交通运输论文-GIS在交通中的应用与发展
摘 要:地理信息技术的日臻成熟为GIS在交通领域内的广泛应用创造了一定 基础。本文总结了GIS技术的特点,并介绍了GIS在交通领域中的应用一G IS-To通过对GIS-T中关键技术的分析, 对其应用中面临的实际问题作 了一定研究,并提出了解决问题的方案。
关键词:GIS GIS-T 关键技术
解决方案地理信息系统是集现代计算机科学、地理学、信息科学、管理科学和测 绘科学为一体的一门新兴学科。它采用数据库、计算机图形学、多媒体等最新技 术,对地理信息进行数据处理,能够实时准确地采集、修改和更新地理空间数据 和属性信息,为决策者提供可视化的支持〔1〕。目前在很多领域中,GIS技 术已被广泛应用。尤其是在交通领域,GIS与传统的交通信息分析和处理技术 紧密结合,延伸出了交通地理信息系统(Geographic
Inform
ation System for Transportatio n),简称G IS-To 1
GIS概述
GIS最早起源于20世纪60年代 “要把地图变成数字形式的地图,便于计算 机处理分
析”的目的。1 9 6 3年,加拿大测量学家R.FTomlinson 首先提出了GIS这一术语,并用于自然资源的管理和规划。后来的几十年中间, 伴随着计算机技术和网络技术的迅猛发展,
GIS的应用也日趋深化和广泛,在
环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、航空、市政管理、城市规划等领 域成为常备的工作系统
GIS是图形处理技术、可视技术及数据库等技术的有机结合, 并以其混合数据 结构和强
大的地理空间分析功能而独树一帜。 它与CAD系统和DBMS (数据 库管理系统)等有着很大的区别。CAD系统虽具有强大的图形处理能力, 但其 拓扑关系比较简单,管理和分析大型地理数据库的能力也有限; DBMS则侧重 于非图形数据的优化存储和查询,而图形查询、显示功能、数据分析功能均相对 较弱。
众所周知,GIS中最基础的也是最重要的部分是地理数据。
GIS能够实现对
大量复杂地理数据的输入、存储、操作和分析、输出等一系列功能。
输入:GIS数据大多数来自现实世界, 数据量比较大。目前被广泛采用的数据 输入方法是传统的手工数字化方法。 同时,遥感数据正日益成为GIS数据的重 要来源,这标志着
GIS数据输入已经开始借助于非地图形式。
术的日益成熟也促进了GIS数据采集技术的发展。
另外,GPS技
存储:GIS对数据的存储比较独特,即在大多数的GIS系统中普遍采用了分 层技术,所以用户在存储这些数据时,只是处理涉及到层,而不是整幅地图,因 而能够对用户的要求作出快速反应。
操作和分析:GIS充分继承了CAD和DBMS的图形操作和数据处理的成熟 技术。GIS中空间数据与属性数据有着紧密的联系, 对数据的一致性要求较高, 并且GIS对地理数据有着强大的空间分析功能。 这是GIS的精华所在,也是 GIS技术能够在很多领域中广泛应用的关键。
输出:GIS能以合适的形式输出用户查询结果或数据分析结果。
对于输出精度
要求较高的应用领域,可以利用数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变 换等技术来提高输出质量。 由于GIS中数据的处理比较繁琐, 工作量非常大,完全通过手工方式已经无法 满足当前的需求,因此必须充分利用计算机的处理能力,借助于软件系统来协助 完成这些工作。目前GIS领域比较成熟的软件有美国ESRI公司的Arc/ Info,
Mapznf o公司的 MapInfo, Intergraph 公司 的MGE等。 2
GIS在交通中的发展
近年来,随着地理信息系统的飞速发展,越来越多的应用领域同GIS技术建立 了紧密的联系。由于交通信息系统具有精度要求高、规则复杂、动态化、离散化 等特点,原有的信息技术已经不能完全满足交通应用的需求,
而借助于GIS的
强大功能,可以实现交通信息化的时代要求。 交通领域中GIS的应用也越来越 受到研究者和开发者的重视。
交通地理信息系统是收集、整理、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通 信息的计算机软硬件系统〔2〕,是GIS技术在交通领域的延伸,是GIS与 多种交通信息分析和处理技术的集成。GIS-T具有强大的交通信息服务和管 理功能,它可以应用在交通管理的各个环节。 在交通工程领域采用GIS技术和 方法研究交通规划、交通建设和交通管理及其相关的问题,具有其他传统方法无 可比拟的优点。
20世纪60年代,美国人口统计局建立了DIME以及后来的TIGER数据 模型,当时他们就
采用了基于点和线的一维线性网络来表达道路系统。
在那些与
点线相连的属性表中,记录了点线的各种属性信息。一直以来,这种模式都是道 路交通系统表达模型的一个主流。但是随着社会和经济的发展,道路交通系统变 得日益复杂,对交通地理信息系统的要求越来越高, GIS-T将面临更多的挑
3 GIS-T关键技术
GIS-T是改进了的GIS和TIS (交通信息系统)的结合体。目前很多研 究人员致力于GIS-T的研究与开发,围绕着GIS-T产生了较多的研究课 题,不同的研究课题涉及到的GIS-T的功能也有所区别。 为了进行详细说明, 可以通过定义3个功能组来获得一个通
用的框架, 这3个功能组是:数据管理(实 现数据存储和维护)、数据操作(实现原始数据的创新)、数据分析或者建立可 分析的模型。它们是相互依赖相互支持的,数据存
储是数据操作的前提,而数据 的建模又是在前两个的基础上建立起来的。
3.1 数据库管理系统
长期以来,交通部门要使用和维护大量的信息,在很多情况下都是多个交通信息 系统共存于同一个部门中,而且每一个交通信息系统只能处理某一类数据信息
(如高速公路规划网、公路管理系统以及事故信息等)。GIS-T的数据管理 系统的关键技术在于通过建立数据模型和数据交换的框架,
把上述不同的数据存
储于一个统一的数据管理系统中,任何部门都能访问到该系统中符合本部门要求 的数据,同时能对这些数据进行分析和建模,然后进行管理和决策。
3.2 数据协同
交通数据一般都是由多个机构提供并维护, 数据类型、数据标准难以统一。每个 数据源可能都有自己的数据模型。数据模型的不同和使用方法的多样性给数据管 理分析造成了很大问题。由于数据位置、拓扑结构、分类、命名和属性、线性测 量的误差,导致不同来源数据的统一过程比较复杂,结果存在很大的不确定性。
要使GIS技术在交通领域取得进展, 必须借助数据协同技术,从地图的匹配算 法、交通数据的错误模型和错误传播(尤其是一维数据模型)、数据质量标准和 数据交换标准三个方面解决数据统一的问题。
随着地理数据越来越广泛的应用,协同性主题逐渐成为GIS-T领域中的一个 最为紧迫的课题。在详细的数字街道数据库、紧急事件的安排和调度系统、车辆 导航系统以及ITS (智能交通系统)的各个部分(包括测量使用者和运输控制 中心或者信息服务提供商之间的无线通讯)都必须应用数据协同技术。
3.3 实时GIS-T
地理数据的收集是一个持续的过程。 近年来,已经开始出现实时基础上的数据操 作。例如,带有全球定位系统GPS的车辆提供速度、
位置等要素信息到运输管
理中心,管理中心再根据发送的交通信息将预测信息返回给车辆, 这样就组成了
地区的阻塞管理系统。由此可见,进行实时数据的存储、恢复、处理和分析需要 更快的数据访问模式、更强大的空间数据融合技术以及动态路由算法。
3.4 庞大的数据集
现实世界的交通问题涉及到庞大的地理数据和复杂的网络。 地理信息科学对地理 可视化和数据采集的规则、技术发现和数据获得的计算方法进行了研究和集成, 同时也促进了
GIS—T的发展。
由于交通数据集大小的不同,就需要经常更新系统设计,这个系统设计包括了信 息显示的精确性、速度上的优化、算法运行时间与流程中的分析工具以及网络分 析的优化。
3.5 分布式计算
互联网技术提供的可连接性改变了计算机、应用软件、数据和用户之间的关系。 计算机已经形成了一个可移动的、 分布式的、普遍存在的实体。基于互联网的G IS应用变得越来越普遍(包括在交通领域中)。以通讯网络技术为基础的分布
式计算技术可以有效地使用本地和远程的计算资源,借助完善的系统资源,实现 适时应用的构想。
4 4.1
GIS-T中面临的问题及解决方案
多格式数据源集成问题
GIS中最基础的部分是数据,在GIS-T中也不例外。但是多年来,一方面 由于缺乏权威
的专业数据公司制作并出售基础的地理数据,
保证,导致了大量的人力物力花费在制作基础数据的工作上;
所需的数据来源没有 另一方面,对已有
的数据没有充分加以利用,各部门积累下来的基础数据由于数据格式和规划不统 一,难于共享利用,这样不仅加大了成本,而且还延长了建设的周期。因此,实 现多源数据集