交通GIS一些概念

1、1.1.1交通交通是指用火車、汽車、輪船、飛機(jī)、管道等運(yùn)輸工具進(jìn)行的人流、客流和貨流的交流運(yùn)輸 活動(dòng)。從系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)看，交通是人類為滿足人們出行和貨物運(yùn)輸?shù)男枰?，由人、運(yùn)輸工 具、交通線路（公路、鐵路、航空線路、航道、管道）、環(huán)境等交通要素構(gòu)成的復(fù)雜的動(dòng)態(tài) 系統(tǒng)。1.1.2交通信息交通信息具有如下的特征：（1）空間分布特征，即交通現(xiàn)像所具有的天然地域特征；（2）多維結(jié)構(gòu)特征，如一段公路上，既有交通流量屬性，也有路面介質(zhì)信息，還有路基結(jié) 構(gòu)等；（3）動(dòng)態(tài)變化特征，同交通系統(tǒng)的特點(diǎn)所決定；（4）海量數(shù)據(jù)特征，交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及人、車、線路、環(huán)境等信息，其數(shù) 據(jù)量一般比較大；（5）數(shù)據(jù)

2、來源多樣性特征，交通數(shù)據(jù)來源復(fù)雜，有實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，也有圖形圖像數(shù)據(jù)， 還有各種感應(yīng)檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源多樣；（6）獨(dú)立性特征，這是交通信息與一般空間信息之間的最大區(qū)別，即在交通信息中，屬性 數(shù)據(jù)可獨(dú)立于空間數(shù)據(jù)而存在，可單獨(dú)進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)的建模與分析。1.2.1交通地理信息交通地理信息是指與交通運(yùn)輸相關(guān)的各種地理信息，它表述了各種交通網(wǎng)絡(luò)的空間分布、運(yùn) 動(dòng)在其上的人或物質(zhì)的空間移動(dòng)以及交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的管理，所以也屬于人類交往的地域組織 及其發(fā)展規(guī)律的地理信息范疇。交通地理信息具有如下的特點(diǎn)：1）線性分布特征；（對(duì)應(yīng)線性參照系統(tǒng)）2）時(shí)間變化特征；（對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)分段技術(shù)）3）網(wǎng)絡(luò)分布特征；（對(duì)應(yīng)幾何網(wǎng)

3、絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系）交通數(shù)據(jù)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1）抽樣性2）概括性3）多態(tài)性4）空間性1.2.2交通地理信息系統(tǒng)交通地理信息系統(tǒng)是GIS在交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用和延伸，是在傳統(tǒng)GIS基礎(chǔ)上，充分考慮 交通現(xiàn)象的線性特征和網(wǎng)絡(luò)特征，并附之專門的交通建模手段而形成的專門系統(tǒng)。簡言之， 交通地理信息系統(tǒng)是收集、存儲(chǔ)、分析和處理與交通相關(guān)的地理信息系統(tǒng)。GIS-T是將GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感與控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等，有 效地集成并運(yùn)用于整個(gè)運(yùn)輸管理體系，從而建立起一種在大范圍、全方位發(fā)揮作用的、實(shí)時(shí) 準(zhǔn)確的、高效的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸工具在交通網(wǎng)絡(luò)上的運(yùn)行管理。1.2.3交通地理信息系

4、統(tǒng)特點(diǎn)由于交通信息的線性性、動(dòng)態(tài)性以及復(fù)雜性，與GIS在其他領(lǐng)域的應(yīng)用相比。無論是在數(shù) 據(jù)組織還是空間分析上，GIS在交通領(lǐng)域的應(yīng)用有其獨(dú)特的技術(shù)特征。這主要體現(xiàn)在如下三 方面：1）線性參照系統(tǒng)2）動(dòng)態(tài)分段技術(shù)3）幾何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系1.3交通地理信息系統(tǒng)分類（1）按功能分類：1、規(guī)劃型GIS-T2、設(shè)計(jì)型GIS-T3、管理型GIS-T4、導(dǎo)航型GIS-T（2）按地域尺度分類：1、城市路網(wǎng)系統(tǒng)2、區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（3）按交通方式分類：1、公路交通信息系統(tǒng)2、鐵路交通信息系統(tǒng)3、航空交通信息系統(tǒng)4、水運(yùn)交通信息系統(tǒng)5、管道網(wǎng)絡(luò)交通信息系統(tǒng)1.4交通地理信息系統(tǒng)功能1.4.1基礎(chǔ)GIS平臺(tái)功能基礎(chǔ)GI

5、S功能包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)編輯處理、數(shù)據(jù)顯示、格式轉(zhuǎn)換、幾何量測、數(shù)據(jù)檢索、 緩沖區(qū)分析、疊置分析、地形分析、基本網(wǎng)絡(luò)分析等。交通數(shù)據(jù)建模與分析是指專門用于交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的建模和基本分析工具，主要包括：1）線性參照與動(dòng)態(tài)分段2）矩陣管理、顯示與編輯3）交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)特征數(shù)據(jù)管理4）路徑與路徑系統(tǒng)分析包括最短路徑分析、車輛路線安排、路徑系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)流量模型、位置分配模型等直接服務(wù)于交通規(guī)劃和管理的操作，是GIS-T的特色體現(xiàn)：1）網(wǎng)絡(luò)分析模型2）交通規(guī)劃與運(yùn)輸需求預(yù)測模型3）路徑選擇與物流模型4）分區(qū)與定位模型5）網(wǎng)絡(luò)流量模型1.5 GIS-T的應(yīng)用范疇1）鐵路管理2）運(yùn)輸調(diào)度3）港口和水運(yùn)管理4）航空

6、和飛行管理5）公共交通管理6）智能交能7）公路管理8）公路設(shè)計(jì)9）公路建設(shè)10）公路維護(hù)第二章GIS-T數(shù)據(jù)采集2.1.2交通專題信息交通專題信息是附著在交通網(wǎng)絡(luò)和設(shè)施上的各種交通屬性信息，全面刻畫交通路線的各種質(zhì) 量特征。交通專題信息數(shù)據(jù)的獲取主要通過資料的收集分析、抽樣調(diào)查獲得。由于交通信息 種類繁多，內(nèi)容復(fù)雜，在建立GIS-T前，要進(jìn)行詳細(xì)的用戶調(diào)查和需求分析，以確定要收 集和存儲(chǔ)那些屬性信息以及這些屬性信息分布在什么單位和部門。交通專題屬性信息可分為靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息兩類，前者主要刻畫交通路線與附屬設(shè)施的基 本性質(zhì)，如一條道路和名稱、起終點(diǎn)、長度、寬度、路面結(jié)構(gòu)、管養(yǎng)單位等；后者是常常

7、反 映交通運(yùn)營情況，是車輛導(dǎo)航和交通管理的基本數(shù)據(jù)，如交通堵塞位置、原因、預(yù)計(jì)堵塞時(shí) 間等。2.1.3社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)是關(guān)于區(qū)域內(nèi)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、交能、運(yùn)輸狀況等數(shù)據(jù)，綜合反映區(qū)域內(nèi) 社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是交通規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，一般包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和區(qū)域交通運(yùn)輸能 力兩大類。2.2 GIS-T數(shù)據(jù)內(nèi)容2.2.1基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)內(nèi)容1）基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)：包括大地控制點(diǎn)、境界（界、地市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)）、地質(zhì)地貌、水系、 湖泊、鐵路、機(jī)場、地名注記；2）交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)：國道、省道、主要支線公路、縣鄉(xiāng)公路、公路橋梁、隧道、收費(fèi)站、 干線公路、物資供應(yīng)站；3）道路養(yǎng)護(hù)專題數(shù)據(jù)：公路局（處）、養(yǎng)護(hù)管

8、理處、養(yǎng)護(hù)管理站、養(yǎng)護(hù)工區(qū)、道班、觀測點(diǎn)。2.2.2社會(huì)經(jīng)注數(shù)據(jù)內(nèi)容社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)一般包括區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和交通運(yùn)輸能力數(shù)據(jù)兩類（1）區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)由國家和地方有關(guān)的法規(guī)政策、資源環(huán)境數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)三類數(shù)據(jù)組 成：1）國家和地方有關(guān)的方針政策2）資源環(huán)境信息數(shù)據(jù)3）社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息（2）區(qū)域交通信息區(qū)域交通運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括以下幾類數(shù)據(jù)：1）公路網(wǎng)各線路的起終點(diǎn)2）公路網(wǎng)內(nèi)的交通事故情況3）鐵路網(wǎng)各線路的起終點(diǎn)4）航道網(wǎng)各航道起終點(diǎn)5）航空線起終點(diǎn)、里程、機(jī)場位置、吞吐量、適應(yīng)狀況6）管道起訖點(diǎn)、主要經(jīng)過點(diǎn)、里程、通過能力7）郵電設(shè)施密度與適應(yīng)狀況8）鐵路、航空、航道、管道與郵電

9、設(shè)施發(fā)展規(guī)劃2.2.3交通專題數(shù)據(jù)內(nèi)容交通專題數(shù)據(jù)的內(nèi)容非常廣泛，涵蓋了公路、鐵路、水運(yùn)、航空、管道五大交通方式的各種 信息，其中尤其以公路交通專題數(shù)據(jù)最為豐富公路交通的GIS研究覆蓋從規(guī)劃、建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸、交通管理的各個(gè)環(huán)節(jié)。從內(nèi)容上可 分為1）規(guī)劃、建設(shè)類數(shù)據(jù)2）養(yǎng)護(hù)管理類數(shù)據(jù)3）運(yùn)輸類數(shù)據(jù)4）交通管理類數(shù)據(jù)第三章GIS-T數(shù)據(jù)模型及其組織3.1 GIS-T數(shù)據(jù)特征及數(shù)據(jù)模型分類按照數(shù)據(jù)模型描述對(duì)象的維數(shù)，可以分為平面數(shù)據(jù)模型和非平面數(shù)據(jù)模型；按照數(shù)據(jù)模型的復(fù)雜程度，可以分為簡單數(shù)據(jù)模型如弧-節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)模型、企業(yè)數(shù)據(jù)模型、適合于ITS的數(shù)據(jù)模型3.3線性參照系統(tǒng)3.3.1線性參照系統(tǒng)定義線

10、性參照系統(tǒng)是一系列內(nèi)業(yè)和外業(yè)的程序和方法的集合，包括線性參照方法及不同線性參照 方法之間的轉(zhuǎn)換方法。線性參照系統(tǒng)通常由以下幾個(gè)部分組成1）交通網(wǎng)絡(luò)模型2）線性參照方法3）參照基準(zhǔn)與控制3.3.2線性參照系統(tǒng)概念模型主要的線性參照方法有：里程參照、分段參照、街區(qū)線段與距離參照線性參照控制的幾個(gè)基本概念：（1）控制點(diǎn)；（2）控制段；（3）參考點(diǎn)；3.3.3平面坐標(biāo)和線性參照系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換為了實(shí)現(xiàn)對(duì)與空間位置有關(guān)的屬性細(xì)致的查詢和分析，必須實(shí)現(xiàn)平面直角坐標(biāo)與線性參照系 統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換。主要方法有：（1）線性內(nèi)插法；（2）積分法3.4動(dòng)態(tài)分段技術(shù)動(dòng)態(tài)分段是在傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上利用線性參照系統(tǒng)和相應(yīng)算

11、法，在需要分析、顯 示、查詢及輸出時(shí)，在不改變要素位置（坐標(biāo)）的前提下，建立線性要素上任意路段與多重 屬性信息之間關(guān)聯(lián)的技術(shù)動(dòng)態(tài)分段的優(yōu)勢1）任何一個(gè)要素的變化不會(huì)影響其他要素2）容易添加和刪除要素3）應(yīng)用時(shí)只需處理具有特殊意義的要素，減少處理和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量4）一些實(shí)體可以被表述成節(jié)點(diǎn)或弧段3.4.2動(dòng)態(tài)分段技術(shù)的線性參照系在實(shí)際工作中主要采用公路名稱和里程線性參照系和鏈-結(jié)點(diǎn)線性參照系二種參照系。3.4.3基于線性參照系的動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型在動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型中實(shí)際上主要包含兩種實(shí)體類型:點(diǎn)狀實(shí)體如交通事故點(diǎn)、信號(hào)標(biāo)志等； 而具有相同屬性如路面寬度、路面條件和路面形式的某一公路中段等是典型的線性

12、要素。3.5幾何網(wǎng)絡(luò)模型幾何網(wǎng)絡(luò)模型是一種全新的網(wǎng)絡(luò)模型，它是在對(duì)交通和其他網(wǎng)絡(luò)的反復(fù)模擬和實(shí)踐后提出， 它能有效地對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的各種網(wǎng)絡(luò)如交通、電力、水管等進(jìn)行描述和分析，克服傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模 型的不足。3.5.2網(wǎng)絡(luò)模型線性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如交通、電力線、水管等一般可通過幾何網(wǎng)絡(luò)模型和邏輯網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行描述。 幾何網(wǎng)絡(luò)模型是組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要素的集合，幾何網(wǎng)絡(luò)模型是人要素集合的視角來看網(wǎng)絡(luò)模 型3.5.3網(wǎng)絡(luò)要素關(guān)聯(lián)邏輯網(wǎng)絡(luò)的核心是連通屬性表。連通屬性表描述的是網(wǎng)絡(luò)元素之間是如何相連的。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中 的每一個(gè)交匯點(diǎn)來說，連通屬性表記錄的是與該點(diǎn)相鄰的交匯點(diǎn)和連接該點(diǎn)與相鄰交匯點(diǎn)的 邊線。3.5.4網(wǎng)絡(luò)要素在幾何網(wǎng)

13、絡(luò)中，要素有四類：簡單邊線、簡單交匯點(diǎn)、復(fù)雜邊線和復(fù)雜交匯點(diǎn)；在幾何網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)要素類包含以上四種要素類中的一種。一個(gè)幾何網(wǎng)絡(luò)可以含有起相同作 用的多個(gè)要素類：1）邊線要素與邏輯網(wǎng)絡(luò)中的一條邊相聯(lián)系；2）簡單交匯點(diǎn)要素與邏輯網(wǎng)絡(luò)中的單個(gè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)3）復(fù)雜邊線要素與邏輯網(wǎng)絡(luò)中的一些數(shù)量的邊相對(duì)應(yīng)4）復(fù)雜交匯點(diǎn)要素與邏輯網(wǎng)絡(luò)中的邊和節(jié)點(diǎn)的集合相對(duì)應(yīng)3.6其他數(shù)據(jù)模型3.6.1企業(yè)數(shù)據(jù)模型一個(gè)可行的目標(biāo)就是尋建立對(duì)LRS的企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)模型，即一個(gè)具有通用特性的支持整個(gè)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。1）NCHRPLRS數(shù)據(jù)模型2）Ducker/Butler企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)模型3.6.2適用于

14、ITS的數(shù)據(jù)模型1）導(dǎo)航數(shù)據(jù)模型2）基于車道的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型3）三維數(shù)據(jù)模型4）地理數(shù)據(jù)文件第四章GIS-T分析模型4.1最短路徑分析模型4.1.1最短路徑的含義最短路徑不僅僅指一般地理意義上的距離最短，還可以引申到其他的度量，如時(shí)間、費(fèi)用、 線路容量等。最短路徑應(yīng)該具備兩個(gè)基本屬性：1）從起始點(diǎn)到終點(diǎn)的最短路徑也是路徑上兩節(jié)點(diǎn)間的最短路徑2）通常最短路徑不能靠僅僅選擇權(quán)重最小的弧段來求出。不是的具體情況下，最短路徑算法表現(xiàn)出多樣性。根據(jù)不同的分類依據(jù)得到不同的分類結(jié)果。 一般地按照網(wǎng)絡(luò)特性和求解技術(shù)對(duì)算法進(jìn)行分類。啟發(fā)式策略有若干種，例如貪心策略、方向策略、區(qū)域策略、層次策略等，在實(shí)際的應(yīng)用中

15、， 多種啟發(fā)式策略結(jié)合使用可以有效提高最短路徑算法的效率，降低空間復(fù)雜度。基于啟發(fā)式 策略的最短路徑算法包括Costed算法、分支界定算法、貪心算法等。4.2網(wǎng)絡(luò)流與設(shè)施定位模型網(wǎng)絡(luò)流問題關(guān)注網(wǎng)絡(luò)中物質(zhì)和信息如何能夠高效流動(dòng)和轉(zhuǎn)移，主要討論在網(wǎng)絡(luò)的承載能力下 流量最大和流動(dòng)消耗最小兩方面內(nèi)容，也就是最大流和最小費(fèi)用問題。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)管道用它的截面面積作為該管道網(wǎng)絡(luò)中注入穩(wěn)定的水流，水同進(jìn)水口注入管網(wǎng)絡(luò) 后流向出水口，最后從出水口流出，這就形成一個(gè)實(shí)際的穩(wěn)定流動(dòng)，稱為流。分析這種實(shí)際 流動(dòng)，有如下性質(zhì)：1）實(shí)際流動(dòng)是一個(gè)有向的流動(dòng)；2）每個(gè)管道中單位時(shí)間內(nèi)通過的流量不可能超過該管道的容量（權(quán)數(shù)）；3）每個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處流入節(jié)點(diǎn)的流量與流出節(jié)點(diǎn)的流量應(yīng)相等；4）流入進(jìn)水口的流量應(yīng)等于流出山水口的流量，即為實(shí)際流動(dòng)的流量；網(wǎng)絡(luò)流主要應(yīng)用于：1）最小費(fèi)用最大流問題；2）運(yùn)輸問題4.2.3設(shè)施定位設(shè)施定位和資源配置問題研究在網(wǎng)絡(luò)中如何合理的對(duì)資源和設(shè)施進(jìn)行布局，確定最佳的資源 和設(shè)施的空間分布形態(tài)，其實(shí)質(zhì)利用對(duì)象和約束來解決供與求的最佳匹配問題，具有明確的 現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)不同，通