基于GIS的综合交通空间数据管理系统研究

基于GIS 的综合交通空间数据管理系统研究
周　群
1
（1.广东省交通运输规划研究中心，广东 广州 510101）
摘 要：为解决综合交通运输空间数据海量存储、时空一体化、高效共享、实时更新等管理问题，探讨GIS 在标准化、自动化和可视化的空间数据管理和应用系统构建中的独特优势，提升交通运输空间数据管理、应用和工作效率，首先从数据的组织和分类、数据库总体结构设计等方面探讨了综合交通运输空间数据库的设计思路和关键技术；然后针对传统空间数据管理系统只注重独立的业务环节，忽略数据管理与应用的结合，导致数据来源有限、数据监测与更新不及时等问题，开发了集传统空间数据管理与融合数据应用于一体的系统，与综合交通运输空间数据库形成了动态循环更新生态链，实现了综合交通运输空间数据管理、数据浏览、数据检索、数据服务、实时更新和安全维护等功能，为广东省交通运输行业各交通应用平台以及交通规划专业研究工作提供了一体化的数据支撑平台。

研究结果表明，构建基于GIS 的综合交通空间数据管理系统，实现了综合交通运输空间数据与属性数据标准化、自动化、可视化的海量存储和统一管理，增强了数据质量的全面监测和数据实时更新能力，提高了综合交通运输空间数据管理和规划研究的工作效率。

关键词：综合交通运输；空间数据库；GIS
中图分类号：P208 文献标志码：B
文章编号：1672-4623（2021）11-0075-04
收稿日期：2020-07-23。

项目来源：2010年广东省交通运输厅科技资助项目（2010-03-10）。

doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2021.11.019
基于GIS 的空间数据管理技术已广泛应用于各行各业，如吴永胜
[1]
和Walker W T
[2]
等分别利用GIS 技
术设计并开发了土地利用总体规划空间数据管理系统和基于土地利用规划模型的GIS 集成系统，有效提高了土地利用信息管理和土地利用规划辅助决策能力；徐爱俊
[3]
等针对林业信息化生态公益林管理，设计开
发了基于GIS 的生态公益林管理系统，实现了空间数据与属性数据的集成管理和关联；曹云刚
[4]
等综合利
用GIS 技术、数据库技术和空间数据库引擎技术研发了城镇产业布局基础空间信息数据库系统，实现了对海量空间数据的有效组织、管理与应用；田杨明
[5]
等
将地方公路普查计算机管理系统定位为国家信息化建设战略框架的重要组成部分，基于GIS 构建了3层架构的分布式空间数据库体系结构，实现了图文一体化、空间数据工程以及程序与数据的分离；杜豫川
[6]
等研
究了基于GIS 的高速公路全寿命管理系统的结构体系和理论方法，研究成果已应用于广韶高速公路，有效提高了施工和运营管理效率；閤成国
[7]
通过对高速公
路交调数据质量现状的分析，提出了高速公路交调数据质量管理系统的设计方案。

已有空间数据管理系统存在的普遍问题是仅针对成果数据组织、存储、管理或应用等独立业务环节而设计，功能模块之间相对独立，使得各环节难以协调、控制和集成[8]
，忽略了数据管理与应用的结合，导致数据来源有限、数据监测
与更新不及时，因此应充分发挥用户作为数据使用者、来源者和监督者的三重作用。

随着交通事业的快速发展，交通地理信息以其图文一体化的信息集成和形象、直观的位置服务特性，被广泛应用于各级交通管理部门。

交通地理信息数据作为交通运输规划研究的重要基础，在规划研究工作的各个层面和环节中普遍存在数据存储分散、更新不及时、冗余版本杂乱、共享困难等弊端[9]
，阻碍了交通地理信息的高效应用、共享与可持续发展。

同时，交通地理信息数据种类繁多、数据量庞大，集成了全省交通矢量数据、交通调查流量数据、遥感影像数据以及相关部门的多规数据等，其海量存储、时空一体化、高效检索、实时更新等问题亟待解决
[10-11]。

目前，广东省交通运输行业主管部门建设的基于GIS 的广东省综合交通运输体系规划信息平台
[12]
、基
于Trans CAD 的预测模型、基于ECharts 的交流展示平台（三者与本文设计的数据库管理系统统称为广东省交通运输规划研究平台）在广东省交通基础设施规划、省干线公路网络优化分析和量化预测评价、省高速公路运行情况可视化浏览和出行特征分析等方面发挥了重要作用。

数据获取一直是GIS 应用系统的瓶颈，各系统都有独自的数据结构和存储方式，导致空间数据共享与集成较困难
[13-14]。

上述平台数据存储分散、数
据结构和规范不统一，尚未形成统一存储、管理和共
地理空间信息
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享的交通地理信息数据管理中心，使得数据管理工作复杂低效，限制了平台之间地理信息的共享对接，在一定程度上制约了各平台的使用效率。

鉴于此，本文设计并开发了基于ArcEngine的综合交通运输空间数据管理与应用系统。

该系统采用GIS和以空间数据库为核心的空间信息管理技术对空间数据和属性数据进行同步管理，实现了交通地理信息海量存储、统一管理、实时更新、质量监测和高效共享等功能，构建了标准化、自动化和可视化的数据管理与应用平台，与综合交通运输空间数据库形成了动态循环更新生态链，能为各交通应用平台、交通规划研究工作提供强有力的数据支撑。

1系统建设内容
本文根据广东省交通运输行业主管部门对交通地理信息数据管理和应用的迫切需求，基于统一的数据规范和标准，利用空间信息和数据库技术构建了一套整合交通系统内外部地理信息资源的大型空间数据库，并开发了相应的涵盖数据维护管理和专业应用两大功能模块的系统，实现了数据使用与更新的动态循环。

基于ArcEngine的综合交通运输空间数据管理与应用系统的具体建设内容为：
1）严格按照国家标准和行业标准规范[15-17]，结合综合交通运输空间数据管理与应用系统的特定要求，制定空间数据结构规范、组织与命名规范、数据库建设与管理标准等，为综合交通运输空间数据库建设提供统一的规范标准。

2）采集广东省基础地理数据，整合全省综合交通运输及其相关信息资源，对接自然资源厅、生态环境厅等多规数据，严格按照数据库统一规范和标准，构建全省综合交通运输大型空间数据库。

3）搭建系统总体框架，包括数据管理子系统和数据应用子系统，其中数据管理子系统供管理人员对空间数据进行管理和更新；数据应用子系统供交通规划专业用户查询、下载和共享数据，并上传需更新与入库的成果资料。

两个子系统相辅相成，实现了数据使用与更新的动态循环，确保了数据的权威性、实时性、准确性和生命力。

2综合交通运输空间数据库设计
空间数据库是指一系列描述与空间位置有关的信息结构（如国土、交通、环境等）的数据集合，以满足不同用户对空间信息的需求[18]。

空间数据库除了具备传统数据库存储和管理数据的特性外，还能高效存储空间地理位置信息，并快速建立空间信息与属性信息之间的联系，实现与空间位置相关的管理、查询、分析和可视化等需求[19-20]。

本文采用ArcSDE+Oracle11g 的方式构建数据存储机制，严格按照数据规范和标准，对不同类型、不同来源、不同格式的数据资料进行梳理、转换、生产和入库[21]，设计并构建了广东省综合交通运输空间数据库。

该数据库包括空间数据和非空间数据，其中空间数据按照空间数据组织规范分别建立了基础地理数据库、交通运输现状数据库、交通运输规划数据库、交通运输业务数据库、多规融合数据库和交通运输历史数据库等6个子库，包括栅格数据和矢量数据两种数据格式；非空间数据按照数据类别分为项目成果文档数据库、经济社会统计数据库、交通流量数据库、图表专题数据库和元数据库，包括Word、Excel、jpg、PDF等多种数据格式。

数据库中的数据来源主要分为3种：①通过共享交换，直接引用相关部门的专业数据，按照共享协议定期更新，包括基础地理数据、多规融合数据、交通运输现状数据、交通流量数据；②来源于交通规划专业用户的研究成果，按照项目进度实时更新，包括交通运输规划数据、交通运输业务数据、项目成果文档数据和图表专题数据；③来源于官方统计年鉴，主要是经济社会统计数据，按官方公布定期更新。

根据数据来源和分类，结合综合交通运输空间数据管理与应用系统数据库的设计目的，本文构建了空间数据库整体设计框架，如图1所示。

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图1　综合交通运输空间数据库整体架构设计
3系统总体框架
综合交通运输空间数据管理与应用系统作为广东省交通运输规划研究平台的重要数据支撑和管理中心，其总体框架包括基础设施层、数据库层和应用层，如图2 所示。

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图2　系统总体框架图
1）基础设施层，主要是指异构分布的硬件设施、软件环境、网络和通信协议、中间件等支撑环境，是保障系统以及广东省交通运输规划研究平台高效运行的必要前提。

2）数据库层是整个系统的基础和核心，也是广东省交通运输规划研究平台中各应用平台、广东省交通运输行业主管部门和主要研究单位规划研究工作统一的数据支撑，能保障多平台、多应用数据来源的一致性以及数据版本的权威性。

3）应用层。

系统根据使用对象和功能分类分别设计了供交通规划专业用户使用的数据应用子系统和供管理人员使用的数据管理子系统。

交通规划专业用户既是数据库的重要使用者和质量监测者，又是入库数据来源者，因此数据应用子系统除提供用户浏览、检索、下载、共享等基本功能外，还具备数据更新需求反馈、入库资料上载等功能。

数据管理子系统供管理人员入库、管理、更新数据，以及及时获取用户提交的数据更新需求和入库资料。

数据应用子系统、数据管理子系统与综合交通运输空间数据库形成数据动态更新生态链，从而确保了数据的实时性、准确性、权威性和生命力。

另外，系统还为其他应用平台提供了数据服务发布与权限管理等功能。

4系统功能实现
4.1 数据管理子系统
1）基本地图服务模块。

该模块主要负责地图可视
化管控和地图服务发布，其中地图可视化管控包括实时漫游和缩放地图、基于图像的属性浏览、坐标和属性的快速定位、数据或地图文档导出等功能；地图服务发布通过包装Arcmap 繁杂的地图服务发布途径实现一键式发布服务，能有效支撑多应用平台地图展示。

2）多样化数据检索模块。

高效完善的空间数据库
多样化数据检索模块是决定系统使用效率的重要前提，也是系统的功能特色之一。

按照数据检索方式可分为按数据名称检索、按数据别名检索、按空间位置检索（以图查属性）、按属性检索（以属性查图）以及模糊检索5种检索方式。

3）用户信息反馈模块。

该模块可实时反馈用户上传的信息和资料，包括可直接入库的项目成果空间数据、收集的文档资料以及对数据库数据的更新申请等，其功能包括资料在线浏览、下载、直接入库、处理信息反馈等。

4）数据入库模块。

该模块主要负责空间数据的生产和入库，按照数据标准和规范制定友好的入库功能界面，从而指引空间数据及其元数据的生产和入库。

入库方式包括单要素入库和批量入库两种。

5）数据管理模块。

该模块包括数据对象管理和权限管理，其中数据对象管理主要是对空间要素的位置、属性和元数据信息进行输入、删除、修改、替换等更新操作；权限管理又包括数据权限管理和用户权限管理，管理人员通过权限管理控制不同用户对数据库中数据的访问权限。

数据管理子系统界面如图3所示。

图3　数据管理子系统界面
4.2 数据应用子系统
1）基本功能模块。

该模块包括数据管理子系统基本地图服务模块和多样化数据检索模块的功能。

2）基于项目的数据应用模块。

该模块主要是结合用户业务需求和特点，提供便利的数据下载、管理、使用和共享功能。

以一键式创建项目文件的形式分别管理数据库下载的数据和外源或成果数据，自动创建MXD 文件链接专业软件ArcMap 进行数据分析和处理，项目文件可根据用户需求共享给其他用户。

3）数据质量和入库需求反馈模块。

用户因业务特点既是数据库数据的重要使用者，也是数据质量监测
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者和数据来源者，因此该模块包括数据质量反馈和入库数据上载等功能，其中入库数据包括项目成果数据和用户收集的相关外源资料。

数据应用子系统界面如图4
所示。

图4　数据应用子系统界面
5结　语
本文从数据的组织与分类、数据库总体结构设计
等方面阐述了综合交通运输空间数据库的设计思路，并针对数据的来源、类型、格式等，构建了广东省综合交通运输空间数据库，实现了交通规划研究中空间数据和属性数据标准化、自动化和可视化的海量存储与统一管理，能有效提高综合交通运输空间数据的管理效率。

在综合交通运输空间数据库的基础上，本文设计并开发了基于ArcEngine 的综合交通运输空间数据管理与应用系统，包括供管理人员使用的数据管理子系统和供交通规划专业用户使用的数据应用子系统，实现了综合交通运输空间数据入库、管理、数据浏览、数据检索、数据服务、实时更新、质量监测和安全维护等功能，形成了数据应用子系统、数据管理子系统与空间数据库一体化数据动态循环更新生态链，为广东省交通运输行业各交通应用平台提供了一体化数据支撑平台，为交通规划专业研究工作提供了强有力的数据服务，有效促进了综合交通运输科学研究技术手段和分析能力的发展。

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Maguire D J, Goodchild M F, Rhind D W. Geographical Information Systems. Longman,1991:515-530作者简介：周群，硕士研究生，从事交通规划和地理信息系统研究工作。