張旭

摘要：社會(huì)迅猛發(fā)展的今天，逐漸出現(xiàn)了很多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，gis是其中較為常見(jiàn)的一種，其中包括交通系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)出性能良好，且功能健全的智慧交通系統(tǒng)?；诖?，本文通過(guò)對(duì)地理信息系統(tǒng)（gis）的簡(jiǎn)單介紹，并闡述了智能交通系統(tǒng)的概念及功能，之后以此為基礎(chǔ)，全面對(duì)智能交通系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為現(xiàn)代和交通事業(yè)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：gis;智慧交通系統(tǒng);交通系統(tǒng)

引言：世界經(jīng)濟(jì)從二十世紀(jì)六七十年代開(kāi)始進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展階段。急劇增加的汽車(chē)數(shù)量，使得原來(lái)的道路顯得越來(lái)越窄，道路的承載能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)有交通量增長(zhǎng)的需要，因此為滿(mǎn)足這些需求大量的公路和城市道路需要修建。同時(shí)，生活在城市中的人們也日益感受到道路阻塞、頻頻發(fā)生的交通事故所帶來(lái)的困惑。交通阻塞、交通事故頻發(fā)等現(xiàn)象已成為各種各樣社會(huì)發(fā)展消極因素的誘因，比如社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失、居民出行不便，城市中居民的幸福度下降等。隨著這些問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，也引起了世界各國(guó)對(duì)交通問(wèn)題的重視，盡管世界各國(guó)在交通基礎(chǔ)設(shè)施的修建方面都投入了大量的資金，但是沒(méi)有一個(gè)國(guó)家的交通問(wèn)題從根本上得到了解決。不斷加劇的城市交通問(wèn)題已經(jīng)成為無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家都必須面對(duì)的嚴(yán)峻問(wèn)題。而想要解決這一問(wèn)題，則必須開(kāi)發(fā)出完善的智慧交通系統(tǒng)。

一、地理信息系統(tǒng)的概念

地理信息系統(tǒng)（Geographical Inf- ormation System，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS）是六十年代中期開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。它是測(cè)繪學(xué)、地理學(xué)、空間科學(xué)、生態(tài)環(huán)境學(xué)、信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、管理學(xué)、人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等領(lǐng)域的邊緣交叉科學(xué)，是以這些學(xué)科為基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)，用各種現(xiàn)代化的方法來(lái)采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示和應(yīng)用與整個(gè)地球表面（包括大氣層）空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)信息的信息系統(tǒng)。它把地理位置和相關(guān)屬性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，根據(jù)用戶(hù)的需要將空間信息及其屬性信息準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶(hù)，它滿(mǎn)足城市建設(shè)、企業(yè)管理、居民生活對(duì)空間信息的要求，并且用戶(hù)可以借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)功能，進(jìn)行各種輔助決策[1]。

二、基于GIS的智能交通系統(tǒng)的概念及功能

基于GIS的智能交通系統(tǒng)是為現(xiàn)代化交通指揮中心而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的軟件平臺(tái)，它是一個(gè)開(kāi)放式的復(fù)雜的系統(tǒng)，集控制、管理、決策于一體，它主要包括電子地圖系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其中電子地圖系統(tǒng)是指與用戶(hù)交互的部分、該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地圖的漫游、縮放功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多媒體、多比例尺的圖文雙向查詢(xún)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)修改功能，可以實(shí)現(xiàn)最佳路徑選擇和某些預(yù)案的推演，輔助指揮人員做出決策[2]?；贕IS的智能交通系統(tǒng)是交通管理的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，它由靜態(tài)的道路網(wǎng)、道路寬度、等級(jí)、路名、地形地貌、重要場(chǎng)所等信息和動(dòng)態(tài)的交通組織方案、等時(shí)圖、交通擁堵、交通事故多時(shí)段、路段、警力配置等信息共同組成。它可以利用多媒體技術(shù)把一張地圖分層展開(kāi)，并按需要配上相應(yīng)的數(shù)據(jù)、圖形、圖像、信息，使我們能夠最大限度地了解到相關(guān)內(nèi)容。它的特點(diǎn)是規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合和因素眾多。其主要功能如下：（1）數(shù)據(jù)輸入編輯功能。實(shí)現(xiàn)輸入、修改、編輯城市交通地圖及其相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。（2）圖形庫(kù)管理功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖圖庫(kù)、圖中的點(diǎn)、線(xiàn)、面的增加、刪除等功能。（3）系統(tǒng)顯示與查詢(xún)功能。分層顯示電子地圖;按不同顏色或標(biāo)記顯示電子地圖上的不同目標(biāo)，并可顯示不同目標(biāo)的屬性數(shù)據(jù);地圖的任意漫游、放大、縮小;顯示實(shí)時(shí)的交通圖像信息，實(shí)現(xiàn)交通誘導(dǎo)。（4）系統(tǒng)分析與決策功能。最佳路徑分析是指可根據(jù)用戶(hù)的請(qǐng)求，系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前的交通擁擠情況，給出最佳路徑分析結(jié)果;指揮調(diào)度是指對(duì)特種任務(wù)和突發(fā)事件能提供一套決策方案供指揮人員參考[3]。

三、基于GIS的智能交通管理系統(tǒng)的分析與實(shí)現(xiàn)

我們所開(kāi)發(fā)的基于GIS的智能交通管理系統(tǒng)硬件平臺(tái)可為小型機(jī)或服務(wù)器，服務(wù)器操作系統(tǒng)可為Unix或Windows2000及以上版本。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為Oracle8.0及以上版本。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)為VisualC++6.0，GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)為MaPhifo及MaPX。該系統(tǒng)主要是針對(duì)是在湖州市交警支隊(duì)的需求進(jìn)行分析與實(shí)現(xiàn)的。

（一）系統(tǒng)總體建設(shè)目標(biāo)

我們開(kāi)發(fā)智能交通管理系統(tǒng)的目的是為了提高基層交警中隊(duì)（包括鎮(zhèn)區(qū)中隊(duì)、省國(guó)道中隊(duì)、農(nóng)村中隊(duì)）的實(shí)戰(zhàn)能力、工作效率、服務(wù)質(zhì)量和決策水平。具體功能目標(biāo)如下：

（1）在同一應(yīng)用平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)基層中隊(duì)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)、駕駛?cè)私煌ㄟ`法行為和交通事故信息的采集和處理，滿(mǎn)足一線(xiàn)執(zhí)法民警處理交通違法和交通事故的需求。

（2）實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)和駕駛?cè)说膽?hù)籍化管理，建立轄區(qū)內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)和駕駛?cè)讼嚓P(guān)信息的更新維護(hù)機(jī)制。

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)內(nèi)相關(guān)單位（機(jī)關(guān)、運(yùn)輸企業(yè)、學(xué)校、駕校）交通安全等基礎(chǔ)信息的更新維護(hù)機(jī)制，確?；鶎用窬皶r(shí)掌握本轄區(qū)的交通安全管理情況。

（4）實(shí)現(xiàn)基層大、中隊(duì)對(duì)日常業(yè)務(wù)工作臺(tái)帳的計(jì)算機(jī)化管理。

（5）實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)、駕駛?cè)?、交通違法和交通事故等信息的關(guān)聯(lián)查詢(xún)，建立公安交通管理信息的綜合查詢(xún)機(jī)制[4]。

（6）建立有效的信息發(fā)布、業(yè)務(wù)監(jiān)督和工作考核機(jī)制。

（二）數(shù)據(jù)采集與地理編碼

將長(zhǎng)春市1：5000地圖數(shù)字化并轉(zhuǎn)換為MaPInfoTable文件格式的電子地圖。在 MaPInfo中完成了地圖編輯、圖層添加和地理信息編碼等工作。該電子地圖主要分為三層：基本層，信息層和詳細(xì)層。電子地圖與一個(gè)空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，在空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中存放與電子地圖對(duì)應(yīng)的相關(guān)屬性信息[5]。

（三）系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

該智能交通管理系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如圖1所示。

（四）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和框架設(shè)計(jì)主要是在概念和技術(shù)層面上討論對(duì)系統(tǒng)的

設(shè)計(jì)。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是站在使用者的層面來(lái)對(duì)系統(tǒng)的功能群進(jìn)行劃分。采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，將復(fù)雜的智能交通系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子功能模塊，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行分析，從而找出各個(gè)功能模塊之間的通信機(jī)制和相互依賴(lài)關(guān)系，進(jìn)一步描述系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)果一般分為縱向結(jié)構(gòu)和橫向結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中這兩種結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)于子系統(tǒng)的劃分和系統(tǒng)層次調(diào)用關(guān)系[6]。

1.橫向結(jié)構(gòu)

在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是對(duì)系統(tǒng)分析的延伸。通過(guò)系統(tǒng)分析得出了若干用例，系統(tǒng)設(shè)計(jì)便是運(yùn)用這些用例，按照系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)的功能需求劃分為不同的功能模塊。劃分為：地圖瀏覽、地點(diǎn)查詢(xún)、路段通行狀況顯示、短時(shí)交通流量預(yù)測(cè)、最短路徑查詢(xún)、路段信息查詢(xún)、路段歷史流量查詢(xún)、路口紅綠燈控制、誘導(dǎo)信息發(fā)布和系統(tǒng)管理維護(hù)等。這些功能模塊主要是與用戶(hù)進(jìn)行交互屬于前臺(tái)服務(wù)，同時(shí)系統(tǒng)還有一些功能直接的服務(wù)于上述功能從而間接的服務(wù)于用戶(hù)，它們包括;外場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、外場(chǎng)設(shè)備的通信等。同時(shí)地圖瀏覽和地點(diǎn)查詢(xún)作為系統(tǒng)前臺(tái)服務(wù)的基本功能與其他的前臺(tái)服務(wù)相關(guān)聯(lián)，此不作為單獨(dú)的模塊列出。

2.縱向結(jié)構(gòu)

縱向結(jié)構(gòu)的劃分主要在于用可視化的方法表明系統(tǒng)不同功能層次間的調(diào)用。通常情況下系統(tǒng)分為三層——表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和持久層。

1）表現(xiàn)層

表現(xiàn)層正如其字面意思所展示的那樣就是表現(xiàn)在外面的一個(gè)層次，一般只直接呈現(xiàn)給用戶(hù)的層次。在Web應(yīng)用的討論中表現(xiàn)層一直都是一個(gè)小角色，直到

2005年初伴隨著AJAX的出現(xiàn)，GoogleMap等一批樣板工程擺到人們面前。開(kāi)發(fā)者猛然發(fā)現(xiàn)原來(lái)Web應(yīng)用還可以做成如此絢爛。本系統(tǒng)的表現(xiàn)層即利用了富客戶(hù)端技術(shù)ExtJS——一個(gè)主流的Ajax框架。

ExtJS初期僅是對(duì)Yahoo！UI的對(duì)話(huà)框進(jìn)行擴(kuò)展，隨著使用者的增多，越來(lái)越多愛(ài)好者的關(guān)注，ExtJS逐漸有了自己的特色。發(fā)展至今，ExJS除YUI外還支持Jquery、Prototype等的多種JavaScript的底層庫(kù)，從而方便了開(kāi)發(fā)者。該框架完全基于純Html/CSS+JS技術(shù)，提供豐富的跨瀏覽器UI組件，采用JSON/XML等輕架構(gòu)的數(shù)據(jù)格式作為組件的數(shù)據(jù)源，使得服務(wù)端表示層的負(fù)荷真正減輕，從而達(dá)到客戶(hù)端的MVC應(yīng)用[7]。

ExtJS除了能夠?yàn)槭褂谜咛峁└畸惖娘@示之外，更依賴(lài)于其對(duì)Ajax的完美封裝，從而大大增加了客戶(hù)端的靈活性。

2）業(yè)務(wù)層

ArclMS是ERSI公司提供的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，是一個(gè)可伸縮的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)器軟件。它被廣泛地用于向大量的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)GIS地圖、數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。例如，ArclMS提供對(duì)GIS目錄門(mén)戶(hù)的基于瀏覽器的訪(fǎng)問(wèn)，使用戶(hù)能夠容易地發(fā)布和共享地理知識(shí)。ArcIMS在一種簡(jiǎn)單的框架提供了強(qiáng)大的GIS功能。它支持通過(guò)要素流的方式傳送影像或矢量數(shù)據(jù)。從而改變了用戶(hù)在互聯(lián)網(wǎng)上交互制圖及訪(fǎng)問(wèn)地理數(shù)據(jù)的方式。ArclMS包含了許多部分，每個(gè)部分在客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中都扮演了重要的角色。

WEB服務(wù)器也稱(chēng)為WWW（WORLDWIDEWEB）服務(wù)器，主要功能是提供網(wǎng)上信息瀏覽服務(wù)。WWW是Internet的多媒體信息查詢(xún)工具，是Internet上近年才發(fā)展起來(lái)的服務(wù)，也是發(fā)展最快和目前用的最廣泛的服務(wù)。本系統(tǒng)采用的WEB服務(wù)器是Tomcat。Tomcat在系統(tǒng)資源占用方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他的服務(wù)器，同時(shí)Tomcat在不增加系統(tǒng)負(fù)荷的情況下能夠很好的支持負(fù)載平衡與郵件服務(wù)等功能;另外，Tomcat作為一款開(kāi)源軟件，收到廣大軟件愛(ài)好者的追捧，有眾多的社區(qū)成員對(duì)其進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，因此Tomcat變得越來(lái)越強(qiáng)大，功能越全面[8]。

3）持久層

ArcSDE是ArcGIS與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間的GIS通道。它允許用戶(hù)在多種數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中管理地理信息，并使所有的ArcGIS應(yīng)用程序都能夠使用這些數(shù)據(jù)。

ArcSDE是多用戶(hù)ArcGIS系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件。它為DBMS提供了一個(gè)開(kāi)放的接口，允許ArcGIS在多種數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)上管理地理信息。這些平臺(tái)包括Oracle，OraclewithSpatial/Locator，MicrosoftSQLServer，IBMDB2，和Informix。如果你的ArcGIS需要使用一個(gè)可以被大量用戶(hù)同步訪(fǎng)問(wèn)并編輯的大型數(shù)據(jù)庫(kù)，ArcSDE為你提供必要的功能。通過(guò)ArcSDE你的ArcGIS可以在DBMS中輕而易舉地管理一個(gè)共享的、多用戶(hù)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

Hibernate是一個(gè)開(kāi)放源代碼的對(duì)象關(guān)系映射框架，它對(duì)JDBC進(jìn)行了非常輕量級(jí)的對(duì)象封裝，因此Java程序員可以利用自己在Java中已經(jīng)熟悉了的面向?qū)ο蟮乃季S來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編程操縱。Hibernate可以應(yīng)用在任何使用JDBC的場(chǎng)合，既可以在Java的客戶(hù)端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web應(yīng)用中使用。

（五）系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

通過(guò)“智能交通管理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)/駕駛?cè)讼嚓P(guān)信息！的關(guān)聯(lián)查詢(xún)，實(shí)現(xiàn)主要業(yè)務(wù)臺(tái)帳的計(jì)算機(jī)管理，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)/駕駛?cè)藨?hù)籍信息的采集、更新和匯總，實(shí)現(xiàn)交通違法信息、交通事故信息的采集、錄入。系統(tǒng)具有以下基本功能：

（1）數(shù)據(jù)采集功能

1）交通事故的采集、錄入功能：依據(jù)《交通事故處理程序規(guī)定》，實(shí)現(xiàn)交通事故數(shù)據(jù)的采集與錄入。

2）非現(xiàn)場(chǎng)違法數(shù)據(jù)的采集功能：能夠?qū)⒏黝?lèi)非現(xiàn)場(chǎng)車(chē)違法信息自動(dòng)導(dǎo)入“交通違法業(yè)務(wù)系統(tǒng)”數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）系統(tǒng)管理功能

系統(tǒng)管理主要包括用戶(hù)權(quán)限管理、數(shù)據(jù)維護(hù)、功能維護(hù)、設(shè)備信息管理、口令修改、系統(tǒng)配置等功能。

（3）信息查詢(xún)功能

1）機(jī)動(dòng)車(chē)信息查詢(xún)：提供本轄區(qū)內(nèi)和全國(guó)范圍的機(jī)動(dòng)車(chē)登記信息查詢(xún)，并可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)違法記錄/事故記錄信息的關(guān)聯(lián)查詢(xún)。

2）駕駛?cè)诵畔⒉樵?xún)：提供本轄區(qū)內(nèi)和全國(guó)范圍的駕駛?cè)斯芾硇畔⒉樵?xún)，并可實(shí)現(xiàn)違法記錄/事故一記錄等信息的關(guān)聯(lián)查詢(xún)。

3）交通事故信息查詢(xún)：提供本轄區(qū)內(nèi)發(fā)生的道路交通事故信息查詢(xún)，以及本轄區(qū)內(nèi)的機(jī)動(dòng)車(chē)/駕駛?cè)耸鹿市畔⒉樵?xún)。

（六）信息共享要求

在建設(shè)"智能交通管理系統(tǒng)"時(shí)，我們充分考慮了平臺(tái)與現(xiàn)有的機(jī)動(dòng)車(chē)登記、駕駛證管理、交通事故處理、交通違法業(yè)務(wù)處理、危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸管理等系統(tǒng)的互通共享。在錄入和更新平臺(tái)相關(guān)信息時(shí)，能自動(dòng)調(diào)用現(xiàn)有的機(jī)動(dòng)車(chē)登記和駕駛?cè)斯芾淼刃畔ⅲ瑢?shí)現(xiàn)路面執(zhí)法與源頭信息、管理的共享，提高執(zhí)法效率和管控水平。

四、結(jié)論

基于GIS的智能交通系統(tǒng)為現(xiàn)代化交通指揮中心提供了集控制、管理、決策于一體的軟件平臺(tái)。它利用先進(jìn)的信息處理技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、圖像分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，為加強(qiáng)道路、車(chē)輛、駕駛員和管理人員的聯(lián)系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)，全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、有效的綜合交通管理系統(tǒng)。將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于智能交通管理系統(tǒng)，提取出隱藏在數(shù)據(jù)之中深層次的、關(guān)于數(shù)據(jù)整體特征描述和數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)信息和知識(shí)，對(duì)于交警部門(mén)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面狀況和交通流量，及時(shí)采取相關(guān)措施，有效疏導(dǎo)交通阻塞，減少交通違法、交通事故的發(fā)生都具有重大的意義。

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