趙峻弘 ，彭清山，陳光華，洪亮

(1.武漢市測繪研究院，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輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)庫與空間分析的方法，描述交通運輸網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)上運輸流，并反映運輸網(wǎng)中所存在的問題。將交通規(guī)劃、預(yù)測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)。能夠通過整合歷年國民經(jīng)濟統(tǒng)計、交通運輸、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)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、維護及更新、統(tǒng)計分析、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、高效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計分析成果，支持城市交通規(guī)劃科學(xué)化、信息化進程。

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］，主要存在以下幾個問題:

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

(2)由于沒有強大的統(tǒng)計分析工具，制作各種統(tǒng)計圖件時，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出來;

(4)缺乏可視化的表達手段，無法進行輔助決策。

這幾個問題極大地影響了城市交通規(guī)劃工作的效率和信息統(tǒng)計功能的發(fā)揮。GIS技術(shù)的發(fā)展則為這些問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)劃人員的工作強度，從而使規(guī)劃人員有更多的時間和精力投入到對交通規(guī)劃的分析之中，同時使得各個交通專題的規(guī)劃評價更加客觀合理，促進方案制訂的科學(xué)化水平。因此，如何運用具有強大生命力的高新技術(shù)，及時把握社會經(jīng)濟和交通發(fā)展的客觀趨勢，增強交通規(guī)劃的超前意識和宏觀指導(dǎo)，為交通規(guī)劃及建設(shè)提供信息支持，對于提高交通規(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，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無縫集成和管理;通過開發(fā)交通規(guī)劃信息系統(tǒng)與EMME軟件的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)兼容和共享;通過研發(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)研究內(nèi)容

從分析國內(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)，針對現(xiàn)有的規(guī)劃方法對空間數(shù)據(jù)管理不足的缺點，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，將GIS與DBMS相結(jié)合，利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)管理能力和DBMS的屬性管理能力對城市交通規(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)進行統(tǒng)一的管理，為交通生成預(yù)測提供數(shù)據(jù)支持。主要有以下內(nèi)容:

(1)系統(tǒng)總體框架的研究

對交通規(guī)劃信息系統(tǒng)進行總體設(shè)計，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)庫的建立

建立交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫，包括空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，利用ArcGIS Geodatabase數(shù)據(jù)模型來管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，建立空間數(shù)據(jù)之間的拓撲關(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)計開發(fā)與實驗

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強大的數(shù)據(jù)管理功能和空間分析功能為支撐，開發(fā)實現(xiàn)路網(wǎng)數(shù)據(jù)編輯，如道路節(jié)點、路段、交叉口等數(shù)據(jù)的拓撲檢查、道路網(wǎng)絡(luò)屬性賦值;開發(fā)實現(xiàn)公交數(shù)據(jù)管理，如公交站點、公交線路的編輯和生成。在實現(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)計信息輸出功能模塊，生成預(yù)測流量信息專題圖。

4 關(guān)鍵問題的研究與實現(xiàn)

針對現(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，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無縫集成和管理;通過開發(fā)信息系統(tǒng)與交通規(guī)劃軟件數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)兼容和共享;通過研發(fā)路網(wǎng)數(shù)據(jù)管理、公交線路編輯和管理、道路預(yù)測流量、道路指標以及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)研究和解決的幾個關(guān)鍵問題如下:

(1)在系統(tǒng)中實現(xiàn)道路網(wǎng)節(jié)點(node)、路段(link)、交叉路口、軌道線路(RailLine)、公交線路(BusLine)等數(shù)據(jù)的拓撲檢查和錯誤處理，建立正確的道路網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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)與拓撲結(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)庫之間的關(guān)系主要表現(xiàn)為空間數(shù)據(jù)上的拓撲關(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)之間的拓撲關(guān)系處理:主要考慮點(交叉口，公交站點等)，線(道路中心線，公交線路等)，面(交通小區(qū)，停車場等)之間以及這幾個層內(nèi)部數(shù)據(jù)單元之間的拓撲關(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)和其對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)，通過關(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)之間通過關(guān)鍵字段關(guān)聯(lián)。

d.交通規(guī)劃信息庫采用標準化的對象數(shù)據(jù)關(guān)系圖描述數(shù)據(jù)項之間的關(guān)系，其中:

e.空間數(shù)據(jù)之間的拓撲關(guān)系處理主要是依靠ArcGIS Desktop自帶的拓撲關(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)庫設(shè)計中，形成標準化的數(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實現(xiàn)模型分析和計算，將模型數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入GIS信息庫，實現(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)測及交通分析的專業(yè)軟件。它的模型計算功能十分強大，能夠?qū)β范?、?jié)點、公交路線、公交路線段和模型數(shù)據(jù)進行交互計算。本系統(tǒng)研制開發(fā)EMME交互功能是為了將交通模型運算出的結(jié)果導(dǎo)入交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫，在ArcGIS軟件中通過二次開發(fā)模塊，實現(xiàn)專題地圖的統(tǒng)計輸出。同時開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，在ArcGIS軟件中實現(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)庫的基礎(chǔ)上，將節(jié)點、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)庫格式，首先建立*.in文件格式的數(shù)據(jù)表，將節(jié)點坐標、節(jié)點號、路段的起終點號、路段長度、車道數(shù)、路段類型等數(shù)據(jù)通過ArcMap二次開發(fā)模塊進行統(tǒng)計計算后逐項輸入.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，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行系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)實現(xiàn)道路預(yù)測流量信息的統(tǒng)計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)庫文件

通過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、坐標、長度等屬性信息批量輸入到系統(tǒng)，自動生成的*.in樣式數(shù)據(jù)庫文件中，如圖3所示。數(shù)據(jù)庫文件的數(shù)據(jù)輸入嚴格按照EMME軟件對外部數(shù)據(jù)庫文件的格式要求進行。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軟件強大的分析模型對數(shù)據(jù)進行分析計算，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劃分多個閾值區(qū)間，用不用顏色對應(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)劃中存在的問題，并針對交通規(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)計輸出等，針對這幾個問題，提出了解決問題的方法和思路。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，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無縫集成和管理。通過分析交通規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模的原則和數(shù)據(jù)模型設(shè)計的方法，開發(fā)出系統(tǒng)功能模塊并使用相關(guān)功能實現(xiàn)基礎(chǔ)路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的建模。

在系統(tǒng)實驗中通過進行EMME交互功能模塊的實驗，實現(xiàn)了基礎(chǔ)路網(wǎng)錄入EMME軟件的目標;路段流量飽和度功能模塊成功實現(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，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大的空間分析和豐富的圖形顯示能力。通過將兩者有機地結(jié)合起來，取長補短，能夠為交通規(guī)劃提供翔實、高效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計分析成果，進一步增強了交通規(guī)劃機構(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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