- 相關推薦
ＧＩＳ在交通中的應用與發(fā)展-
摘 要：地理信息技術的日臻成熟為ＧＩＳ在交通領域內(nèi)的廣泛應用創(chuàng)造了一定基礎。本文總結了ＧＩＳ技術的特點，并介紹了ＧＩＳ在交通領域中的應用—ＧＩＳ－Ｔ。通過對ＧＩＳ－Ｔ中關鍵技術的分析，對其應用中面臨的實際問題作了一定研究，并提出了解決問題的方案。
關鍵詞：ＧＩＳ ＧＩＳ－Ｔ 關鍵技術
解決方案地理信息系統(tǒng)是集現(xiàn)代計算機科學、地理學、信息科學、管理科學和測繪科學為一體的一門新興學科。它采用數(shù)據(jù)庫、計算機圖形學、多媒體等最新技術，對地理信息進行數(shù)據(jù)處理，能夠實時準確地采集、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〕。目前在很多領域中，ＧＩＳ技術已被廣泛應用。尤其是在交通領域，ＧＩＳ與傳統(tǒng)的交通信息分析和處理技術緊密結合，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６０年代“要把地圖變成數(shù)字形式的地圖，便于計算機處理分析”的目的。１９６３年，加拿大測量學家Ｒ．ＦＴｏｍｌｉｎｓｏｎ首先提出了ＧＩＳ這一術語，并用于自然資源的管理和規(guī)劃。后來的幾十年中間，伴隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，ＧＩＳ的應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)劃等領域成為常備的工作系統(tǒng)。
ＧＩＳ是圖形處理技術、可視技術及數(shù)據(jù)庫等技術的有機結合，并以其混合數(shù)據(jù)結構和強大的地理空間分析功能而獨樹一幟。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)雖具有強大的圖形處理能力，但其拓撲關系比較簡單，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中最基礎的也是最重要的部分是地理數(shù)據(jù)。ＧＩＳ能夠實現(xiàn)對大量復雜地理數(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技術的日益成熟也促進了ＧＩＳ數(shù)據(jù)采集技術的發(fā)展。
存儲：ＧＩＳ對數(shù)據(jù)的存儲比較獨特，即在大多數(shù)的ＧＩＳ系統(tǒng)中普遍采用了分層技術，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，因而能夠對用戶的要求作出快速反應。
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。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)有著強大的空間分析功能。這是ＧＩＳ的精華所在，也是ＧＩＳ技術能夠在很多領域中廣泛應用的關鍵。
輸出：ＧＩＳ能以合適的形式輸出用戶查詢結果或數(shù)據(jù)分析結果。對于輸出精度要求較高的應用領域，可以利用數(shù)據(jù)校正、編輯、圖形整飾、誤差消除、坐標變換等技術來提高輸出質量。
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)無法滿足當前的需求，因此必須充分利用計算機的處理能力，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�。牵桑釉诮煌ㄖ械陌l(fā)展
近年來，隨著地理信息系統(tǒng)的飛速發(fā)展，越來越多的應用領域同ＧＩＳ技術建立了緊密的聯(lián)系。由于交通信息系統(tǒng)具有精度要求高、規(guī)則復雜、動態(tài)化、離散化等特點，原有的信息技術已經(jīng)不能完全滿足交通應用的需求，而借助于ＧＩＳ的強大功能，可以實現(xiàn)交通信息化的時代要求。交通領域中ＧＩＳ的應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算機軟硬件系統(tǒng)〔２〕，是ＧＩＳ技術在交通領域的延伸，是ＧＩＳ與多種交通信息分析和處理技術的集成。ＧＩＳ－Ｔ具有強大的交通信息服務和管理功能，它可以應用在交通管理的各個環(huán)節(jié)。在交通工程領域采用ＧＩＳ技術和方法研究交通規(guī)劃、交通建設和交通管理及其相關的問題，具有其他傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)點。
２０世紀６０年代，美國人口統(tǒng)計局建立了ＤＩＭＥ以及后來的ＴＩＧＥＲ數(shù)據(jù)模型，當時他們就采用了基于點和線的一維線性網(wǎng)絡來表達道路系統(tǒng)。在那些與點線相連的屬性表中，記錄了點線的各種屬性信息。一直以來，這種模式都是道路交通系統(tǒng)表達模型的一個主流。但是隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，道路交通系統(tǒng)變得日益復雜，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 ＧＩＳ－Ｔ關鍵技術
ＧＩＳ－Ｔ是改進了的ＧＩＳ和ＴＩＳ（交通信息系統(tǒng)）的結合體。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。為了進行詳細說明，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（實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和維護）、數(shù)據(jù)操作（實現(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)的關鍵技術在于通過建立數(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)進行分析和建模，然后進行管理和決策。
３．２ 數(shù)據(jù)協(xié)同
交通數(shù)據(jù)一般都是由多個機構提供并維護，數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)標準難以統(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、拓撲結構、分類、命名和屬性、線性測量的誤差，導致不同來源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一過程比較復雜，結果存在很大的不確定性。要使ＧＩＳ技術在交通領域取得進展，必須借助數(shù)據(jù)協(xié)同技術，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)質量標準和數(shù)據(jù)交換標準三個方面解決數(shù)據(jù)統(tǒng)一的問題。
隨著地理數(shù)據(jù)越來越廣泛的應用，協(xié)同性主題逐漸成為ＧＩＳ－Ｔ領域中的一個最為緊迫的課題。在詳細的數(shù)字街道數(shù)據(jù)庫、緊急事件的安排和調度系統(tǒng)、車輛導航系統(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輸控制中心或者信息服務提供商之間的無線通訊）都必須應用數(shù)據(jù)協(xié)同技術。
３．３ 實時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)實時基礎上的數(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輸管理中心，管理中心再根據(jù)發(fā)送
的交通信息將預測信息返回給車輛，這樣就組成了地區(qū)的阻塞管理系統(tǒng)。由此可見，進行實時數(shù)據(jù)的存儲、恢復、處理和分析需要更快的數(shù)據(jù)訪問模式、更強大的空間數(shù)據(jù)融合技術以及動態(tài)路由算法。
３．４ 龐大的數(shù)據(jù)集
現(xiàn)實世界的交通問題涉及到龐大的地理數(shù)據(jù)和復雜的網(wǎng)絡。地理信息科學對地理可視化和數(shù)據(jù)采集的規(guī)則、技術發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)獲得的計算方法進行了研究和集成，同時也促進了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)設計，這個系統(tǒng)設計包括了信息顯示的精確性、速度上的優(yōu)化、算法運行時間與流程中的分析工具以及網(wǎng)絡分析的優(yōu)化。
３．５ 分布式計算
互聯(lián)網(wǎng)技術提供的可連接性改變了計算機、應用軟件、數(shù)據(jù)和用戶之間的關系。計算機已經(jīng)形成了一個可移動的、分布式的、普遍存在的實體�；诨ヂ�(lián)網(wǎng)的ＧＩＳ應用變得越來越普遍（包括在交通領域中）。以通訊網(wǎng)絡技術為基礎的分布式計算技術可以有效地使用本地和遠程的計算資源，借助完善的系統(tǒng)資源，實現(xiàn)適時應用的構想。
４ ＧＩＳ－Ｔ中面臨的問題及解決方案
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，一方面由于缺乏權威的專業(yè)數(shù)據(jù)公司制作并出售基礎的地理數(shù)據(jù)，所需的數(shù)據(jù)來源沒有保證，導致了大量的人力物力花費在制作基礎數(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，而且還延長了建設的周期。因此，實現(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)格式轉換模式：把其它的數(shù)據(jù)格式經(jīng)專門的數(shù)據(jù)轉換程序進行格式轉換后，復制到當前系統(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互操作是指在異構數(shù)據(jù)庫和分布式計算的情況下，ＧＩＳ用戶在相互理解的基礎上，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
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離散實體模型，也就是離散的實體（點、線或多邊形）及其相關屬性的集合的抽象表達；③網(wǎng)絡模型，代表拓撲連接的嵌于地表的線性網(wǎng)絡變化的抽象表達。由于交通系統(tǒng)自身的特性，應用于交通系統(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。
在對交通模型進行表達的時候，可以用許多具有多種屬性的線段代表道路網(wǎng)，用離散點代表各種道路網(wǎng)中的標志性地物，用線性網(wǎng)絡代數(shù)對交通網(wǎng)絡進行分析，這些方法對實現(xiàn)道路交通系統(tǒng)的計算機表示起到了一定的作用。在交通領域中，圍繞以弧和點的概念建立的網(wǎng)絡模型起的作用是最重要的。實際上，在許多交通應用中，只需要單個的表示數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡模型就可以了。這種應用的例子包括：
（１）人行道以及其它設備管理系統(tǒng)；
（２）實時與下線行程安排；
（３）基于網(wǎng)絡的交通信息系統(tǒng)和行程計劃任務；
（４）導航系統(tǒng)；
（５）實時交通堵塞管理和事故發(fā)現(xiàn)等。
５ 結語
在交通領域，ＧＩＳ－Ｔ被公認為２１世紀的支柱性產(chǎn)業(yè)，是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著ＧＩＳ技術研究的進一步深入，目前ＧＩＳ－Ｔ中存在的問題會逐步得到解決，這必定會促進ＧＩＳ－Ｔ的各個方面的應用和發(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，成為促進經(jīng)濟發(fā)展的重要動力。
參考文獻
〔１〕鄔倫.地理信息系統(tǒng)——原理、方法和應用.北京：科學出版社，２００１.２
〔２〕李躍軍.ＧＩＳ在交通領域中的應用，湖南交通科技，２００１.１２
〔３〕徐建剛、韓雪培.城市規(guī)劃信息技術開發(fā)及應用.南京：東南大學出版社，２０００.９
〔４〕Ｒｅｚａ Ｂｅｈｅｓｈｔｉ，Ｒａｌｐｈ Ｍｉｃｈｅｌｓ．Ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ＧＩＳ：ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ．Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉ-ｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ．２００１
【ＧＩＳ在交通中的應用與發(fā)展-】相關文章：
比法在物理中的應用08-17
生活中的化學在教學中的應用08-23
內(nèi)部審計在企業(yè)中的應用08-07
CAI在“光的反射”中的應用08-17
新信息技術在我國中小學教育中應用的發(fā)展策略研究08-17
在交流中促進發(fā)展08-17
樹立科學的發(fā)展觀 促進交通快速發(fā)展08-15
反思在語文教學中的應用08-17