浅谈GIS技术在交通信息系统中的应用_朱经训

第16卷　第1期交　通　与　计　算　机V O L.16　N o .1　1998年2月
Com puter and Comm unica ti o ns
F eb ruary.1998
收稿日期:1997—10—18
浅谈G IS 技术在交通信息系统中的应用
朱经训
(陕西省交通厅　西安710003)
摘　要　文章介绍了交通信息的地理特征,线性多层分布特征。

叙述
了G IS 处理图形的功能特点。

尤其是G IS 在交通信息系统应用中的几个突出问题。

关键词　G IS 交通信息系统
G I S 即地理信息系统,是与地理坐标相联系的图形处理软件技术。

这项新技术是在
80年代后期诞生的。

它的出现,大大拓宽了计算机技术的应用广度与深度,使得大量与地理信息相关的工作与行业,得以以更形象、直观、符合人们工作需要的方式实施信息管理,因此迅速获得应用与发展,成为当代信息化领域的前沿技术。

我国应用G IS 最早在大地测绘部门,我国对G I S 的研究开始于90年代初期,目前,国产的G IS 软件就其功能较之进口软年尚有很大差距。

G I S 在交通部门具有广泛的应用前景,已引起了各级领导部门的重视,本人根据近几年从事相关开发工作的体会,试就G IS 技术在交通系统的应用问题略述浅见。

1　交通信息的地理特征
谈到交通,人们自然都会想起“水、路、
空”交通管理部门。

其考虑与研究的对象,一是线路:公路、航道、航线及在线路上的各类设施,如:站点、码头、机场及其监管设施等;二是交通工具,如:汽车、轮船、飞机等;三是交通工具在线路上的运行状况,如:流量、运量、堵塞、事故。

这三方面都涉及各种各样的信息,这些信息除了具有量大、复杂、面广、线长、动态等特点外,特别是第一与第三方面的信息具有鲜明的地理特征,人们对这些信息的描述或分析总离不开它在地球上的位置。

这是交通信息区别于其他领域信息一个最为突出的特征。

交通信息的固有特征也就决定了人们在研讨交通信息、利用交通信息时的特殊需要,即地理图。

同时,人们不仅需要文字与数字描述的信息及对信息的文字与数字的分析,而且需要图形描述的信息及对信息的图形化处理,比如:我们在研讨一条公路的情况时,不仅要观察各种各样的数据,而且我们总希望看到沿着这条由地理坐标描述的公路各种信
息的分布图,同样我们在研讨一条公路的运
输状况时,总希望看到沿着这条公路的各段的交通流量,更希望看到车流的动态图象。

人们的这种需求不仅仅在于交通信息的地理特征,而且在于人们观察事物、认识事物对“形”的需要。

在现代计算机技术中,G IS的诞生为处理具有地理特征的交通信息提供了新的手段。

2交通信息的线性多层分布特征
我们在应用G I S开发公路数据库的过程中遇到了许多难以处理的问题,通过对这些问题的分析,主要归结为交通信息的线性多层分布特征。

所谓线性,即指信息是沿地理路由呈线状分布的,且与里程相关,这是与其他和地理相关的信息系统的一个显著区别(如:矿产、森林业系统、其信息按区域分布,与里程无关);所谓多层,即指沿着同一路线有着多层的信息、每层信息有着不同的里程分段表现,如:一条路有:土基、下基层、上基层、联接层、面层等结构类,又有平整、抗滑、强度、破损等使用类及宽度、纵坡、横坡等几何类信息,而每一种信息都有着不同的长度分段表现,再如交通量也有着频繁的分段变化。

交通信息的这种特征给G IS的应用提出了新的问题。

3　G IS处理图形的功能特点
G I S是与地理信息相关的图形处理软件系统,也就是说研究的对象是具有地理特征的图形。

在计算机技术中涉及的图形,可分为数字化与非数字化两大类。

数字化图形是用数字坐标描述的,非数字化图形则与数字无关,它是利用点阵方式表达的。

如果说把非数字化图比作一个几何图,则数字化图形可比作解析几何图,尽管这样的对比不严密,但可以反映出二者存在着本质区别。

计算机对数字化图形,记忆、存贮的是坐标数据,因此对这类图形的处理可较多的通过数学运算进行操作。

将图形以数字化的方式存入计算机中,通常采用的方法是利用数字化仪,在操作过程中,每给一个触发即存入一组坐标数据。

非数字化要求的图形一般通过扫描仪录入,因是点阵扫描、其所占存贮单元,要远大于数字化方式。

G I S处理图形要求数字化方式,在数字化的过程中,将若干个点地理坐标录入后,系统自动建立平面直角坐标与球面地理坐标的转换,以及图幅的拼结,此即G I S技术的核心。

G I S能够处理由地理坐标描述的图形,从而使电子地图得以诞生,也使得与地理信息相关的领域在管理信息系统开发中采用图示化的手段。

4　G IS在交通信息系统应用中的几个突出问题
由于交通信息具有突出的地理特征,因此在G I S技术迅速发展的今天,在交通领域进行各种管理信息系统的开发,如:公路信息、铁路信息、航道信息、航海信息、公路运输信息、铁路运输信息、水运信息、空运信息。

欲求系统的整体先进性,引用G IS技术是不容置疑的优选方案。

90年代中期国际上已开发出许多G I S 软件,著名的如:A RC/I N FO、M A P I NFO、GENAM A P、I N TERGRA PH、SYSTEM G。

但这些软件并不是单独针对交通信息系统开发需要而进入市场的,而是面向各个与地理相关的领域,也就是说,这些软件考虑到了各领域的共性问题,而难于考虑单个领域的个性问题。

交通信息必然有其个性,有些个性也只有在应用G I S中被发现、被认识。

我们自90年代初即从事公路数据库的开发,在长期
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第1期 朱经训　浅谈G IS技术在交通信息系统中的应用
的实践中体会是:G IS在适用交通信息方面其功能是不足的,G IS在应用于交通信息方面有许多技术问题有待于功能的二次开发,以下试就几个突出的问题作一浅述。

4.1　定位体系的转换问题
在交通领域特别是公路、铁路、水路方面事实上存在两类定位体系,即地理坐标定位与沿线里程定位,比如道路上的一座桥的位置,有地理坐标,又有里程桩号。

道路上大量的属性在使用中采用里程定位,而G IS采用的是地理坐标系,因此有效地解决地理坐标与里程定位的互换问题是G I S应用于交通信息系统的突出关键之一。

4.2　信息的数据描述与图示描述的转换问题
G I S应用于交通领域如果仅仅是满足于地理路线的数字化或数字化地图,其实用意义并不大。

如前所述交通信息具有沿线多层分布的特征,对于这些信息的描述通常是数字方式,但各类管理业务工作告诉我们,人们更需要的是能从路线图上看到这些信息的反映。

比如,国道310陕西境内的平整度状况,通常的描述方式为:0～8km-δ=3;8～12km-δ=4.5;12～25km-δ=6;……。

道路强度状况的描述也是类同。

如果将这种信息沿路线以不同的线符显示出来则更为直观。

如何能达到这个目的?当然通过数字化的方法可以解决,比如利用数字化仪在线路上找出信息变化的起止里程点,同时输入相关信息代码。

但道路绝非直线,在线路上按比例且满足精度要求找里程是十分困难的,而且道路上的信息是多种多样,且是大量的,如果每种信息靠这种人工在图上找里程的办法,则工作量十分巨大。

这种方式无疑是行不通的。

如果系统能自动根据里程在线路上找出对应的点,并根据定义的线符存贮及显示相应的信息,则可有效地实现信息的数字描述与图示描述的互换。

显然这一问题的解决将有着重大的使用价值。

4.3　连段成线的问题
以路网为例,路网是由若干条路线交叉构成的,将交叉点作为节点,节点之间的连线称为段,则每条路是由段连续连接构成的。

G I S应用路网中,其中一项首要的工作是进行路网的数字化录入,将各段数字化后必须进行连段成线的处理,即将哪些段连成为路线A,哪些段连成为路线B……。

在连段成线的过程中又往往遇到重合段的问题,即两条以上的路在某一段上重合共用,在重合中又往往因里程编序的上下行规则,出现同向与异向之分,从而给后续沿里程记录的信息处理造成麻烦。

这些都必须通过一定的技术措施加以解决。

4.4　多条件图示查询问题
在分析研讨问题时多条件查询是经常遇到的,比如在分析一个路网中,想查询交通量大于一定值、不平整度大于某一值,车道数为2的路段。

象这类的查询对分析道路的适用能力是极为有益的,也是常遇到的。

单纯的数字查询通过数据运算并不难实现,但在条件过多的情况下,这种数学运算也是较为复杂的。

问题是我们的要求是从地图上将满足条件要求的路段显示出来,显然,在系统的开发中引用G IS而提出这样的多条件图示查询要求是很自然的,研讨解决这一问题的方法,使用户能方便地实现这一要求是交通信息应用G I S中的一大课题。

以上是我们在应用G IS开发公路数据库中归纳出的G IS应用于交通信息系统所存在与必须加以解决的共性问题。

现在这些问题均得到很好地解决。

在研究中更为重要且难度较大的是动态分段功能。

这一概念最早源于美国,是美国威州在应用初期的A RC/I N FO进行公路信息化的开发中提出并与美国环境研究所合作于1993年研究成功的,(下转第43页)
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打开办公桌上的台灯、伸手去拍皮球、当走近栩栩如生的泉水时水声逐渐变响、当你向远处驶来的汽车招手时,汽车会停下来把你载上,——所有这些都可以用V RM L2.0规范中的5个简单结构来完成:节点事件域(node ev en t fields),路径(rou te s),传感器(senso rs),插入件(in terpo lato rs)和描述节点(script nodes)。

前四个结构用于连接和控制对象的动作、反应和动画,描述节点包括JavaS crip t或指向一个外部的Jav a A pp le t 的关联,因而允许开发者自行扩充V RM L对象的行为和动态。

通过两个典型的V RM L节点类型,P ro to和E x te rnP ro to,可以引导观察者的V RM L浏览器从W eb上下载完整的新的V RM L功能包,以扩充V RM L。

新的V RM L2.0规范还改善了V RM L 的视觉效果。

它提供了梯度和纹理映射的背景、与观察者所处地点相关的声音,以及可以将符合M PEG-1标准的视频映射到任一对象上的M ov ieT ex tu re指令。

此外V RM L 2.0规范还提供了带轮廓的地形(C on tou red te rra ins)、突出(ex tru si o ns)、碰撞检验(co lli-si o n de tecti o n)、模糊效果(fog effect)以及常见的文本(T ex t)。

4　结　论
虚拟现实技术是当今最为热门的重要技术之一,它可以被应用于各种场所,从电话会议,虚拟试验到虚拟制造、虚拟手术等;从电子游戏、In terne t上的虚拟世界到防灾训练、太空旅行和军事演习等,到处都可以看到虚拟现实技术的身影。

通过V R M L,我们可以拥有自己的虚拟世界,并通过In terne t与他们分享。

Abstract:T h is pape r in tro duces the fea tu res,file stucture,access m e thod,nodes,ob-jects and the la test dev elo pm en t o f the3-D V irtua l Rea lity M ode ling L anguage——V RM L.A nd a desi g n ex a m p le is a lso g i v en.
(上接第38页)
我们则是通过自己的研究提出了一套新的方法以取得动态分段功能。

这套方法或者说这套技术包括线积分法、最小分段法等相关的技术措施,其核心在于成功地提出了一种数学模型,有效地将地理定位与里程定位通过数学运算进行自动转换且保证必要的精度,也正是建立在这种转换的基础上实现了混合数据模型的处理,使数字描述与图示描述交互对应,利用最小分段的思路方法,实现了多条件图示查询。

基于本文的主题所限,此处对其内容不作具体叙述。

5　结语
G I S技术对于具有鲜明地理特征的交通信息领域无疑具有广阔的应用前景,交通信息具有其固有的特征,G I S应用于交通信息系统必须进行功能的二次开发,以适应交通信息的固有特征的需要及信息处理的特殊需要。

本文提出的一些问题,虽是源于在公路信息系统的开发的实践,但却是从交通信息所具有共性出发而加以分析的,从当前的技术环境来看,在我国应用G I S进行交通信息系统及相似系统的开发,必须附以动态分段功能,这顶技术已经达到了成熟的阶段。

交通部在“九五”信息化发展规则中提出了建立CT Ine t的目标任务,同时强调现阶段将信息源的开发放在重要位置,这将预示着G IS在交通系统各类数据库的开发应用中出现新的局面,应用中将会提出更新、更深层的问题,从而推动G IS向着更适用交通信息的需要而发展。

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第1期 肖攸安　三维虚拟现实设计语言V RM L。