功能而獨(dú)樹一幟。它與ＣＡＤ系統(tǒng)和ＤＢＭＳ（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）等有著很大的區(qū)別。ＣＡＤ系統(tǒng)雖具有強(qiáng)大的圖形處理能力，但其拓?fù)潢P(guān)系比較簡單，管理和分析大型地理數(shù)據(jù)庫的能力也有限；ＤＢＭＳ則側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)的優(yōu)化存儲和查詢，而圖形查詢、顯示功能、數(shù)據(jù)分析功能均相對較弱。
眾所周知，ＧＩＳ中最基礎(chǔ)的也是最重要的部分是地理數(shù)據(jù)。ＧＩＳ能夠?qū)崿F(xiàn)對大量復(fù)雜地理數(shù)據(jù)的輸入、存儲、操作和分析、輸出等一系列功能。
輸入：ＧＩＳ數(shù)據(jù)大多數(shù)來自現(xiàn)實(shí)世界，數(shù)據(jù)量比較大。目前被廣泛采用的數(shù)據(jù)輸入方法是傳統(tǒng)的手工數(shù)字化方法。同時，遙感數(shù)據(jù)正日益成為ＧＩＳ數(shù)據(jù)的重要來源，這標(biāo)志著ＧＩＳ數(shù)據(jù)輸入已經(jīng)開始借助于非地圖形式。另外，ＧＰＳ技術(shù)的日益成熟也促進(jìn)了ＧＩＳ數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展。
存儲：ＧＩＳ對數(shù)據(jù)的存儲比較獨(dú)特，即在大多數(shù)的ＧＩＳ系統(tǒng)中普遍采用了分層技術(shù)，所以用戶在存儲這些數(shù)據(jù)時，只是處理涉及到層，而不是整幅地圖，因而能夠?qū)τ脩舻囊笞鞒隹焖俜磻?yīng)。
操作和分析：ＧＩＳ充分繼承了ＣＡＤ和ＤＢＭＳ的圖形操作和數(shù)據(jù)處理的成熟技術(shù)。ＧＩＳ中空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)有著緊密的聯(lián)系，對數(shù)據(jù)的一致性要求較高，并且ＧＩＳ對地理數(shù)據(jù)有著強(qiáng)大的空間分析功能。這是ＧＩＳ的精華所在，也是ＧＩＳ技術(shù)能夠在很多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。
輸出：ＧＩＳ能以合適的形式輸出用戶查詢結(jié)果或數(shù)據(jù)分析結(jié)果。對于輸出精度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，可以利用數(shù)據(jù)校正、編輯、圖形整飾、誤差消除、坐標(biāo)變換等技術(shù)來提高輸出質(zhì)量。
由于ＧＩＳ中數(shù)據(jù)的處理比較繁瑣，工作量非常大，完全通過手工方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的需求，因此必須充分利用計(jì)算機(jī)的處理能力，借助于軟件系統(tǒng)來協(xié)助完成這些工作。目前ＧＩＳ領(lǐng)域比較成熟的軟件有美國ＥＳＲＩ公司的Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ，Ｍａｐｚｎｆｏ公司的ＭａｐＩｎｆｏ，Ｉｎｔｅｒｇｒａｐｈ公司的ＭＧＥ等。
２ ＧＩＳ在交通中的發(fā)展
近年來，隨著地理信息系統(tǒng)的飛速發(fā)展，越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域同ＧＩＳ技術(shù)建立了緊密的聯(lián)系。由于交通信息系統(tǒng)具有精度要求高、規(guī)則復(fù)雜、動態(tài)化、離散化等特點(diǎn)，原有的信息技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足交通應(yīng)用的需求，而借助于ＧＩＳ的強(qiáng)大功能，可以實(shí)現(xiàn)交通信息化的時代要求。交通領(lǐng)域中ＧＩＳ的應(yīng)用也越來越受到研究者和開發(fā)者的重視。
交通地理信息系統(tǒng)是收集、整理、存儲、管理、綜合分析和處理空間信息和交通信息的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)〔２〕，是ＧＩＳ技術(shù)在交通領(lǐng)域的延伸，是ＧＩＳ與多種交通信息分析和處理技術(shù)的集成。ＧＩＳ－Ｔ具有強(qiáng)大的交通信息服務(wù)和管理功能，它可以應(yīng)用在交通管理的各個環(huán)節(jié)。在交通工程領(lǐng)域采用ＧＩＳ技術(shù)和方法研究交通規(guī)劃、交通建設(shè)和交通管理及其相關(guān)的問題，具有其他傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
２０世紀(jì)６０年代，美國人口統(tǒng)計(jì)局建立了ＤＩＭＥ以及后來的ＴＩＧＥＲ數(shù)據(jù)模型，當(dāng)時他們就采用了基于點(diǎn)和線的一維線性網(wǎng)絡(luò)來表達(dá)道路系統(tǒng)。在那些與點(diǎn)線相連的屬性表中，記錄了點(diǎn)線的各種屬性信息。一直以來，這種模式都是道路交通系統(tǒng)表達(dá)模型的一個主流。但是隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，道路交通系統(tǒng)變得日益復(fù)雜，對交通地理信息系統(tǒng)的要求越來越高，ＧＩＳ－Ｔ將面臨更多的挑戰(zhàn)。
３�。牵桑樱躁P(guān)鍵技術(shù)
ＧＩＳ－Ｔ是改進(jìn)了的ＧＩＳ和ＴＩＳ（交通信息系統(tǒng)）的結(jié)合體。目前很多研究人員致力于ＧＩＳ－Ｔ的研究與開發(fā)，圍繞著ＧＩＳ－Ｔ產(chǎn)生了較多的研究課題，不同的研究課題涉及到的ＧＩＳ－Ｔ的功能也有所區(qū)別。為了進(jìn)行詳細(xì)說明，可以通過定義３個功能組來獲得一個通用的框架，這３個功能組是：數(shù)據(jù)管理（實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和維護(hù)）、數(shù)據(jù)操作（實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的創(chuàng)新）、數(shù)據(jù)分析或者建立可分析的模型。它們是相互依賴相互支持的，數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)操作的前提，而數(shù)據(jù)的建模又是在前兩個的基礎(chǔ)上建立起來的。
３．１ 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
長期以來，交通部門要使用和維護(hù)大量的信息，在很多情況下都是多個交通信息系統(tǒng)共存于同一個部門中，而且每一個交通信息系統(tǒng)只能處理某一類數(shù)據(jù)信息（如高速公路規(guī)劃網(wǎng)、公路管理系統(tǒng)以及事故信息等）。ＧＩＳ－Ｔ的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于通過建立數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換的框架，把上述不同的數(shù)據(jù)存儲于一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，任何部門都能訪問到該系統(tǒng)中符合本部門要求的數(shù)據(jù)，同時能對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，然后進(jìn)行管理和決策。
３．２ 數(shù)據(jù)協(xié)同
交通數(shù)據(jù)一般都是由多個機(jī)構(gòu)提供并維護(hù)，數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一。每個數(shù)據(jù)源可能都有自己的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型的不同和使用方法的多樣性給數(shù)據(jù)管理分析造成了很大問題。由于數(shù)據(jù)位置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分類、命名和屬性、線性測量的誤差，導(dǎo)致不同來源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一過程比較復(fù)雜，結(jié)果存在很大的不確定性。要使ＧＩＳ技術(shù)在交通領(lǐng)域取得進(jìn)展，必須借助數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)，從地圖的匹配算法、交通數(shù)據(jù)的錯誤模型和錯誤傳播（尤其是一維數(shù)據(jù)模型）、數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)三個方面解決數(shù)據(jù)統(tǒng)一的問題。
隨著地理數(shù)據(jù)越來越廣泛的應(yīng)用，協(xié)同性主題逐漸成為ＧＩＳ－Ｔ領(lǐng)域中的一個最為緊迫的課題。在詳細(xì)的數(shù)字街道數(shù)據(jù)庫、緊急事件的安排和調(diào)度系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)以及ＩＴＳ（智能交通系統(tǒng)）的各個部分（包括測量使用者和運(yùn)輸控制中心或者信息服務(wù)提供商之間的無線通訊）都必須應(yīng)用數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)。
３．３ 實(shí)時ＧＩＳ－Ｔ
地理數(shù)據(jù)的收集是一個持續(xù)的過程。近年來，已經(jīng)開始出現(xiàn)實(shí)時基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)操作。例如，帶有全球定位系統(tǒng)ＧＰＳ的車輛提供速度、位置等要素信息到運(yùn)輸管理中心，管理中心再根據(jù)發(fā)送
的交通信息將預(yù)測信息返回給車輛，這樣就組成了地區(qū)的阻塞管理系統(tǒng)。由此可見，進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的存儲、恢復(fù)、處理和分析需要更快的數(shù)據(jù)訪問模式、更強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及動態(tài)路由算法。
３．４ 龐大的數(shù)據(jù)集
現(xiàn)實(shí)世界的交通問題涉及到龐大的地理數(shù)據(jù)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。地理信息科學(xué)對地理可視化和數(shù)據(jù)采集的規(guī)則、技術(shù)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)獲得的計(jì)算方法進(jìn)行了研究和集成，同時也促進(jìn)了ＧＩＳ－Ｔ的發(fā)展。
由于交通數(shù)據(jù)集大小的不同，就需要經(jīng)常更新系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這個系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括了信息顯示的精確性、速度上的優(yōu)化、算法運(yùn)行時間與流程中的分析工具以及網(wǎng)絡(luò)分析的優(yōu)化。
３．５ 分布式計(jì)算
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供的可連接性改變了計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)和用戶之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)已經(jīng)形成了一個可移動的、分布式的、普遍存在的實(shí)體�；诨ヂ�(lián)網(wǎng)的ＧＩＳ應(yīng)用變得越來越普遍（包括在交通領(lǐng)域中）。以通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式計(jì)算技術(shù)可以有效地使用本地和遠(yuǎn)程的計(jì)算資源，借助完善的系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)適時應(yīng)用的構(gòu)想。
４�。牵桑樱灾忻媾R的問題及解決方案
４．１ 多格式數(shù)據(jù)源集成問題
ＧＩＳ中最基礎(chǔ)的部分是數(shù)據(jù)，在ＧＩＳ－Ｔ中也不例外。但是多年來，一方面由于缺乏權(quán)威的專業(yè)數(shù)據(jù)公司制作并出售基礎(chǔ)的地理數(shù)據(jù)，所需的數(shù)據(jù)來源沒有保證，導(dǎo)致了大量的人力物力花費(fèi)在制作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的工作上；另一方面，對已有的數(shù)據(jù)沒有充分加以利用，各部門積累下來的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)格式和規(guī)劃不統(tǒng)一，難于共享利用，這樣不僅加大了成本，而且還延長了建設(shè)的周期。因此，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)集成、解決多格式數(shù)據(jù)源集成是近年來ＧＩＳ－Ｔ系統(tǒng)研制開發(fā)的重要課題。目前，方案有以下３種：
（１）據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式：把其它的數(shù)據(jù)格式經(jīng)專門的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，復(fù)制到當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫或文件中。
（２）數(shù)據(jù)互操作模式：這是Ｏｐｅｎ ＧＩＳ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ（ＯＧＣ）制定的規(guī)范，ＧＩＳ互操作是指在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫和分布式計(jì)算的情況下，ＧＩＳ用戶在相互理解的基礎(chǔ)上，能夠透明地獲取所需的信息。
（３）直接數(shù)據(jù)訪問模式：就是在一個ＧＩＳ軟件中實(shí)現(xiàn)對其它軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問，用戶可以使用單個ＧＩＳ軟件存儲多種數(shù)據(jù)格式。
４．２ 交通地理現(xiàn)象的表達(dá)
ＧＩＳ－Ｔ中涉及３類模型：①區(qū)域模型，即在跨越空間時代表連續(xù)變化的現(xiàn)象；②離散實(shí)體模型，也就是離散的實(shí)體（點(diǎn)、線或多邊形）及其相關(guān)屬性的集合的抽象表達(dá)；③網(wǎng)絡(luò)模型，代表拓?fù)溥B接的嵌于地表的線性網(wǎng)絡(luò)變化的抽象表達(dá)。由于交通系統(tǒng)自身的特性，應(yīng)用于交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型幾乎都沒有超出上述的三種模型的范圍。
在對交通模型進(jìn)行表達(dá)的時候，可以用許多具有多種屬性的線段代表道路網(wǎng)，用離散點(diǎn)代表各種道路網(wǎng)中的標(biāo)志性地物，用線性網(wǎng)絡(luò)代數(shù)對交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，這些方法對實(shí)現(xiàn)道路交通系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)表示起到了一定的作用。在交通領(lǐng)域中，圍繞以弧和點(diǎn)的概念建立的網(wǎng)絡(luò)模型起的作用是最重要的。實(shí)際上，在許多交通應(yīng)用中，只需要單個的表示數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)模型就可以了。這種應(yīng)用的例子包括：
（１）人行道以及其它設(shè)備管理系統(tǒng)；
（２）實(shí)時與下線行程安排；
（３）基于網(wǎng)絡(luò)的交通信息系統(tǒng)和行程計(jì)劃任務(wù)；
（４）導(dǎo)航系統(tǒng)；
（５）實(shí)時交通堵塞管理和事故發(fā)現(xiàn)等。
５ 結(jié)語
在交通領(lǐng)域，ＧＩＳ－Ｔ被公認(rèn)為２１世紀(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著ＧＩＳ技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，目前ＧＩＳ－Ｔ中存在的問題會逐步得到解決，這必定會促進(jìn)ＧＩＳ－Ｔ的各個方面的應(yīng)用和發(fā)展，大大地改變交通現(xiàn)狀，帶動整個交通行業(yè)的突飛猛進(jìn)，成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要動力。
參考文獻(xiàn)
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