交通規(guī)劃信息系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題研究與實(shí)現(xiàn)

趙峻弘 ，彭清山，陳光華，洪亮

(1.武漢市測(cè)繪研究院，湖北武漢 430022;2.武漢市城市綜合交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430017)

1 引言

基于GIS技術(shù)的交通規(guī)劃信息系統(tǒng)是建立在各種交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與空間分析的方法，描述交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)上運(yùn)輸流，并反映運(yùn)輸網(wǎng)中所存在的問(wèn)題。將交通規(guī)劃、預(yù)測(cè)等模型與地理信息系統(tǒng)結(jié)合成為輔助決策支持系統(tǒng)。能夠通過(guò)整合歷年國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)、交通運(yùn)輸、交通基礎(chǔ)設(shè)施、出行特征、出行成本及政策法規(guī)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、維護(hù)及更新、統(tǒng)計(jì)分析、查詢、專題圖制作、與交通規(guī)劃軟件數(shù)據(jù)兼容等功能，為交通規(guī)劃提供翔實(shí)、高效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析成果，支持城市交通規(guī)劃科學(xué)化、信息化進(jìn)程。

目前，許多交通規(guī)劃部門主要采用紙質(zhì)地圖或AutoCAD制圖來(lái)制定路網(wǎng)規(guī)劃方案，這種方式存在許多不便之處［2］，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題:

(1)經(jīng)常需要參考大量的國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，交通基礎(chǔ)設(shè)施上報(bào)數(shù)據(jù)，交通行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，由于沒(méi)有統(tǒng)一的信息資源庫(kù)，數(shù)據(jù)獲取及更新非常困難，可用性較差;

(2)由于沒(méi)有強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析工具，制作各種統(tǒng)計(jì)圖件時(shí)，效率低下;

(3)很難將規(guī)劃的結(jié)果以直觀的地圖分布方式表達(dá)出來(lái);

(4)缺乏可視化的表達(dá)手段，無(wú)法進(jìn)行輔助決策。

這幾個(gè)問(wèn)題極大地影響了城市交通規(guī)劃工作的效率和信息統(tǒng)計(jì)功能的發(fā)揮。GIS技術(shù)的發(fā)展則為這些問(wèn)題的解決提供了技術(shù)基礎(chǔ)。借助于GIS軟件，可大大降低各種特征數(shù)據(jù)抽取難度以及規(guī)劃人員的工作強(qiáng)度，從而使規(guī)劃人員有更多的時(shí)間和精力投入到對(duì)交通規(guī)劃的分析之中，同時(shí)使得各個(gè)交通專題的規(guī)劃評(píng)價(jià)更加客觀合理，促進(jìn)方案制訂的科學(xué)化水平。因此，如何運(yùn)用具有強(qiáng)大生命力的高新技術(shù)，及時(shí)把握社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通發(fā)展的客觀趨勢(shì)，增強(qiáng)交通規(guī)劃的超前意識(shí)和宏觀指導(dǎo)，為交通規(guī)劃及建設(shè)提供信息支持，對(duì)于提高交通規(guī)劃的效率與質(zhì)量具有重要的意義。

2 系統(tǒng)研究目的

針對(duì)現(xiàn)有的交通規(guī)劃基礎(chǔ)信息資料，構(gòu)建道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型，并建立交通規(guī)劃空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成和管理;通過(guò)開發(fā)交通規(guī)劃信息系統(tǒng)與EMME軟件的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)兼容和共享;通過(guò)研發(fā)路網(wǎng)數(shù)據(jù)管理、公交線路編輯和管理、道路預(yù)測(cè)流量以及數(shù)據(jù)交互等功能模塊，結(jié)合交通規(guī)劃相關(guān)業(yè)務(wù)模型，利用GIS的空間分析運(yùn)算功能和GIS空間數(shù)據(jù)展示功能形象直觀地表現(xiàn)分析結(jié)果，為交通規(guī)劃提供輔助決策支持。

3 系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容

從分析國(guó)內(nèi)外交通規(guī)劃基礎(chǔ)信息系統(tǒng)的研究發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，針對(duì)現(xiàn)有的規(guī)劃方法對(duì)空間數(shù)據(jù)管理不足的缺點(diǎn)，結(jié)合武漢的交通規(guī)劃信息，將GIS引入到交通規(guī)劃中來(lái)，將GIS與DBMS相結(jié)合，利用GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理能力和DBMS的屬性管理能力對(duì)城市交通規(guī)劃中產(chǎn)生的大量原始的屬性數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，為交通生成預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持。主要有以下內(nèi)容:

(1)系統(tǒng)總體框架的研究

對(duì)交通規(guī)劃信息系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，提出了城市交通規(guī)劃基礎(chǔ)信息系統(tǒng)的總體框架，并在總體框架的指導(dǎo)下，確定系統(tǒng)的建設(shè)方案。

(2)交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

建立交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，利用ArcGIS Geodatabase數(shù)據(jù)模型來(lái)管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，建立空間數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系、屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

(3)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)開發(fā)與實(shí)驗(yàn)

在城市交通規(guī)劃的交通小區(qū)、城市區(qū)劃、公交線路、軌道線路、城市路網(wǎng)等地理模型的基礎(chǔ)上，以Arc-GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能和空間分析功能為支撐，開發(fā)實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)數(shù)據(jù)編輯，如道路節(jié)點(diǎn)、路段、交叉口等數(shù)據(jù)的拓?fù)錂z查、道路網(wǎng)絡(luò)屬性賦值;開發(fā)實(shí)現(xiàn)公交數(shù)據(jù)管理，如公交站點(diǎn)、公交線路的編輯和生成。在實(shí)現(xiàn)交通規(guī)劃信息系統(tǒng)與EMME軟件數(shù)據(jù)交互基礎(chǔ)上，開發(fā)道路、公交統(tǒng)計(jì)信息輸出功能模塊，生成預(yù)測(cè)流量信息專題圖。

4 關(guān)鍵問(wèn)題的研究與實(shí)現(xiàn)

針對(duì)現(xiàn)有的交通規(guī)劃基礎(chǔ)信息資料，構(gòu)建道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型，并建立交通規(guī)劃空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成和管理;通過(guò)開發(fā)信息系統(tǒng)與交通規(guī)劃軟件數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)兼容和共享;通過(guò)研發(fā)路網(wǎng)數(shù)據(jù)管理、公交線路編輯和管理、道路預(yù)測(cè)流量、道路指標(biāo)以及EMME軟件數(shù)據(jù)交互等功能模塊，結(jié)合交通規(guī)劃相關(guān)業(yè)務(wù)模型，利用GIS的空間分析運(yùn)算功能和GIS空間數(shù)據(jù)展示功能形象直觀地表現(xiàn)分析結(jié)果，為交通規(guī)劃提供輔助決策支持。系統(tǒng)研究和解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題如下:

(1)在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)道路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)(node)、路段(link)、交叉路口、軌道線路(RailLine)、公交線路(BusLine)等數(shù)據(jù)的拓?fù)錂z查和錯(cuò)誤處理，建立正確的道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建交通道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型;

①關(guān)鍵數(shù)據(jù)主題分類

基于城市規(guī)劃交通規(guī)劃流程和主要環(huán)節(jié)明確數(shù)據(jù)需求和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按照空間數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系或?qū)I(yè)屬性分為各種邏輯數(shù)據(jù)層或?qū)I(yè)數(shù)據(jù)層，建立了以下關(guān)鍵數(shù)據(jù)主題分類，如表1所示。

數(shù)據(jù)主題分類表 表1

②關(guān)鍵數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)交通模型構(gòu)建相關(guān)地理信息的數(shù)據(jù)關(guān)系需求，建立了如圖1所示的數(shù)據(jù)主題的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

圖1 數(shù)據(jù)主題關(guān)聯(lián)關(guān)系

空間地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)之間的關(guān)系主要表現(xiàn)為空間數(shù)據(jù)上的拓?fù)潢P(guān)系和屬性數(shù)據(jù)之間，以及屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。應(yīng)用DBMS(數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))的概念和方法將這幾種關(guān)系集合管理。

a.空間數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系處理:主要考慮點(diǎn)(交叉口，公交站點(diǎn)等)，線(道路中心線，公交線路等)，面(交通小區(qū)，停車場(chǎng)等)之間以及這幾個(gè)層內(nèi)部數(shù)據(jù)單元之間的拓?fù)潢P(guān)系的處理。

b.屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系處理:主要考慮屬性數(shù)據(jù)和其對(duì)應(yīng)的空間數(shù)據(jù)，通過(guò)關(guān)鍵字段之間的關(guān)聯(lián)。

c.屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)系處理:屬性數(shù)據(jù)之間通過(guò)關(guān)鍵字段關(guān)聯(lián)。

d.交通規(guī)劃信息庫(kù)采用標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)象數(shù)據(jù)關(guān)系圖描述數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的關(guān)系，其中:

e.空間數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系處理主要是依靠ArcGIS Desktop自帶的拓?fù)潢P(guān)系工具設(shè)置。

f.屬性數(shù)據(jù)之間以及屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系主要是依靠關(guān)鍵字段關(guān)聯(lián)。

在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，形成標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)關(guān)系，如表2所示。

數(shù)據(jù)主題關(guān)聯(lián)關(guān)系 表2

(2)建立與EMME的數(shù)據(jù)接口，用EMME實(shí)現(xiàn)模型分析和計(jì)算，將模型數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入GIS信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

EMME軟件是加拿大蒙特利爾大學(xué)開發(fā)用于交通預(yù)測(cè)及交通分析的專業(yè)軟件。它的模型計(jì)算功能十分強(qiáng)大，能夠?qū)β范?、?jié)點(diǎn)、公交路線、公交路線段和模型數(shù)據(jù)進(jìn)行交互計(jì)算。本系統(tǒng)研制開發(fā)EMME交互功能是為了將交通模型運(yùn)算出的結(jié)果導(dǎo)入交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫(kù)，在ArcGIS軟件中通過(guò)二次開發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)專題地圖的統(tǒng)計(jì)輸出。同時(shí)開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，在ArcGIS軟件中實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)聯(lián)接方式，將基礎(chǔ)路網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入EMME軟件。

從系統(tǒng)建立某一方案數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，將節(jié)點(diǎn)、路網(wǎng)等GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為EMME軟件可以接受的數(shù)據(jù)庫(kù)格式，首先建立*.in文件格式的數(shù)據(jù)表，將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)號(hào)、路段的起終點(diǎn)號(hào)、路段長(zhǎng)度、車道數(shù)、路段類型等數(shù)據(jù)通過(guò)ArcMap二次開發(fā)模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算后逐項(xiàng)輸入.in數(shù)據(jù)表，然后EMME軟件可將數(shù)據(jù)表以批輸入方式讀入自身數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成可視化圖形。數(shù)據(jù)交互流程如圖2所示。

圖2 GIS數(shù)據(jù)與EMME軟件數(shù)據(jù)交互流程圖

(3)使用ArcGIS 9.2軟件平臺(tái)，選擇基于ArcObjects組件的GIS技術(shù)，在Visual Basic for Application及Visual Basic 6.0開發(fā)環(huán)境下編寫功能代碼進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)實(shí)現(xiàn)道路預(yù)測(cè)流量信息的統(tǒng)計(jì)輸出以及路段流量專題圖等功能模塊;

圖3 EMME交互模塊數(shù)據(jù)庫(kù)文件

通過(guò)研究分析采用文件數(shù)據(jù)聯(lián)接導(dǎo)入方式，使用本系統(tǒng)的GIS－EMME模塊，將路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、坐標(biāo)、長(zhǎng)度等屬性信息批量輸入到系統(tǒng)，自動(dòng)生成的*.in樣式數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，如圖3所示。數(shù)據(jù)庫(kù)文件的數(shù)據(jù)輸入嚴(yán)格按照EMME軟件對(duì)外部數(shù)據(jù)庫(kù)文件的格式要求進(jìn)行。然后調(diào)用EMME軟件的宏命令，將基礎(chǔ)路網(wǎng)數(shù)據(jù)錄入到EMME軟件，再使用EMME軟件強(qiáng)大的分析模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，使用EMME－GIS模塊將結(jié)果輸出到交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后在ArcGIS中調(diào)用功能模塊將路段流量數(shù)據(jù)值與路段進(jìn)行掛接，在地圖中生成路段流量飽和度專題圖。如圖4所示，根據(jù)路段流量PeakV_C劃分多個(gè)閾值區(qū)間，用不用顏色對(duì)應(yīng)路段不同的流量。

圖4 路段流量飽和度專題圖

5 研究結(jié)論與分析

在系統(tǒng)研發(fā)中，分析了傳統(tǒng)交通規(guī)劃中存在的問(wèn)題，并針對(duì)交通規(guī)劃數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建、數(shù)據(jù)管理，空間分析，專題數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)輸出等，針對(duì)這幾個(gè)問(wèn)題，提出了解決問(wèn)題的方法和思路。構(gòu)建道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型，并建立交通規(guī)劃空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成和管理。通過(guò)分析交通規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模的原則和數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的方法，開發(fā)出系統(tǒng)功能模塊并使用相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的建模。

在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)進(jìn)行EMME交互功能模塊的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)路網(wǎng)錄入EMME軟件的目標(biāo);路段流量飽和度功能模塊成功實(shí)現(xiàn)交通流量信息在Arc-GIS和EMME軟件之間的交互，將交通規(guī)劃專業(yè)信息嵌入地理信息平臺(tái)，為交通規(guī)劃提供輔助決策依據(jù)。

本系統(tǒng)與EMME軟件相比較，EMME軟件的主要功能側(cè)重于交通模型建模和模型分析運(yùn)算方面，EMME軟件雖然也提供了GIS數(shù)據(jù)的功能接口，但是在GIS圖形分析和顯示方面還是存在很多不足，而本系統(tǒng)利用ArcGIS軟件開發(fā)的專題圖輸出功能模塊提供了強(qiáng)大的空間分析和豐富的圖形顯示能力。通過(guò)將兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，能夠?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃提供翔實(shí)、高效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析成果，進(jìn)一步增強(qiáng)了交通規(guī)劃?rùn)C(jī)構(gòu)的信息化技術(shù)力量，使其更好地為交通規(guī)劃事業(yè)服務(wù)。

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