城市道路交通可視化技術(shù)研究與分析

張聞芳　徐熾

摘 要：針對城市智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展的需求，將GIS技術(shù)、可視化及相關(guān)技術(shù)綜合應(yīng)用在一起，論述了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及各模塊的功能特點，探討了基于不同數(shù)據(jù)源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路線平面優(yōu)化和最短路徑多目標(biāo)優(yōu)化模型、城市交通可視化數(shù)據(jù)模型，研究和分析城市道路交通可視化關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：可視化 GIS 城市智能交通 三維建模

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困擾現(xiàn)代大城市的世界性難題之一無疑是交通問題。近幾十年來，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，交通問題日趨突出，城市道路運行效率低，交通不暢，交通事故頻發(fā)。然而，目前城市道路的建設(shè)速度遠遠趕不上機動車輛增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分擔(dān)率低等原因，交通阻塞問題日漸突出。因此，解決目前城市交通問題的必由之路是開發(fā)和應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。

1 GIS應(yīng)用現(xiàn)狀

GIS是能夠收集、管理、查詢、分析、操作以及表現(xiàn)與地理相關(guān)的數(shù)據(jù)信息的技術(shù)系統(tǒng)，能夠為分析、決策提供重要的支持平臺[1]。GIS是一個用于管理、分析和顯示地理信息的系統(tǒng)，它將空間數(shù)據(jù)組織成一系列的專題圖層和表格，并運用空間數(shù)據(jù)集的地理參考，使之具有現(xiàn)實世界的位置信息并相互疊加[2]。GIS是一套智能地圖，同時也是用于顯示地表上的要素和要素間關(guān)系的視圖，GIS地圖類似于靜態(tài)的地圖，不同的是用戶可以交互地使用它，可以方便地漫游、縮放、關(guān)閉[3]。

2 可視化模型的建立

視景模擬仿真中，靜態(tài)對象主要包括樹木、周圍環(huán)境建筑、道路標(biāo)志線、路面等，在仿真運行開始后，已經(jīng)不再是一個靜態(tài)對象參數(shù)的變化；動態(tài)對象主要包括車輛、信號燈等，在系統(tǒng)中受到其他因素的影響和制約，隨時都可能發(fā)生變化。

本文所探討的可視化模型包括以下三種：

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型：主要包括水體、綠地、道路、停車場、街區(qū)、學(xué)校、機關(guān)、醫(yī)院等主要地理要素。

（2）空間要素模型：主要包括視頻監(jiān)控點、交通信息點、電子警察等。

（3）非空間要素模型：包含交通管理必需的對象。

城市交通的三維空間可視化的特點在于，在不同的模型中，一些對象可以不需要進行更改，如交通燈、樹木、車輛等，它們最多只能在數(shù)量上有些變化，這類對象的模型稱為基本模型[4]。可在模型庫中利用三維建模工具MultiGeIl Creator手工建立對應(yīng)的基本模型進行存放，以方便實際使用時調(diào)用[5]。

3 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)架的沒計，可以將系統(tǒng)分為以下幾個功能模塊：GUI模塊；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊；道路建模模塊；景觀建模模塊；LOD（Level of Detail）模塊；3D圖形引擎模塊組成。

（1）開發(fā)工具與開發(fā)語言。

①開發(fā)平臺：windows XP SP2。

②開發(fā)工具：C#。

③軟件開發(fā)包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能實現(xiàn)。

功能的實現(xiàn)從以下四個方面得到體現(xiàn)，如表1所示。

1）網(wǎng)絡(luò)分析。

①最短、最佳路徑分析。

任意給定起點和目的地，可以使用鼠標(biāo)在二維地圖上選擇開始和結(jié)束，也可以在3D場景中選擇起點和終點，根據(jù)道路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用先進的最優(yōu)路徑算法，可以自動搜索最短路線或最優(yōu)路線。在路徑參數(shù)規(guī)劃中，可以選擇規(guī)劃參數(shù)，如最短的距離，最少的時間，最少路口等。

②最近設(shè)施查詢。

給定一個需求點，和設(shè)施的類型，可制定一定范圍內(nèi)的所有設(shè)施信息，并找到最短的到達設(shè)施的路徑。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于統(tǒng)計交通事件數(shù)據(jù)、查詢和分析交通事件。如查詢道路路面質(zhì)量差，和交通事故的道路。交通事件統(tǒng)計查詢主要包括以下一些查詢功能，如表2所示：

3）模擬導(dǎo)航。

模擬導(dǎo)航選擇起點和終點，然后找到最優(yōu)或最短路徑，或直接給定路線，沿選定路線自動漫游，漫游速度可以調(diào)節(jié)。如車輛導(dǎo)航，旅游等。在實驗系統(tǒng)中，2D和3D可聯(lián)合運動顯示，所以你可以在二維平面圖上直接選擇起點和終點，通過拓?fù)鋬?yōu)化網(wǎng)絡(luò)找到最優(yōu)路徑，實現(xiàn)3D模擬導(dǎo)航。

4）移動目標(biāo)的管理。

該GPS+GIS+GSM的三個組合在一起，實現(xiàn)對運動目標(biāo)進行的實時監(jiān)控，并把跟蹤軌跡存儲在數(shù)據(jù)庫中，移動目標(biāo)的歷史軌跡可以在需要時再回放。

4 結(jié)語

結(jié)果表明，實驗實現(xiàn)了道路交通可視化建模的關(guān)鍵內(nèi)容，并獲得了比較好的系統(tǒng)執(zhí)行效率和可擴展性，城市道路交通可視化系統(tǒng)可以有效地減少城市交通控制系統(tǒng)的開發(fā)工作，降低系統(tǒng)的開發(fā)周期。將產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益，提高交通事故預(yù)測的準(zhǔn)確性，為交通管理部門提供了一個可行的方法，應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻

[1] 馮濤.基于GML的微觀交通仿真與GIS-T空間數(shù)據(jù)共享平臺研究[D].昆明：云南大學(xué)，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三維模型建立與數(shù)據(jù)組織[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱慶.三維動態(tài)交互式可視化模型[J]。武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鵬.基于GIS的三峽庫區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價系統(tǒng)（單機版）的設(shè)計與研發(fā)[D].武漢：武漢大學(xué)，2010.

[5] 朱向彩，劉香蘭，郇正良.基于GIS的虛擬泰山三維可視化系統(tǒng)研究[J].泰山學(xué)院學(xué)報，2004，26（6）：50-53.endprint

摘 要：針對城市智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展的需求，將GIS技術(shù)、可視化及相關(guān)技術(shù)綜合應(yīng)用在一起，論述了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及各模塊的功能特點，探討了基于不同數(shù)據(jù)源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路線平面優(yōu)化和最短路徑多目標(biāo)優(yōu)化模型、城市交通可視化數(shù)據(jù)模型，研究和分析城市道路交通可視化關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：可視化 GIS 城市智能交通 三維建模

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困擾現(xiàn)代大城市的世界性難題之一無疑是交通問題。近幾十年來，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，交通問題日趨突出，城市道路運行效率低，交通不暢，交通事故頻發(fā)。然而，目前城市道路的建設(shè)速度遠遠趕不上機動車輛增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分擔(dān)率低等原因，交通阻塞問題日漸突出。因此，解決目前城市交通問題的必由之路是開發(fā)和應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。

1 GIS應(yīng)用現(xiàn)狀

GIS是能夠收集、管理、查詢、分析、操作以及表現(xiàn)與地理相關(guān)的數(shù)據(jù)信息的技術(shù)系統(tǒng)，能夠為分析、決策提供重要的支持平臺[1]。GIS是一個用于管理、分析和顯示地理信息的系統(tǒng)，它將空間數(shù)據(jù)組織成一系列的專題圖層和表格，并運用空間數(shù)據(jù)集的地理參考，使之具有現(xiàn)實世界的位置信息并相互疊加[2]。GIS是一套智能地圖，同時也是用于顯示地表上的要素和要素間關(guān)系的視圖，GIS地圖類似于靜態(tài)的地圖，不同的是用戶可以交互地使用它，可以方便地漫游、縮放、關(guān)閉[3]。

2 可視化模型的建立

視景模擬仿真中，靜態(tài)對象主要包括樹木、周圍環(huán)境建筑、道路標(biāo)志線、路面等，在仿真運行開始后，已經(jīng)不再是一個靜態(tài)對象參數(shù)的變化；動態(tài)對象主要包括車輛、信號燈等，在系統(tǒng)中受到其他因素的影響和制約，隨時都可能發(fā)生變化。

本文所探討的可視化模型包括以下三種：

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型：主要包括水體、綠地、道路、停車場、街區(qū)、學(xué)校、機關(guān)、醫(yī)院等主要地理要素。

（2）空間要素模型：主要包括視頻監(jiān)控點、交通信息點、電子警察等。

（3）非空間要素模型：包含交通管理必需的對象。

城市交通的三維空間可視化的特點在于，在不同的模型中，一些對象可以不需要進行更改，如交通燈、樹木、車輛等，它們最多只能在數(shù)量上有些變化，這類對象的模型稱為基本模型[4]?？稍谀Ｐ蛶熘欣萌S建模工具MultiGeIl Creator手工建立對應(yīng)的基本模型進行存放，以方便實際使用時調(diào)用[5]。

3 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)架的沒計，可以將系統(tǒng)分為以下幾個功能模塊：GUI模塊；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊；道路建模模塊；景觀建模模塊；LOD（Level of Detail）模塊；3D圖形引擎模塊組成。

（1）開發(fā)工具與開發(fā)語言。

①開發(fā)平臺：windows XP SP2。

②開發(fā)工具：C#。

③軟件開發(fā)包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能實現(xiàn)。

功能的實現(xiàn)從以下四個方面得到體現(xiàn)，如表1所示。

1）網(wǎng)絡(luò)分析。

①最短、最佳路徑分析。

任意給定起點和目的地，可以使用鼠標(biāo)在二維地圖上選擇開始和結(jié)束，也可以在3D場景中選擇起點和終點，根據(jù)道路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用先進的最優(yōu)路徑算法，可以自動搜索最短路線或最優(yōu)路線。在路徑參數(shù)規(guī)劃中，可以選擇規(guī)劃參數(shù)，如最短的距離，最少的時間，最少路口等。

②最近設(shè)施查詢。

給定一個需求點，和設(shè)施的類型，可制定一定范圍內(nèi)的所有設(shè)施信息，并找到最短的到達設(shè)施的路徑。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于統(tǒng)計交通事件數(shù)據(jù)、查詢和分析交通事件。如查詢道路路面質(zhì)量差，和交通事故的道路。交通事件統(tǒng)計查詢主要包括以下一些查詢功能，如表2所示：

3）模擬導(dǎo)航。

模擬導(dǎo)航選擇起點和終點，然后找到最優(yōu)或最短路徑，或直接給定路線，沿選定路線自動漫游，漫游速度可以調(diào)節(jié)。如車輛導(dǎo)航，旅游等。在實驗系統(tǒng)中，2D和3D可聯(lián)合運動顯示，所以你可以在二維平面圖上直接選擇起點和終點，通過拓?fù)鋬?yōu)化網(wǎng)絡(luò)找到最優(yōu)路徑，實現(xiàn)3D模擬導(dǎo)航。

4）移動目標(biāo)的管理。

該GPS+GIS+GSM的三個組合在一起，實現(xiàn)對運動目標(biāo)進行的實時監(jiān)控，并把跟蹤軌跡存儲在數(shù)據(jù)庫中，移動目標(biāo)的歷史軌跡可以在需要時再回放。

4 結(jié)語

結(jié)果表明，實驗實現(xiàn)了道路交通可視化建模的關(guān)鍵內(nèi)容，并獲得了比較好的系統(tǒng)執(zhí)行效率和可擴展性，城市道路交通可視化系統(tǒng)可以有效地減少城市交通控制系統(tǒng)的開發(fā)工作，降低系統(tǒng)的開發(fā)周期。將產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益，提高交通事故預(yù)測的準(zhǔn)確性，為交通管理部門提供了一個可行的方法，應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻

[1] 馮濤.基于GML的微觀交通仿真與GIS-T空間數(shù)據(jù)共享平臺研究[D].昆明：云南大學(xué)，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三維模型建立與數(shù)據(jù)組織[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱慶.三維動態(tài)交互式可視化模型[J]。武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鵬.基于GIS的三峽庫區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價系統(tǒng)（單機版）的設(shè)計與研發(fā)[D].武漢：武漢大學(xué)，2010.

[5] 朱向彩，劉香蘭，郇正良.基于GIS的虛擬泰山三維可視化系統(tǒng)研究[J].泰山學(xué)院學(xué)報，2004，26（6）：50-53.endprint

摘 要：針對城市智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展的需求，將GIS技術(shù)、可視化及相關(guān)技術(shù)綜合應(yīng)用在一起，論述了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及各模塊的功能特點，探討了基于不同數(shù)據(jù)源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路線平面優(yōu)化和最短路徑多目標(biāo)優(yōu)化模型、城市交通可視化數(shù)據(jù)模型，研究和分析城市道路交通可視化關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：可視化 GIS 城市智能交通 三維建模

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困擾現(xiàn)代大城市的世界性難題之一無疑是交通問題。近幾十年來，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，交通問題日趨突出，城市道路運行效率低，交通不暢，交通事故頻發(fā)。然而，目前城市道路的建設(shè)速度遠遠趕不上機動車輛增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分擔(dān)率低等原因，交通阻塞問題日漸突出。因此，解決目前城市交通問題的必由之路是開發(fā)和應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。

1 GIS應(yīng)用現(xiàn)狀

GIS是能夠收集、管理、查詢、分析、操作以及表現(xiàn)與地理相關(guān)的數(shù)據(jù)信息的技術(shù)系統(tǒng)，能夠為分析、決策提供重要的支持平臺[1]。GIS是一個用于管理、分析和顯示地理信息的系統(tǒng)，它將空間數(shù)據(jù)組織成一系列的專題圖層和表格，并運用空間數(shù)據(jù)集的地理參考，使之具有現(xiàn)實世界的位置信息并相互疊加[2]。GIS是一套智能地圖，同時也是用于顯示地表上的要素和要素間關(guān)系的視圖，GIS地圖類似于靜態(tài)的地圖，不同的是用戶可以交互地使用它，可以方便地漫游、縮放、關(guān)閉[3]。

2 可視化模型的建立

視景模擬仿真中，靜態(tài)對象主要包括樹木、周圍環(huán)境建筑、道路標(biāo)志線、路面等，在仿真運行開始后，已經(jīng)不再是一個靜態(tài)對象參數(shù)的變化；動態(tài)對象主要包括車輛、信號燈等，在系統(tǒng)中受到其他因素的影響和制約，隨時都可能發(fā)生變化。

本文所探討的可視化模型包括以下三種：

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型：主要包括水體、綠地、道路、停車場、街區(qū)、學(xué)校、機關(guān)、醫(yī)院等主要地理要素。

（2）空間要素模型：主要包括視頻監(jiān)控點、交通信息點、電子警察等。

（3）非空間要素模型：包含交通管理必需的對象。

城市交通的三維空間可視化的特點在于，在不同的模型中，一些對象可以不需要進行更改，如交通燈、樹木、車輛等，它們最多只能在數(shù)量上有些變化，這類對象的模型稱為基本模型[4]?？稍谀Ｐ蛶熘欣萌S建模工具MultiGeIl Creator手工建立對應(yīng)的基本模型進行存放，以方便實際使用時調(diào)用[5]。

3 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)架的沒計，可以將系統(tǒng)分為以下幾個功能模塊：GUI模塊；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊；道路建模模塊；景觀建模模塊；LOD（Level of Detail）模塊；3D圖形引擎模塊組成。

（1）開發(fā)工具與開發(fā)語言。

①開發(fā)平臺：windows XP SP2。

②開發(fā)工具：C#。

③軟件開發(fā)包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能實現(xiàn)。

功能的實現(xiàn)從以下四個方面得到體現(xiàn)，如表1所示。

1）網(wǎng)絡(luò)分析。

①最短、最佳路徑分析。

任意給定起點和目的地，可以使用鼠標(biāo)在二維地圖上選擇開始和結(jié)束，也可以在3D場景中選擇起點和終點，根據(jù)道路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用先進的最優(yōu)路徑算法，可以自動搜索最短路線或最優(yōu)路線。在路徑參數(shù)規(guī)劃中，可以選擇規(guī)劃參數(shù)，如最短的距離，最少的時間，最少路口等。

②最近設(shè)施查詢。

給定一個需求點，和設(shè)施的類型，可制定一定范圍內(nèi)的所有設(shè)施信息，并找到最短的到達設(shè)施的路徑。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于統(tǒng)計交通事件數(shù)據(jù)、查詢和分析交通事件。如查詢道路路面質(zhì)量差，和交通事故的道路。交通事件統(tǒng)計查詢主要包括以下一些查詢功能，如表2所示：

3）模擬導(dǎo)航。

模擬導(dǎo)航選擇起點和終點，然后找到最優(yōu)或最短路徑，或直接給定路線，沿選定路線自動漫游，漫游速度可以調(diào)節(jié)。如車輛導(dǎo)航，旅游等。在實驗系統(tǒng)中，2D和3D可聯(lián)合運動顯示，所以你可以在二維平面圖上直接選擇起點和終點，通過拓?fù)鋬?yōu)化網(wǎng)絡(luò)找到最優(yōu)路徑，實現(xiàn)3D模擬導(dǎo)航。

4）移動目標(biāo)的管理。

該GPS+GIS+GSM的三個組合在一起，實現(xiàn)對運動目標(biāo)進行的實時監(jiān)控，并把跟蹤軌跡存儲在數(shù)據(jù)庫中，移動目標(biāo)的歷史軌跡可以在需要時再回放。

4 結(jié)語

結(jié)果表明，實驗實現(xiàn)了道路交通可視化建模的關(guān)鍵內(nèi)容，并獲得了比較好的系統(tǒng)執(zhí)行效率和可擴展性，城市道路交通可視化系統(tǒng)可以有效地減少城市交通控制系統(tǒng)的開發(fā)工作，降低系統(tǒng)的開發(fā)周期。將產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益，提高交通事故預(yù)測的準(zhǔn)確性，為交通管理部門提供了一個可行的方法，應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻

[1] 馮濤.基于GML的微觀交通仿真與GIS-T空間數(shù)據(jù)共享平臺研究[D].昆明：云南大學(xué)，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三維模型建立與數(shù)據(jù)組織[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱慶.三維動態(tài)交互式可視化模型[J]。武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鵬.基于GIS的三峽庫區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價系統(tǒng)（單機版）的設(shè)計與研發(fā)[D].武漢：武漢大學(xué)，2010.

[5] 朱向彩，劉香蘭，郇正良.基于GIS的虛擬泰山三維可視化系統(tǒng)研究[J].泰山學(xué)院學(xué)報，2004，26（6）：50-53.endprint