分析GIS技術(shù)及其在道路交通信息化中的應(yīng)用

展英達(dá)

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210000)

0 引言

GIS技術(shù)，中文名稱地理信息技術(shù)，是多種學(xué)科交叉而成的產(chǎn)物，以地理空間為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，能夠?qū)崟r(shí)提供多種動態(tài)的空間及地理信息。按照廣義視角看待該技術(shù)，可將之視為開展地理研究、為地理決策服務(wù)提供海量精確數(shù)據(jù)支撐的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，其基本功能為將表格型數(shù)據(jù)、電子表格文件等直接轉(zhuǎn)換為地理圖形后，圍繞相關(guān)顯示結(jié)果進(jìn)行后續(xù)的瀏覽、操作、分析。

1 GIS技術(shù)應(yīng)用于道路交通信息化建設(shè)的相關(guān)分析

1.1 道路空間信息的獲取、處理與交換

隨著計(jì)算機(jī)、信息傳遞技術(shù)的迅猛發(fā)展，GIS技術(shù)正在朝向?qū)I(yè)化、大型化、社會化、數(shù)字智能化不斷發(fā)展。所謂的“大型”，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)規(guī)模及數(shù)據(jù)存儲規(guī)模兩個(gè)方面。應(yīng)用于道路交通信息化建設(shè)時(shí)，如果GIS的信息獲取和存儲當(dāng)量不足以支撐現(xiàn)代城市動靜態(tài)交通的體量時(shí)，很容易出現(xiàn)顧此失彼或是疏漏關(guān)鍵信息等問題?；诖?，GIS技術(shù)應(yīng)用于道路交通信息化建設(shè)，是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢，首先需要解決的關(guān)鍵性問題在于，通過GIS技術(shù)，市政管理、交通運(yùn)輸管理乃至于120急救、119消防等機(jī)構(gòu)均能圍繞道路空間信息的獲取、處理、交換等進(jìn)行密切配合，針對道路交通安全事故及其他問題，在第一時(shí)間加以解決。

業(yè)內(nèi)對于地理空間數(shù)據(jù)重要性的認(rèn)知為：GIS框架下的血液。無論是構(gòu)建，還是維護(hù)道路空間數(shù)據(jù)，均是一項(xiàng)極其復(fù)雜，包含極大工作量的工程。如數(shù)據(jù)的獲取、較遠(yuǎn)、規(guī)范化儲存、結(jié)構(gòu)化處理、后期數(shù)據(jù)的定期維護(hù)等，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，智能信息化道路交通體系的建設(shè)和運(yùn)行均可能陷入停滯狀態(tài)，從而引發(fā)一系列信息時(shí)代特有的“智能化交通問題”。一般來說，經(jīng)由GIS技術(shù)處理的數(shù)據(jù)對象具備空間性、時(shí)間性，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)的方式多種多樣，如野外全站儀平板測量、GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)定位測量、室內(nèi)地圖數(shù)字化掃描、數(shù)字?jǐn)z影測量、基于遙感影像進(jìn)行目標(biāo)定向測量、道路交通空間地里信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。上述技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用模式均已成熟，應(yīng)用于道路交通信息化建設(shè)時(shí)，足以在短時(shí)間內(nèi)成功構(gòu)建基本框架[1]。

在上述基礎(chǔ)上，道路交通的空間數(shù)據(jù)處于動態(tài)變化過程，具備較強(qiáng)的時(shí)效性。基于我國道路交通信息化建設(shè)的實(shí)際情況，目前，一些實(shí)用性較強(qiáng)的地理空間數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了周期不等的數(shù)據(jù)更新維護(hù)，數(shù)據(jù)庫中存儲的相關(guān)信息均具備較高的準(zhǔn)確性，能夠及時(shí)、完整地體現(xiàn)出GIS技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。在未來的發(fā)展方向?yàn)椋憾嗖块T、多行業(yè)、多種格式、多種類型的地理空間數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)即時(shí)調(diào)用與兼容，進(jìn)一步提升城市道路交通系統(tǒng)的智能程度。

1.2 道路空間數(shù)據(jù)的深層統(tǒng)一管理

(1)道路交通空間數(shù)據(jù)模型與空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與管理，數(shù)據(jù)空間模型的主要作用在于，在道路交通信息化系統(tǒng)夏，完成對現(xiàn)實(shí)世界中各空間實(shí)體間關(guān)系的“虛擬”，將動靜態(tài)交通全貌清晰地呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)顯示控制端，為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫的整體設(shè)計(jì)提供基本方法和研究框架。因此，新一代GIS技術(shù)應(yīng)用于城市道路交通信息化建設(shè)時(shí)，空間數(shù)據(jù)模型具備特殊意義。目前，現(xiàn)代城市道路交通管理的常見模式分為要素(對象)模型、場模型、網(wǎng)格化模型。網(wǎng)格化模型實(shí)質(zhì)上是道路交通系統(tǒng)信息化建設(shè)的初級階段，即采用二元縱橫坐標(biāo)的方式，將城市交通運(yùn)轉(zhuǎn)體系分為多個(gè)網(wǎng)格，對具備特殊作用的點(diǎn)位(如醫(yī)院、學(xué)校、舉辦大型活動并在一定時(shí)間內(nèi)可能導(dǎo)致重大交通壓力的體育場、大型商場等)采用二維坐標(biāo)標(biāo)注。一旦某個(gè)位置的交通壓力超出道路的承受范圍，或是出現(xiàn)交通事故時(shí)，城市指揮中心即會迅速通知有關(guān)單位、人員等，全部投入“解決問題”的工作中。要素模型與場模型的“智能”級別雖然高于網(wǎng)格模型，但在空間實(shí)體層面的相互關(guān)系、時(shí)空變化要素的描述、表達(dá)、數(shù)據(jù)組織及分析等依然存在一定的局限性。比如：1)空間點(diǎn)、線、面與系統(tǒng)監(jiān)測目標(biāo)之間只能維持簡單的拓補(bǔ)關(guān)系，無論是生成及維護(hù)，均需耗費(fèi)較多的時(shí)間與精力；2)無法清晰、有效地表達(dá)顯示三維空間實(shí)體間的相互關(guān)系；3)通過其他渠道收集而來的數(shù)據(jù)信息和相關(guān)記錄，盡管可以在某一時(shí)刻使空間實(shí)體間的關(guān)系以“靜態(tài)”的形式予以體現(xiàn)，但尚無法跟蹤顯示出動態(tài)變化；4)一旦涉及異地、異構(gòu)、一紙空間數(shù)據(jù)的互操作、分布式對象處理等問題時(shí)，道路交通管理系統(tǒng)很可能陷入全面崩塌的境地[2]。

(2)基于GIS技術(shù)的空間坐標(biāo)系與道路交通空間地理數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合與常態(tài)組織。城市道路交通信息化建設(shè)的本質(zhì)在于，使公共地理定位基礎(chǔ)更加清晰。在傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)框架下，幾乎所有地理要素均需構(gòu)建在經(jīng)緯度之下，原理并未脫離二元坐標(biāo)控制體系。網(wǎng)格化控制的局限性在于，點(diǎn)與點(diǎn)、線與線之間的“空白處”，無法被精準(zhǔn)定定位，一旦將控制密度擴(kuò)大(減小不同點(diǎn)位之間的統(tǒng)計(jì)數(shù)值，如兩點(diǎn)之間原有的間隔為1000m，在500m的區(qū)段內(nèi)設(shè)置新的點(diǎn)位)，初級智能系統(tǒng)將會不堪重負(fù)。如圖1所示，為某果園內(nèi)部的道路交通信息網(wǎng)格坐標(biāo)圖。根據(jù)其密度，可以在相鄰兩個(gè)點(diǎn)位之間繼續(xù)設(shè)置新的點(diǎn)，表明對應(yīng)區(qū)域的路況信息。但隨著果園規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)承載能力若無法隨之提升，數(shù)據(jù)存儲區(qū)域及信息梳理功能未曾改善，系統(tǒng)終將面臨崩潰的危機(jī)。

實(shí)際上，基于GIS技術(shù)的道路交通空間地理數(shù)據(jù)應(yīng)該采用“有機(jī)結(jié)合+常態(tài)組織”的方式，實(shí)行多種控制管理模式多軌并行。比如，城市主干道路眼線的里程數(shù)與空間位置實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，并配備線性參照數(shù)據(jù)；在此基礎(chǔ)上，沿線的定位和測量均可以用空間定位實(shí)現(xiàn)互換，從而形成“結(jié)合道路里程數(shù)對空間數(shù)據(jù)其與之相關(guān)的所有屬性信息數(shù)據(jù)進(jìn)行無障礙查詢”的管理框架。若“相關(guān)信息”暫時(shí)處于“無人問津”的狀態(tài)，則無需在前端顯示，只需做好后臺(數(shù)據(jù)庫)維護(hù)及更新工作，即可實(shí)現(xiàn)“非重要信息的常態(tài)化組織管理”。

圖1 某果園內(nèi)部道路交通信息網(wǎng)格坐標(biāo)圖

2 GIS技術(shù)在道路在道路交通信息化建設(shè)中的具體應(yīng)用

2.1 GIS技術(shù)的主要應(yīng)用模式簡析

基于GIS技術(shù)的城市道路交通工具信息化建設(shè)工程，必須對GIS技術(shù)的應(yīng)用模式進(jìn)行全面梳理，明確其主要功能。結(jié)合現(xiàn)代城市的“主干道+環(huán)城公路緩解交通+區(qū)域功能性連接小路”的一般性設(shè)置，GIS的主要應(yīng)用模式可分為：

(1)工程型GIS：應(yīng)用于道路交通的數(shù)字制圖與空間分析，主要作用在于：納入各項(xiàng)空間信息元素，為信息化建設(shè)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

(2)企業(yè)型GIS：應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理與信息查詢，此種應(yīng)用方式的側(cè)重點(diǎn)在于“管理”，即與道路空間有關(guān)的所有信息，是否調(diào)用、準(zhǔn)確性為何等，需借助企業(yè)級的管理模式。

(3)部門性GIS：應(yīng)用于業(yè)務(wù)管理、聯(lián)網(wǎng)辦公?；诔鞘械缆方煌ㄕw管理框架，市政部門、交警大隊(duì)、待命消防隊(duì)及急救醫(yī)護(hù)系統(tǒng)等，均可被視為具備特定功能的“部門”。一旦某個(gè)點(diǎn)位出現(xiàn)異常情況，城市控制中心即可迅速發(fā)布指令，前往目標(biāo)點(diǎn)位的“不同部門”之間，也可以基于GIS管理控制移動終端，完成信息的實(shí)時(shí)交流。

(4)社會性GIS：應(yīng)用于公眾信息的檢索與服務(wù)。城市化的深入發(fā)展盡管是時(shí)代的必然選擇，且能夠創(chuàng)造出更多的就業(yè)崗位，對于提振一個(gè)大型區(qū)域整體性的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具備較大的益處。但問題在于，城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大，生活在同一城市不同區(qū)域的人，對城市的了解程度，很可能不如長時(shí)間關(guān)注該城市動態(tài)變化信息的外地人。因此，基于GIS的社會性道路交通信息化管理控制系統(tǒng)，必須能夠依托與移動終端以及其他設(shè)備，為有需求的人提供動靜態(tài)交通公共服務(wù)信息。比如智能化的管理系統(tǒng)中，會將居民驅(qū)車前往的目標(biāo)點(diǎn)位周邊停車場是否剩余停車位、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等信息實(shí)時(shí)顯現(xiàn)，為人們提供多樣性的便利[3]。

2.2 GIS技術(shù)在市政新建道路工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段及老城區(qū)道路養(yǎng)護(hù)管理中的應(yīng)用

城市新建道路的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，需要借助GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)處理功能、空間分析功能。理想狀態(tài)下，基于計(jì)算機(jī)，虛擬出施工區(qū)域周邊環(huán)境的數(shù)字地形模型，若條件允許，還可以進(jìn)一步構(gòu)建出曠闊的三維交互地形可視化環(huán)境。至此，設(shè)計(jì)人員能夠在最短時(shí)間內(nèi)，選擇沿線設(shè)施的布設(shè)位置、圍繞主干道路、分支道路、功能性小道等進(jìn)行規(guī)劃統(tǒng)計(jì)，整體性地提升城市新建道路的最終質(zhì)量。目前，歐美發(fā)達(dá)國家的常用技術(shù)在于：借助互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展因特網(wǎng)GIS或是webGIS，目的在于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程地理空間數(shù)據(jù)查詢，不僅包含靜態(tài)圖形、動態(tài)圖像(視頻)，還可以深度剖析不同種類的地理空間。在國內(nèi)，三網(wǎng)融合工程正在深度發(fā)展，無論哪一家運(yùn)營商，只要其提供的信號能夠應(yīng)用于遠(yuǎn)程地理信息傳輸，道路交通信息化建設(shè)過程即可與之展開合作，使設(shè)計(jì)成果朝向數(shù)字智能化發(fā)展。

與新道路建設(shè)相對應(yīng)的另一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于，針對老城區(qū)已建道路養(yǎng)護(hù)管理工作的重視程度應(yīng)該不斷提升。幾乎所有城市都面臨老區(qū)改造問題，但核心問題在于，全面、徹底的動遷成本極大，開發(fā)商缺乏足夠的資金，加之新區(qū)的投資條件雖然較好，但相當(dāng)一部分城市居民的出行習(xí)慣將會受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為了解決此類問題，基于GIS技術(shù)，對老區(qū)需維護(hù)道路周邊的復(fù)雜情況進(jìn)行全面梳理。具體流程為：(1)構(gòu)建數(shù)據(jù)信息采集分析模塊；(2)對老區(qū)路況進(jìn)行全面分析；(3)動態(tài)追蹤并全面納入地方政府的政策，分短期和長期制定相應(yīng)的目標(biāo)；(4)輸出綜合評判信息，提出相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)及改建計(jì)劃。

2.3 基于GIS技術(shù)，構(gòu)建城市智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的有效方式

城市智能交通系統(tǒng)，能夠極大地方便城市居民的日常出行。其構(gòu)建原理為：技術(shù)人員運(yùn)用新型GIS技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，對傳統(tǒng)的城市動態(tài)交通運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行完善，核心思路在于提高管理水平。結(jié)合國家信息化推進(jìn)工作，以電子政務(wù)相關(guān)工程為基礎(chǔ)，推動GIS在資源環(huán)境管理、道路交通信息化建設(shè)等環(huán)節(jié)的廣泛應(yīng)用，已成為我國各級政府及建設(shè)企業(yè)的重要任務(wù)。其中，GIS在以資源、能源、生產(chǎn)、資金等空間綜合配置、優(yōu)化組合為目的的信息化建設(shè)中，可以發(fā)揮應(yīng)有的作用；結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)用工程，還可以反向推動GIS的發(fā)展[4]。實(shí)際上，構(gòu)建城市智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)時(shí)，技術(shù)人員需要考慮的因素較多，累積之下，往往涉及城市未來的整體發(fā)展。因此，數(shù)字智能信息化的道路交通系統(tǒng)應(yīng)該與GIS技術(shù)共同發(fā)展，從而為城市居民創(chuàng)造出更加便利的城市出行及生活條件。

3 結(jié)語

在道路交通信息化建設(shè)過程中，充分、合理、科學(xué)地運(yùn)用GIS技術(shù)，以期全面解決傳統(tǒng)交通網(wǎng)格化處理模式下的弊端，能夠全面推動道路交通行業(yè)的健康發(fā)展，進(jìn)而使我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)邁向新的臺階。此外，越來越多智能元素的加入，將會降低交通事故的發(fā)生幾率；或是通過智能化的梳理，引導(dǎo)各項(xiàng)“解決問題”的關(guān)鍵因素，在事故發(fā)生的第一時(shí)間內(nèi)迅速介入，根本性提高城市交通運(yùn)轉(zhuǎn)效率。