周運(yùn)林

(深圳市勘察研究院有限公司，廣東深圳 518026)

1 前言

交通規(guī)劃決策支持系統(tǒng)是一個充分利用計算機(jī)技術(shù)、管理信息系統(tǒng)(MIS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、決策支持系統(tǒng)(DSS)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)學(xué)模型和算法、交通建設(shè)技術(shù)規(guī)范等一系列高新技術(shù)的規(guī)模龐大、涉及面廣的大型軟件工程。該系統(tǒng)面向交通規(guī)劃業(yè)務(wù)人員和交通廳工作人員，提供了交通規(guī)劃專業(yè)信息的查詢、編輯、統(tǒng)計、分析、預(yù)測等功能。

針對現(xiàn)行交通規(guī)劃目標(biāo)眾多，空間決策問題尚不能通過快速有效的方法予以解決的現(xiàn)狀，我們利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)(GIS)的有關(guān)理論、方法和技術(shù)，建立多尺度、多時態(tài)交通空間數(shù)據(jù)庫，著重利用時空數(shù)據(jù)查詢、時空分析、空間統(tǒng)計、空間推理等功能，通過理論分析、模型建立與影響因子選定、數(shù)據(jù)庫開發(fā)、應(yīng)用程序設(shè)計等步驟，建立一個能為交通規(guī)劃決策者提供有效支持的、以GIS為基礎(chǔ)的交通規(guī)劃決策支持系統(tǒng)。結(jié)合交通規(guī)劃和建設(shè)實(shí)際，為交通規(guī)劃工作提供準(zhǔn)確的、全面的、多尺度多方位的空間和屬性數(shù)據(jù)，為交通規(guī)劃工作搭建全面完整的信息化平臺。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是建立基于GIS技術(shù)、DB技術(shù)和MIS技術(shù)的交通規(guī)劃決策支持系統(tǒng)平臺，來集成全省的交通專題數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全省交通規(guī)劃信息資源的整合與共享，并針對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)提供查詢、編輯、統(tǒng)計、分析和預(yù)測功能，將全省各項(xiàng)交通規(guī)劃工作納入信息化、科學(xué)化、規(guī)范化和系統(tǒng)化的軌道。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)架構(gòu)基于C/S和B/S混合模式進(jìn)行設(shè)計。服務(wù)器采用大型商用數(shù)據(jù)庫SQL Server 2000加空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE管理交通專題的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，通過ODBC與應(yīng)用程序相連，充分保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、高效性和海量數(shù)據(jù)存儲及快速訪問能力。在Windows XP操作系統(tǒng)環(huán)境下，基于ArcEngine組件和Visual C++開發(fā)環(huán)境編程實(shí)現(xiàn)客戶端應(yīng)用程序以及后臺用戶管理和數(shù)據(jù)源管理平臺。系統(tǒng)界面基于Windows標(biāo)準(zhǔn)界面，是基于菜單、工具條、狀態(tài)條、按鈕、對話框的風(fēng)格，通過鼠標(biāo)和鍵盤操作本系統(tǒng)。

系統(tǒng)是基于C/S和B/S的混合模式的系統(tǒng)。系統(tǒng)的C/S架構(gòu)部分主要用于實(shí)現(xiàn)省交通廳規(guī)劃業(yè)務(wù)應(yīng)用，B/S架構(gòu)部分主要用于今后各地市縣交通數(shù)據(jù)上報、發(fā)布和更新，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)組成，分別為:交通規(guī)劃決策支持業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)和后臺管理子系統(tǒng)。交通規(guī)劃決策支持業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)的主要功能為:更新交通路網(wǎng)信息、路網(wǎng)查詢、路網(wǎng)評價及空間分析等。后臺管理子系統(tǒng)只提供給系統(tǒng)管理員使用，用于管理用戶、配置系統(tǒng)環(huán)境、數(shù)據(jù)源管理配置等。

(1)基本應(yīng)用功能模塊

基本應(yīng)用功能模塊主要實(shí)現(xiàn)一些基本的GIS功能，具體包括:視圖控制、圖層管理、空間量算、空間查詢、地圖編輯、打印輸出。

(2)業(yè)務(wù)功能模塊

業(yè)務(wù)功能模塊主要實(shí)現(xiàn)交通規(guī)劃相關(guān)的交通專題功能，具體包括:專題查詢、統(tǒng)計分析、交通規(guī)劃以及模型評價。其中交通規(guī)劃以交通專題數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用交通規(guī)劃決策支持算法，得出交通規(guī)劃的建議，再通過專家的人工干預(yù)調(diào)整，形成最后的交通規(guī)劃結(jié)果。模型評價:包括利用一些指標(biāo)模型提供對公路網(wǎng)現(xiàn)狀、港航現(xiàn)狀和交通可持續(xù)發(fā)展的評價。

(3)系統(tǒng)配置及安全功能模塊

①用戶管理:包括對用戶登錄名及密碼，用戶分組的管理。

②系統(tǒng)連接配置:配置服務(wù)器名稱等連接參數(shù)。

③數(shù)據(jù)源配置:配置系統(tǒng)數(shù)據(jù)源以及圖層、符號。

基本應(yīng)用功能模塊和業(yè)務(wù)功能模塊包含在交通規(guī)劃決策支持系統(tǒng)主系統(tǒng)中，系統(tǒng)配置及安全功能模塊包含在后臺管理子系統(tǒng)中。

2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

參考交通部門的相關(guān)統(tǒng)計資料并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，本系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)主要分為矢量圖形數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)和后臺管理配置數(shù)據(jù)三大類，具體劃分如下:

(1)矢量圖形數(shù)據(jù)

主要是1∶250000公路矢量數(shù)據(jù)，與相應(yīng)資料對照整理后通過ArcSDE分圖層導(dǎo)入到SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。矢量數(shù)據(jù)主要包括各交通要素，如道路、橋梁、隧道、航道、通航建筑物、港口、港區(qū)、碼頭、渡口、站場、收費(fèi)站等。

(2)交通業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)

按照業(yè)務(wù)管理內(nèi)容進(jìn)行分類整理。主要可分為公路、水路、社會經(jīng)濟(jì)和其他4大類。業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)按照規(guī)劃業(yè)務(wù)實(shí)際需求，以現(xiàn)有業(yè)務(wù)資料為依據(jù)進(jìn)行整理入庫。業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)中，公路專題數(shù)據(jù)包括各市州的運(yùn)輸量、各條道路的交通量、各市州的公路運(yùn)輸工具數(shù)據(jù)、各市州的道路里程數(shù)據(jù)、各市州的道路里程分布數(shù)據(jù)等;水路專題數(shù)據(jù)包括各市州的航道里程數(shù)據(jù)、各市州的通航航道里程分布數(shù)據(jù)、各市州的航道運(yùn)輸量數(shù)據(jù)、各市州的航道運(yùn)輸工具數(shù)據(jù)等;社會經(jīng)濟(jì)專題數(shù)據(jù)主要指各地市州的人口、地域面積、收入和相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等數(shù)據(jù)。其他專題數(shù)據(jù)主要指一些多媒體影音數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)均以數(shù)據(jù)庫表的形式物理存儲在業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)庫中。

(3)后臺用戶和數(shù)據(jù)源管理數(shù)據(jù)

主要是用戶分組信息、權(quán)限信息、數(shù)據(jù)源管理信息等配置數(shù)據(jù)，主要用于保存后臺管理子系統(tǒng)的配置信息，以數(shù)據(jù)庫表的形式物理存儲在后臺管理數(shù)據(jù)庫中。

從上述對三大數(shù)據(jù)的分類可知，本系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)庫包括管理矢量圖形數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫、管理交通專題業(yè)務(wù)的屬性數(shù)據(jù)庫和管理后臺管理配置數(shù)據(jù)的用戶數(shù)據(jù)庫。矢量數(shù)據(jù)的各個地物對象通過其唯一的地理編碼與屬性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)形成關(guān)聯(lián)。獨(dú)立的用戶數(shù)據(jù)庫可以增強(qiáng)對數(shù)據(jù)庫訪問的安全性，方便用戶權(quán)限及角色的設(shè)置和分配。

交通要素的矢量空間數(shù)據(jù)通過ArcSDE存儲在矢量空間數(shù)據(jù)庫中;交通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲在交通專題業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)庫中;用戶信息、權(quán)限信息、數(shù)據(jù)源信息存儲在用戶及數(shù)據(jù)源管理數(shù)據(jù)庫中。三個數(shù)據(jù)庫由位于服務(wù)器端的SQLServer數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理，構(gòu)成一個完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。空間數(shù)據(jù)庫中的空間對象通過唯一地理編碼與屬性數(shù)據(jù)庫的記錄形成關(guān)聯(lián)，用戶數(shù)據(jù)庫存儲用戶信息、用戶權(quán)限、系統(tǒng)角色和系統(tǒng)配置信息，保證用戶能夠順利進(jìn)入系統(tǒng)，進(jìn)行符合自身權(quán)限的系統(tǒng)功能操作。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)包括:圖形數(shù)據(jù)的完備性;屬性數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)、存取過程;統(tǒng)計圖表的生成;配置文件、中間計算結(jié)果的存取;最優(yōu)路徑計算;交通評價模型的建立和算法實(shí)現(xiàn);路網(wǎng)二維模擬顯示的實(shí)現(xiàn)。由于篇幅原因，此處只詳述使用了GIS的空間分析、空間統(tǒng)計和空間推理的方法，通過模型建立與影響因子選定的手段來實(shí)現(xiàn)的三個難點(diǎn):最優(yōu)路徑分析、公路網(wǎng)密度評價和道路迂回率評價。

3.1 最優(yōu)路徑分析

最優(yōu)路徑計算是本系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。本系統(tǒng)中的最優(yōu)路徑包括距離最短路徑、時間最短路徑和費(fèi)用最少路徑。

距離最短路徑算法中給每條道路賦的值是道路長度;時間最短路徑算法中給每條道路賦的值是通過道路花費(fèi)的時間(根據(jù)路況、路面等級、道路擁擠度等指標(biāo)確定同一道路不同路段的平均車速，從而得出平均通過時間);費(fèi)用最少路徑算法中給每條道路賦的值是通過道路花費(fèi)的費(fèi)用(根據(jù)各道路收費(fèi)站收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、車型、車座數(shù)等參數(shù)確定該車通過此道路上收費(fèi)站所花費(fèi)用)。

本系統(tǒng)最優(yōu)路徑算法的實(shí)現(xiàn)基于ArcEngine網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊提供的各種接口和方法。在進(jìn)行幾何網(wǎng)絡(luò)分析前，首先要對FeatureClass進(jìn)行幾何網(wǎng)絡(luò)的建立，然后利用這個幾何網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行最優(yōu)路徑分析。執(zhí)行最優(yōu)路徑查找時，首先在網(wǎng)絡(luò)上定位兩個點(diǎn)，用于確定最優(yōu)路徑的起始點(diǎn)和終點(diǎn)。本系統(tǒng)中，用戶可以在地圖上通過鼠標(biāo)人機(jī)交互點(diǎn)選擇起始點(diǎn)，也可以通過點(diǎn)位名稱來選擇。

3.2 公路網(wǎng)密度評價

公路網(wǎng)平均密度是公路網(wǎng)當(dāng)量里程與區(qū)域面積之比。當(dāng)量里程是指各級公路按適應(yīng)交通量換算成當(dāng)量二級公路的總里程。具體計算方法及計算公式如下:

①當(dāng)量里程計算

當(dāng)量里程是對照各等級公路適應(yīng)交通量表將各等級公路里程換算成二級公路里程，再累加得到當(dāng)量總里程。公式如下:

其中:Qi—i路段對應(yīng)的等級適應(yīng)交通量，如i路段為高速四車道，則對應(yīng)Qi為高速四車道適應(yīng)交通量;

Q—二級公路對應(yīng)的適應(yīng)交通量;

Li—i路段里程。

各等級公路適應(yīng)交通量表如表1所示:

等級公路適應(yīng)交通量表 表1

②區(qū)域面積

區(qū)域面積是使用空間幾何網(wǎng)絡(luò)自動構(gòu)面的算法將路網(wǎng)所在區(qū)域形成閉合區(qū)域，計算其面積。

③公路網(wǎng)平均密度

公路網(wǎng)平均密度是公路網(wǎng)當(dāng)量里程與區(qū)域面積之比。公式如下:

公路網(wǎng)平均密度:E=Ld/R

其中:R—區(qū)域面積;Ld—公路網(wǎng)當(dāng)量里程。

3.3 道路迂回率

道路迂回率是研究相鄰結(jié)點(diǎn)之間的連接相對直線作何種程度的迂回。用實(shí)際連接距離和假想直線連接距離之比表示。實(shí)際連接距離通過道路長度可以得出，假想直線連接距離是指定點(diǎn)之間通過空間連接的方式構(gòu)建的兩點(diǎn)之間直線的長度。如果迂回率的計算結(jié)果大于2.0，則該連接屬于高迂回率，表明兩點(diǎn)間需要新建公路連接，是新公路網(wǎng)連通的對象。

其中:Ls—相鄰兩點(diǎn)間的實(shí)際連接距離;

Lj—相鄰兩點(diǎn)間的假想直線連接距離。

4 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)集成了湖北省的交通專題數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了全省交通規(guī)劃信息資源的整合與共享，面向交通規(guī)劃業(yè)務(wù)人員和省交通廳工作人員，提供了交通規(guī)劃專業(yè)信息的查詢、編輯、統(tǒng)計、分析、預(yù)測等功能，今后還可以在該項(xiàng)目基礎(chǔ)上提供面向公眾的信息發(fā)布功能和面向各地市縣級交通部門的數(shù)據(jù)上報、數(shù)據(jù)匯總和信息分發(fā)等功能，如圖2所示。目前該系統(tǒng)已作為湖北省交通廳的辦公業(yè)務(wù)軟件，在全省交通規(guī)劃工作中發(fā)揮了重要的作用。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行界面

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