GIS-T課件(9-10講)

1、2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武交通地理信息系統(tǒng)原理及應(yīng)用第三章第三章 GIS-T數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：圖論和網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：圖論和網(wǎng)絡(luò)分析第二節(jié)第二節(jié) 交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)表示交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)表示第三節(jié)線性參照系統(tǒng)和動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型第三節(jié)線性參照系統(tǒng)和動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型第四節(jié)第四節(jié)ITSITS的交通數(shù)據(jù)模型及相關(guān)應(yīng)用的交通數(shù)據(jù)模型及相關(guān)應(yīng)用4.14.1導(dǎo)航數(shù)據(jù)模型導(dǎo)航數(shù)據(jù)模型 基于車道的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型基于車道的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型 三維數(shù)據(jù)模型三維數(shù)據(jù)模型4.44.4分布式互操作交通數(shù)據(jù)庫分布式互操作交通數(shù)據(jù)庫 第五節(jié)第五節(jié) 結(jié)論結(jié)論2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工

2、程學(xué)院 程紹武為什么要研究為什么要研究GIS-T數(shù)據(jù)模型？數(shù)據(jù)模型？GIS軟件軟件交通系統(tǒng)交通系統(tǒng)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：圖論和網(wǎng)絡(luò)分析的關(guān)系數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：圖論和網(wǎng)絡(luò)分析的關(guān)系第第1 1節(jié)節(jié) 第三章第三章 GIS-TGIS-T數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 圖圖由表示集合成員的頂點頂點的集合以及表示頂點間的邏輯關(guān)系或物理連接的邊邊組成 有向圖和無向圖 連通性及同構(gòu) 平面圖及非平面圖網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)Network是一個明確地調(diào)節(jié)交互和移動行為的圖 網(wǎng)絡(luò)與圖的重要不同在于網(wǎng)絡(luò)可以容納與弧關(guān)聯(lián)的權(quán)重權(quán)重，弧的權(quán)重是表示那個弧的單位流成本

3、的函數(shù)（即，單位流經(jīng)過弧的成本） 圖是網(wǎng)絡(luò)表示和分析的基礎(chǔ)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)表示交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)表示第第2 2節(jié)節(jié) 第三章第三章 GIS-TGIS-T數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 用有向網(wǎng)絡(luò)表示交通系統(tǒng) 節(jié)點表示交叉口 有向弧表示出行方向 用轉(zhuǎn)換弧表示不同交通模式間的轉(zhuǎn)換（如街道網(wǎng)、地鐵、輕軌、地面公交等） 廣義成本函數(shù)（general cost function）表示經(jīng)過弧段的單位流成本節(jié)點節(jié)點-弧表示法弧表示法2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武圖圖3-13-1街道交叉口的網(wǎng)絡(luò)表示（街道交

4、叉口的網(wǎng)絡(luò)表示（after Sheffi after Sheffi 19851985）（a a）單節(jié)點表示）單節(jié)點表示（b b）擴(kuò)展表示）擴(kuò)展表示2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武（a a）線路）線路（b b）系統(tǒng)入口、出口和換乘）系統(tǒng)入口、出口和換乘紅線公汽紅線公汽藍(lán)線公汽藍(lán)線公汽換乘換乘起點起點終點終點上載上載卸載卸載圖圖3-23-2公交線路網(wǎng)絡(luò)表示公交線路網(wǎng)絡(luò)表示(after Sheffi 1985)(after Sheffi 1985)行車區(qū)間行車區(qū)間站點站點2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武TAZTAZ邊界邊界TAZTAZ形心形心形心連線形心連線圖

5、圖3-33-3連接交通分析區(qū)到交連接交通分析區(qū)到交通網(wǎng)絡(luò)通網(wǎng)絡(luò)(after Sheffi 1985)(after Sheffi 1985)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武節(jié)點節(jié)點-弧表示法的邏輯數(shù)據(jù)模型弧表示法的邏輯數(shù)據(jù)模型120110200300100515070605969圖圖3-43-4 關(guān)系模型的例子的示例網(wǎng)關(guān)系模型的例子的示例網(wǎng)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武節(jié)點節(jié)點 標(biāo)識標(biāo)識(其他屬性其他屬性)100110120200300入弧入弧出弧出弧阻抗阻抗5060-1505115069270691705135960159512弧標(biāo)識弧標(biāo)識入節(jié)點入節(jié)點

6、出節(jié)點出節(jié)點（其他屬性）（其他屬性）501001105111012059300110601102006911030070200110圖圖3-53-5 圖圖3-43-4中中 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系模型網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系模型轉(zhuǎn)向表轉(zhuǎn)向表節(jié)點節(jié)點弧弧2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武節(jié)點節(jié)點-弧表示的不足弧表示的不足 一個問題是先前已經(jīng)討論的由平面嵌入引起的表達(dá)困難。 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型另一個問題是其假定弧是同質(zhì)的，即，弧的特性在其端點間是不變的（Goodchild 1998）。這與許多交通應(yīng)用的實際情況不符。 第三個問題是對交通系統(tǒng)中實體之間的一對多關(guān)系表達(dá)方面存在的困難。2014年春季學(xué)期 主講：交通

7、科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武平面嵌入引起的表達(dá)困難平面嵌入引起的表達(dá)困難一對多關(guān)系表達(dá)困難一對多關(guān)系表達(dá)困難弧內(nèi)不同質(zhì)表達(dá)困難弧內(nèi)不同質(zhì)表達(dá)困難2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武線性參照方法和線性參照系統(tǒng)線性參照方法和線性參照系統(tǒng)第第3 3節(jié)節(jié) 第三章第三章 GIS-TGIS-T數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武事件事件線性參照系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)事件的表達(dá)事件事件2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 應(yīng)用背景（案例） 出行路線查詢 路面質(zhì)量、服務(wù)水平 事故管理 線性參照系統(tǒng)通常由以下幾部分組成（Dueker andButler 1997

8、;Nyerges 1990; Sutton 1997; Vonderohe and Hepworth 1996）： 交通網(wǎng)絡(luò)transportation network 位置參照方法location referencing method (LRM) 參照基準(zhǔn)datum2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武位置參照方法位置參照方法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圖圖3-6b 3-6b 控制段參照控制段參照圖圖3-6a3-6a 路名路名- -里程點參照里程

9、點參照2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武Node1Node2Link3Link1Link2Link6Link4Link5從從Node1沿沿Link1參照參照從從Node1沿沿Link3參照參照從從Node2沿沿Link3參照參照從從Node2沿沿Link5參照參照圖圖3-6c3-6c link-link-節(jié)點參照節(jié)點參照2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武定長和變長（動態(tài)）分段定長和變長（動態(tài)）分段 保存空間對象或保存空間對象或使用線性參照方法參考使用線性參照方法參考的的事件事件數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)需要開發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型的需要開發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型的分段模式分段模式并使用并使用分

10、段模式建立線性參照數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)模型的聯(lián)系分段模式建立線性參照數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)模型的聯(lián)系 定長分段定長分段Fixed-length segmentation將每個網(wǎng)絡(luò)弧分割成相同長度的段并記錄每個段的屬性值。2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 變長或者動態(tài)分段Variable-length or dynamic segmentation控制屬性（保持屬性值不變）并量測具有該屬性值的位置。 一些商業(yè)GIS軟件包均在邏輯層使用關(guān)系模型提供動態(tài)分段的能力，差別在于處理空間對象和拓?fù)鋽?shù)據(jù)方面有所不同（Dueker and Vrana 1992）2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹

11、武圖圖3-73-7 不同類型的路線不同類型的路線動態(tài)分段為各種線路表示提供支撐動態(tài)分段為各種線路表示提供支撐2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 簡述線性參照系統(tǒng)的三要素及各要素在線性參照系統(tǒng)中的作用課堂測驗課堂測驗2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武第九次課結(jié)束2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武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中線路與基本網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系模式及函數(shù)依賴中線路與基本網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系模式及函數(shù)依賴2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武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.圖圖

14、3-83-8 ArcInfo GIS ArcInfo GIS 軟件中動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型軟件中動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型線路屬性表（線路屬性表（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年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武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) 路邊停車路邊停車（線性事件）（線性事件）(b)里程點速里程點速度限制（連度限制（連續(xù)事件）續(xù)事件）(c)公共汽車公共汽車站（點事件

16、）站（點事件）圖圖3-93-9 動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型的事件表動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型的事件表2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武動態(tài)分段在多式聯(lián)運(yùn)路線規(guī)劃中的動態(tài)分段在多式聯(lián)運(yùn)路線規(guī)劃中的應(yīng)用：應(yīng)用：vnet設(shè)計設(shè)計 傳統(tǒng)的保存多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的方法是為每個模式開發(fā)一個獨立的子網(wǎng)然后通過轉(zhuǎn)換弧將這些網(wǎng)絡(luò)連接起來。由于沒有保存不同模式網(wǎng)絡(luò)間的函數(shù)依賴，使用關(guān)系數(shù)據(jù)模式保存這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生非規(guī)范化的設(shè)計并且導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫更新異常。 基于線路系統(tǒng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫設(shè)計可以捕獲多模式交通網(wǎng)絡(luò)中的函數(shù)依賴(Miller and Storm 1996; Miller, Storm, and Bowen 1995)。

17、該策略通過使用線路和點事件保存網(wǎng)絡(luò)屬性將拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)屬性分離。所有線路都是基于同一個的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。從概念上將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c屬性分開。由于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中的任何改變都被傳播到使用網(wǎng)絡(luò)的交通模式，因此有利于保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的完整性。2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 Vnet設(shè)計使用點事件和線路在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中保存多模式網(wǎng)絡(luò)間的函數(shù)依賴。 不需要指定通過交叉口的方向的簡約式設(shè)計。每個vnet弧的鍵域如下： 2-vnet（From Route Class，F(xiàn)rom Event ID， To Route Class，To Event ID ) 這里“

18、Route Class”是運(yùn)輸模式的類型（如，自駕出行線路、公共汽車線路），“Event ID”是“Route Class”路線上的點事件標(biāo)識符。 需要追蹤通過交叉口的移動方向的設(shè)計。每個vnet弧的鍵域如下： 3-vnet（From Route Class， From Route ID， From Event ID，To Route Class，To Route ID， To Event ID） 2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武1122332222224455圖圖3-103-10 a a 街道網(wǎng)（自駕出行）街道網(wǎng)（自駕出行）2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程

19、紹武121323紅線公汽紅線公汽藍(lán)線公汽藍(lán)線公汽公共汽車線路公共汽車線路213452014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武From Route CLassFrom Event IDTo Route ClassTo Event ID(非鍵屬性非鍵屬性)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公汽到公汽換乘弧公汽到公汽換乘弧公汽到街道公汽到街道網(wǎng)換乘弧網(wǎng)換乘弧街道網(wǎng)到公街道網(wǎng)到公汽換乘弧汽換乘弧公汽出行弧公汽出行弧街道網(wǎng)（自街道網(wǎng)（自駕出行）弧駕出行）弧圖圖3-113-11 基于圖基于圖3-103-10 的的2-vnet 2-vnet 關(guān)

21、系關(guān)系2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 盡管盡管vnet策略在保持網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)輸模式間的函策略在保持網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)輸模式間的函數(shù)依賴方面是有效的，但是有兩點不足數(shù)依賴方面是有效的，但是有兩點不足: 首先，由于必須為每條弧內(nèi)的移動方向和通過每條弧的每條公共汽車線路保存網(wǎng)絡(luò)、分段表和線路，因此數(shù)據(jù)庫會非常大。 其次，如果它向上擴(kuò)展來處理大型的交通網(wǎng)絡(luò)，需要非常有效的動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型的計算實現(xiàn)。針對大數(shù)據(jù)集合的地理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（如，Arc SDE）性能的不斷提高可能會使vnet成為可行的策略。2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院

22、程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 企業(yè)級LRS數(shù)據(jù)模型產(chǎn)生的背景 線性參照系統(tǒng)和動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型因其靈活性而廣泛應(yīng)用于交通領(lǐng)域。 (Vonderohe et al. 1995)。DOT或MPO內(nèi)的不同部門、不同行政權(quán)限或不同級別的政府使用的面向應(yīng)用的LRS和數(shù)據(jù)模型是各自獨立的 企業(yè)級LRS數(shù)據(jù)模型的目標(biāo) 是開發(fā)一個針對LRS的企業(yè)級數(shù)據(jù)模型，即一個具有公共特征的支持整個企業(yè)(如某一機(jī)構(gòu)、公司)或跨企業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型。企業(yè)級企業(yè)級LRS數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2014年春季

23、學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) LRS數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 NCHRP LRS數(shù)據(jù)模型支持的操作（NCHRP1997） 基本操作基本操作 定位定位locate：通過參照現(xiàn)實世界中的其他對象確定未知點的位置。 翻譯翻譯position：轉(zhuǎn)換現(xiàn)實世界中的位置到數(shù)據(jù)庫中的位置。 安置安置place：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫中的位置到現(xiàn)實世界中的位置 (翻譯的反過程)。 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換transform：數(shù)據(jù)庫中表示位置的不同LRM之間、不同圖形表示之間、LRM和圖形表達(dá)之間的轉(zhuǎn)換。 高級操作高級操作 疊置、鄰接

24、及交通分析需要的網(wǎng)絡(luò)分析操作(路徑查找、路由、設(shè)施選址及網(wǎng)絡(luò)資源分配)。2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武圖圖3-12 NCHRP LRS數(shù)據(jù)模型概念一覽數(shù)據(jù)模型概念一覽（VonderoheVonderohe and Hepworth1996 and Hepworth1996）事件事件事件事件事件事件LRMLRMLRM網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)SourceSourceSource業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)圖形表示圖形表示線形參照方法線形參照方法網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)線性參照系統(tǒng)線性參照系統(tǒng)核心思想：一個線性參照基準(zhǔn)支核心思想：一個線性參照基準(zhǔn)支持多個不同比例的圖形表示和多持多個不同比例的圖形表示和多個不同應(yīng)用領(lǐng)域