王長鵬，張學(xué)明，吳闖

(濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東 濟(jì)南 250013)

1 引 言

現(xiàn)階段交通規(guī)劃在我國依然是一個十分年輕的行業(yè)[1]。合理的交通規(guī)劃能夠促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展，為城市的各項功能合理有序的發(fā)展提供一個穩(wěn)定的保障和堅實的基礎(chǔ)。近年來，在各級別、各類交通規(guī)劃的指導(dǎo)和控制下，城市交通發(fā)展的科學(xué)性、有序性得到了很大提高，對于交通發(fā)展中減少對資源的占用、降低對環(huán)境的負(fù)影響、提高建設(shè)效益和降低建設(shè)成本、提高對社會經(jīng)濟(jì)的服務(wù)水平等多方面都起到了很重要的作用[2]。隨著在城市交通規(guī)劃陸續(xù)取得了一些成功，人們開始擴(kuò)大研究范圍，對于區(qū)域交通規(guī)劃的研究開始被大家重視起來。同城市交通系統(tǒng)相比較，區(qū)域交通系統(tǒng)更加復(fù)雜和綜合，所以從整體上進(jìn)行綜合考慮。目前區(qū)域交通規(guī)劃和城市交通規(guī)劃一樣，正朝著定量化、綜合化、前瞻性發(fā)展，而且更加重視交通對環(huán)境以及區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響[3]。

湖北省位于我國的中部地區(qū)，具有承東啟西、接南納北的獨特地理優(yōu)勢，而它“九省通衢”的特點也使湖北省成為重要的交通運輸樞紐。作為“中部崛起”的一個重要戰(zhàn)略要點，在全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略格局中，湖北省的作用和經(jīng)濟(jì)競爭力將得到進(jìn)一步提高，很大程度上也刺激了對交通更大的需求?！耙粠扇?、雙輪驅(qū)動”新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局，標(biāo)志著武漢市的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略覆蓋到了全省，發(fā)展到區(qū)域協(xié)調(diào)共進(jìn)的新局面和新狀況，對交通規(guī)劃也提出更高層次的要求[4]。

基于湖北省交通規(guī)劃的現(xiàn)狀，對湖北省省內(nèi)的交通信息化管理是十分重要的。要想轉(zhuǎn)變交通規(guī)劃的發(fā)展方式必須借助信息化的手段。要想實現(xiàn)交通規(guī)劃的信息化，一定要充分利用現(xiàn)代化的通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，讓一切與交通有關(guān)的信息資源都為交通規(guī)劃來服務(wù)，全面提高交通規(guī)劃處理事務(wù)的辦事效率，使得交通規(guī)劃更好地向信息化發(fā)展[5]。本文中的區(qū)域交通規(guī)劃模型及應(yīng)用模型系統(tǒng)就是交通規(guī)劃信息化的成果之一。

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用以數(shù)據(jù)庫為技術(shù)核心、地理信息系統(tǒng)為支持的C/S模式，即在系統(tǒng)軟件和支撐軟件的基礎(chǔ)上，建立應(yīng)用軟件層/信息處理層/數(shù)據(jù)支撐層的多層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。不同的服務(wù)層具有不同的應(yīng)用特點，在處理系統(tǒng)建設(shè)中也具有不同程度的復(fù)用和更新。其中數(shù)據(jù)層和組件層的通信采用數(shù)據(jù)庫適配器技術(shù)，支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的讀取和存儲。業(yè)務(wù)層通過對組件層的細(xì)粒度服務(wù)進(jìn)行封裝，提供簡潔實用的業(yè)務(wù)操作服務(wù)。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

區(qū)域交通規(guī)劃模型應(yīng)用系統(tǒng)由三個子數(shù)據(jù)庫組成，分別為：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)數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)庫和管理用戶及配置數(shù)據(jù)的用戶數(shù)據(jù)庫。如圖2所示：

圖2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

矢量空間數(shù)據(jù)的各個地物對象通過其唯一的地理編碼與系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)形成關(guān)聯(lián)。獨立的用戶數(shù)據(jù)庫不僅能夠增強對數(shù)據(jù)庫訪問的安全性，而且可以很大程度上方便用戶權(quán)限及角色的設(shè)置和分配。

需要將大量的歷史交通規(guī)劃數(shù)據(jù)連續(xù)變化，而不是間斷的特點能夠體現(xiàn)在該系統(tǒng)的交通業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)庫中，設(shè)計了一個數(shù)據(jù)庫字典表和多個面向交通規(guī)劃業(yè)務(wù)的視圖，以便規(guī)劃人員查詢信息和規(guī)劃成果表格的提交。

數(shù)據(jù)庫后臺管理子系統(tǒng)是建立在用戶數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上。在這個基礎(chǔ)上，區(qū)域交通規(guī)劃模型應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫后臺管理子系統(tǒng)才可以進(jìn)行用戶信息存儲、用戶權(quán)限分配、系統(tǒng)角色設(shè)置以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)源管理。

3 交通規(guī)劃空間算法

交通規(guī)劃空間算法主要涉及的GIS中常見空間分析算法有Dijkstra算法、動態(tài)分段、緩沖區(qū)分析[6]，這些算法是GIS技術(shù)同交通領(lǐng)域的結(jié)合點。最短路徑Dijkstra算法不僅簡單，容易理解，而且使用方便。動態(tài)分段技術(shù)在交通規(guī)劃系統(tǒng)中，不僅可以實現(xiàn)道路圖形和屬性的雙向動態(tài)可視化查詢和分析，還能夠動態(tài)描述不同屬性之間的關(guān)系，使得對數(shù)據(jù)的查詢、分析和處理更加方便、快速。緩沖區(qū)分析思想在交通規(guī)劃評價中的應(yīng)用也是非常廣泛，對全面評價交通規(guī)劃是非常重要的。

4 交通規(guī)劃模型

對系統(tǒng)所涉及的大部分交通規(guī)劃模型，包括了通用模型、技術(shù)指標(biāo)評價模型以及效益指標(biāo)評價模型進(jìn)行研究。其中通用模型包括彈性系數(shù)法、國土系數(shù)法以及生長曲線法等方法，模型的計算結(jié)果為交通規(guī)劃業(yè)務(wù)提供預(yù)測、量化分析和評價功能服務(wù)[7，8]。技術(shù)指標(biāo)評價主要從路網(wǎng)連通率、路網(wǎng)覆蓋率、路網(wǎng)平均車速和路網(wǎng)平均擁擠度等方面對路網(wǎng)進(jìn)行評價，實現(xiàn)對道路網(wǎng)的各項指標(biāo)綜合、全面、多角度地進(jìn)行分析，針對性的對路網(wǎng)建設(shè)制定決策，下一階段的交通規(guī)劃工作更有科學(xué)性[9]。效益指標(biāo)的評價主要包括：運行時間、運輸成本以及交通事故這三個方面進(jìn)行評價。這三個方面能夠從側(cè)面反映出交通規(guī)劃決策的優(yōu)劣?；谶@三個方面進(jìn)行交通規(guī)劃的評價更加專業(yè)和全面，制定出的交通規(guī)劃更具針對性和科學(xué)性[10]。

5 區(qū)域交通規(guī)劃模型系統(tǒng)設(shè)計

為了有效地管理和使用交通規(guī)劃應(yīng)用分析模型，充分發(fā)揮它們在規(guī)劃管理中的作用，系統(tǒng)功能的設(shè)計開發(fā)將緊緊圍繞需求分析，劃分為以下4個功能子系統(tǒng)：

①圖形管理子系統(tǒng)

②數(shù)據(jù)庫后臺管理子系統(tǒng)

③信息查詢與輸出子系統(tǒng)

④交通規(guī)劃模型子系統(tǒng)

5.1 圖形管理子系統(tǒng)

圖形管理子系統(tǒng)主要用于滿足交通規(guī)劃模型對圖形數(shù)據(jù)的一些使用要求，這其中就包括對交通圖形數(shù)據(jù)的管理；對各類圖形數(shù)據(jù)(主要為1∶250 000交通矢量數(shù)據(jù))的編輯；提供圖形形式的多種信息查詢功能；提供各類專題圖形的制作及輸出等功能，系統(tǒng)主界面如圖3所示。

圖3 圖形管理子系統(tǒng)主界面

圖形管理子系統(tǒng)中具有視圖控制、圖層管理、空間量算、空間查詢、要素選取、地圖編輯、制圖及輸出等模塊。這些模塊不僅可以實現(xiàn)對地圖放大、縮小、漫游等基本操作，還可以以圖層為管理單元，對系統(tǒng)加載的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實現(xiàn)地物要素的面積量算、距離量算等操作。這樣就實現(xiàn)了對湖北省綜合交通系統(tǒng)的圖層管理，交通基礎(chǔ)設(shè)施、交通運輸量、社會經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形管理率，使得信息處理實現(xiàn)了綜合化和形象化。

5.2 數(shù)據(jù)庫后臺管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫后臺管理子系統(tǒng)是區(qū)域交通規(guī)劃模型應(yīng)用系統(tǒng)的支撐，是實現(xiàn)各種功能的中心環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)在充分分析數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類組織，設(shè)計結(jié)構(gòu)合理、層次清晰、便于查詢、調(diào)用方便、信息完整的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。信息應(yīng)包括道路、水路、鐵路、社會經(jīng)濟(jì)、航空資料、技術(shù)報告文檔等屬性或空間信息，應(yīng)支持空間信息的存儲和海量數(shù)據(jù)的管理，應(yīng)充分滿足科學(xué)計算、圖形顯示、查詢輸出等對使用數(shù)據(jù)的要求，實現(xiàn)常規(guī)報表的生成輸出，采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，支持多種查詢方式。

提供各級用戶的分級及操縱權(quán)限管理，確保系統(tǒng)的安全。提供備份管理，以避免系統(tǒng)的軟硬件故障及操作失誤造成破壞時的數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。

5.3 信息查詢與輸出子系統(tǒng)

查詢統(tǒng)計模塊包括兩個類別的功能：交通業(yè)務(wù)信息查詢、交通圖形信息查詢。其中每個類別的功能下面又包含一些功能。

交通業(yè)務(wù)信息查詢包括數(shù)據(jù)瀏覽、條件查詢、復(fù)雜查詢、查詢條件保存、自定義查詢、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)輸出。這些功能主要提供詳細(xì)的屬性數(shù)據(jù)的查詢、修改、統(tǒng)計和分析功能；提供用戶自定義查詢和查詢配置功能；實現(xiàn)基本信息查詢、空間信息數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)查詢等各種類型的數(shù)據(jù)信息查詢功能。

交通圖形信息查詢包括按行政區(qū)查詢、多點查詢、二維模擬顯示、最優(yōu)路徑查詢。行政區(qū)查詢、多點查詢提供對行政區(qū)域內(nèi)的各種要素信息進(jìn)行查詢與顯示，實現(xiàn)對某個區(qū)域內(nèi)信息的方便獲取；二維模擬顯示提供依據(jù)屬性數(shù)據(jù)庫中的交通屬性數(shù)據(jù)對高速公路和國省道等線狀空間圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的交通量二維模擬顯示，依據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，系統(tǒng)可以對高速公路和國省道進(jìn)行交通量和收費路段二維模擬顯示；最優(yōu)路徑查詢供用戶計算湖北省范圍內(nèi)任意兩點間的距離最短、時間最少和費用最省的最優(yōu)路徑，并可對路網(wǎng)中道路的權(quán)值參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如圖4所示。

圖4 最優(yōu)路徑查詢

5.4 交通規(guī)劃模型子系統(tǒng)

交通規(guī)劃模型子系統(tǒng)通過選擇科學(xué)、合理的交通規(guī)劃模型建立模型庫，提供模型管理的功能。模型的調(diào)用過程中可動態(tài)調(diào)整參數(shù)，并調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的各類數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)劃任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與計算，提供預(yù)測、量化分析和評價等功能。依據(jù)功能的不同，可以將交通規(guī)劃模型子系統(tǒng)劃分為：模型管理、模型應(yīng)用以及綜合評價三部分。

(1)模型管理模塊

交通規(guī)劃模型子系統(tǒng)中模型管理模塊主要是提供模型的基礎(chǔ)管理功能，包括模型的基本分類，模型查找、刪除、信息查看等功能?？梢愿鶕?jù)用戶需要對子系統(tǒng)中的模型庫進(jìn)行管理，增加新的模型或者將已有的模型需要根據(jù)實際情況進(jìn)行修改的參數(shù)重新設(shè)定。

(2)模型應(yīng)用模塊

模型應(yīng)用模塊是交通規(guī)劃模型子系統(tǒng)的核心部分，也是整個系統(tǒng)中最關(guān)鍵的一個模塊。模型應(yīng)用模塊的主要功能是調(diào)用相關(guān)模型進(jìn)行業(yè)務(wù)分析與計算等操作，包括對模型基本參數(shù)的設(shè)定，可以根據(jù)用戶需要設(shè)定參數(shù)，輔助指導(dǎo)交通規(guī)劃決策，其結(jié)果是以圖標(biāo)的形式展現(xiàn)給相關(guān)的決策部門。同時還能夠?qū)⒂嬎憬Y(jié)果進(jìn)行保存，這樣可以同實際的規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行比對，然后來矯正模型參數(shù)的設(shè)定，使規(guī)劃模型更加精確。

相關(guān)的決策部門可以利用已有的歷史數(shù)據(jù)，采用指數(shù)平滑線性預(yù)測來對未來的交通規(guī)劃狀況做出預(yù)測，以此來指導(dǎo)規(guī)劃決策工作，如圖5所示為利用時間序列模型進(jìn)行分析預(yù)測。

圖5 時間序列模型指數(shù)平滑線性預(yù)測(平滑系數(shù)0.15)

(3)綜合評價模塊

綜合評價模塊的主要功能是根據(jù)相關(guān)的指標(biāo)計算公式，計算出交通規(guī)劃業(yè)務(wù)所需要用到的各項指標(biāo)，主要包括技術(shù)指標(biāo)與效益指標(biāo)兩項內(nèi)容，評價的方式包括按地區(qū)評價、按年份評價、按指標(biāo)評價、按所有指標(biāo)綜合評價，其主要功能多方式評價以及相關(guān)分析。

①多方式評價

以往對交通評價方式往往比較單一，很多時候造成評價比較片面，通常會比較缺乏說服力，給相關(guān)的決策部門和決策人員做決策的時候不能從多方式來做出下一階段的規(guī)劃工作，還是存在一定的缺陷。在綜合評價模塊中，通過引用了多方式評價的方法，可以按照不同地區(qū)、不同年份、不同評價指標(biāo)或者是所有的評價指標(biāo)來多方式的進(jìn)行評價，從而能夠更加全面地發(fā)現(xiàn)問題，能夠更加有針對性地去解決問題，避免了下一階規(guī)劃工作中有可能會出現(xiàn)的冗余工作。圖6就是從綜合指標(biāo)對湖北省交通評價的成果圖。

圖6 按所有指標(biāo)評價

②相關(guān)分析

相關(guān)分析是用來獲取數(shù)據(jù)間的相關(guān)系數(shù)。用戶通過選擇需要執(zhí)行分析的數(shù)據(jù)列表，然后執(zhí)行相關(guān)分析操作，就可以獲得相關(guān)系數(shù)的計算結(jié)果，如圖7所示，為貨物運輸平均距離與路網(wǎng)相關(guān)因素的相關(guān)性分析。

圖7 相關(guān)分析操作結(jié)果

6 結(jié) 語

基于本文建立的區(qū)域交通規(guī)劃模型應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)在湖北省交通廳中被廣泛應(yīng)用，提高了工作效率，現(xiàn)對所做的工作總結(jié)如下：

(1)設(shè)計一個能實現(xiàn)以下功能的C/S模式的區(qū)域交通規(guī)劃模型：安全可靠的數(shù)據(jù)管理、方便快捷的信息查詢、功能強大并且專業(yè)性強、易于操作的系統(tǒng)。區(qū)域交通規(guī)劃模型旨在真實、準(zhǔn)確整理并分析湖北省的交通數(shù)據(jù)信息，快速、高效的處理大量歷史數(shù)據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)代專業(yè)的數(shù)學(xué)計算和預(yù)測模型來進(jìn)行科學(xué)的分析和預(yù)測，準(zhǔn)確反映湖北省的交通狀況及發(fā)展規(guī)律。該系統(tǒng)是基于ArcEngine開發(fā)的，集成了湖北省的地形、各種級別的交通路線矢量文件，能夠在系統(tǒng)上進(jìn)行查詢、管理，為相關(guān)部門提供直觀的基礎(chǔ)信息表現(xiàn)。

(2)子系統(tǒng)的劃分。根據(jù)需要將系統(tǒng)合理的劃分為四個子系統(tǒng)：圖形管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫后臺管理子系統(tǒng)、信息查詢與輸出子系統(tǒng)、交通規(guī)劃模型子系統(tǒng)。實現(xiàn)對湖北省的交通相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、查詢和專業(yè)模塊計算結(jié)果的閱覽、查詢和管理，能夠為湖北省的交通規(guī)劃提供直觀的基礎(chǔ)信息表現(xiàn)，為決策者提供方案。

(3)相關(guān)的空間分析算法。系統(tǒng)一個主要特點就是將地理信息系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)分析等一些空間分析算法同交通方面相結(jié)合，為交通部門提供一個良好的評估和決策技術(shù)支持。交通狀況指標(biāo)不僅僅可以定性描述，而且可以實現(xiàn)定量描述。

(4)交通規(guī)劃模型。系統(tǒng)從與交通相關(guān)的規(guī)劃模型按照通用模型、技術(shù)評價指標(biāo)模型以及效益基表評價模型分別整理?？梢詮牟煌嵌取⒉煌矫?、不同用戶按照各自的需求進(jìn)行查詢和分析，從而能夠提供更加準(zhǔn)確和專業(yè)的方案。

[1] 吳昊靈. 國外交通規(guī)劃發(fā)展回顧與我國交通規(guī)劃現(xiàn)狀分析[J]. 現(xiàn)代科技：現(xiàn)代物業(yè)下旬刊，2010(4)：9～11.

[2] 高超. GIS-T在交通工程中的應(yīng)用[J]. 交通世界(運輸.車輛)，2013，12：124～125.

[3] 王燕妮. 湖北省交通運輸系統(tǒng)與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[4] 陳東光. “逆四階段”交通分區(qū)控制規(guī)劃方法與實踐研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2006.

[5] 陳新發(fā). 湖南省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模研究[D]. 天津：天津大學(xué)，2012.

[6] 李全富. 淺談GIS在道路管理中存在的問題[J]. 交通運輸研究，2006(2)：50～53.

[7] 趙勝川，何南. 彈性系數(shù)法在公路誘增交通量預(yù)測中應(yīng)用[J]. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2011(3)：1～7.

[8] 季凱. 重力模型標(biāo)定方法及分析[J]. 山西建筑，2012，11：18～19.

[9] 劉濤. 區(qū)域公路網(wǎng)規(guī)劃理論研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

[10] 彭力. 公路網(wǎng)規(guī)劃評價指標(biāo)體系與實施決策方法研究[D]. 南京：東南大學(xué)，2005.