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  • 基于GIS平台的城市智能交通管理系统构架研究

    2012-07-23 15:56:24 来源:智能交通杂志 作者:何立鹏 林东亮 评论:
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      摘 要: 本文对地理信息系统(GIS)作为城市智能交通管理系统的共用信息平台的可能性进行了分析,提出了系统总体架构及GIS平台的基本功能,指出系统存在的问题及可能的解决方案。


      一、背景


      广州是珠江三角洲的核心城市和交通枢纽,是华南地区的主干交通枢纽,是我国华南地区铁路、公路、航空的综合性交通枢纽。2007年底,广州市机动车总量达到182万辆,其中小客车的增长量最大,较上一年增长了22.9%,私人小汽车较上年增长25.4%。广州市政府通过实行禁摩、限货以及调整东南西环的收费方式这三大交通政策后,提高了路网的整体通行能力,有效的改善了主城区的交通状况,在年度道路面及增长不到4%,小汽车却增长23%的前提下,使主城区干道高峰时段实测车速由上年的21KM/h增加到了24.2KM/h,增长了11%。值的注意的是,禁摩、轨道交通、增加公共交通工具等多项措施有力的促进了公共交通客运量(同比增长15.6%)和周转量(同比增长14.9%)的发展,但仍然落后与小汽车的发展速度。此外城市轨道交通、公交车的迅速发展,给市民带来众多的方便,但是广州市经济的迅速增长,使全市就业人口增长了9%,与之而来的就是出行率的增长,这都为广州市的交通形势带来巨大的压力。


      基于城市土地和空间资源的相对有限性,广州市道路特别是中心区道路长度和面积不可能再有较大幅度的增长,另一方面,随着国内汽车国产化的普及以及市民生活水平的不断提高,机动车量急剧增长,交通管理技术和手段相对交通管理需求的发展明显滞后。若不采用先进的交通管理系统,提高交通管理水平,广州市的交通管理工作将处于被动落后的局面,广州市的交通堵塞将会更加严重。


      为了解决城市的交通问题,改善城市交通系统的性能,一方面需要通过改造路网系统、拓宽路面、增添交通设施以及道路建设等城市交通所必需的"硬件"建设来实现,另一方面需要通过采用科学的管理手段,把现代高新技术引入到交通管理中来提高现有路网的交通性能,从而改善整个道路交通的管理效率,提高道路设施的利用率,实现城市交通管理的科学性和有效性。


      城市智能交通管理系统由多技术领域、多子系统构成,各个子系统的信息需求复杂多样,但有一些信息是可以共享的,通过共用信息平台可以使这部分信息增值,而且整个智能交通管理系统的信息通过共用信息平台的统一存储、组织、处理,能够更有效地保证数据间关系的正确性、可理解性和避免数据冗余,提高系统中信息的利用率和传输速度。


      在这种背景下了,为了实现交通管理信息共享传输,可以利用GIS技术进行交通管理数据的共享集成,提高交通管理效率、管理水平。


      二、GIS的来源


      GIS最早起源于20世纪60年代"要把地图变成数字形式的地图,便于计算机处理分析"的目的。1963年,加拿大测量学家R.FTomlinson首先提出了GIS这一术语,并用于自然资源的管理和规划。后来的几十年中间,伴随着计算机技术和网络技术的迅猛发展,GIS的应用也日趋深化和广泛,在环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、航空、市政管理、城市规划等领域成为常备的工作系统。


      GIS是图形处理技术、可视技术及数据库等技术的有机结合,并以其混合数据结构和强大的地理空间分析功能而独树一帜。它与CAD系统和DBMS(数据库管理系统)等有着很大的区别。CAD系统虽具有强大的图形处理能力,但其拓扑关系比较简单,管理和分析大型地理数据库的能力也有限;DBMS则侧重于非图形数据的优化存储和查询,而图形查询、显示功能、数据分析功能均相对较弱。


      众所周知,GIS中最基础的也是最重要的部分是地理数据。GIS能够实现对大量复杂地理数据的输入、存储、操作和分析、输出等一系列功能。


      输入:GIS数据大多数来自现实世界,数据量比较大。目前被广泛采用的数据输入方法是传统的手工数字化方法。同时,遥感数据正日益成为GIS数据的重要来源,这标志着GIS数据输入已经开始借助于非地图形式。另外,GPS技术的日益成熟也促进了GIS数据采集技术的发展。


      存储:GIS对数据的存储比较独特,即在大多数的GIS系统中普遍采用了分层技术,所以用户在存储这些数据时,只是处理涉及到层,而不是整幅地图,因而能够对用户的要求作出快速反应。


      操作和分析:GIS充分继承了CAD和DBMS的图形操作和数据处理的成熟技术。GIS中空间数据与属性数据有着紧密的联系,对数据的一致性要求较高,并且GIS对地理数据有着强大的空间分析功能。这是GIS的精华所在,也是GIS技术能够在很多领域中广泛应用的关键。


      输出:GIS能以合适的形式输出用户查询结果或数据分析结果。对于输出精度要求较高的应用领域,可以利用数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换等技术来提高输出质量。


      由于GIS中数据的处理比较繁琐,工作量非常大,完全通过手工方式已经无法满足当前的需求,因此必须充分利用计算机的处理能力,借助于软件系统来协助完成这些工作。


      三、以GIS作为共用信息平台


      智能交通管理系统主要包括视频监控系统、电子警察系统、110/122接处警系统、车辆运营管理系统、路口控制系统、公共交通系统、GPS系统、交通诱导系统等。对整个系统而言,应充分发挥子系统的作用,并做到无缝集成。


      地理信息系统(GIS:Geographic Information System)作为一种综合处理和分析空间数据的技术系统,能够有效地对地球空间数据进行采集、存储、检索、建模、分析和输出。它的独特之处就在于能够把地理位置和相关属性信息有机地结合起来。众所周知,交通信息与地理位置密切相关,利用GIS技术构筑智能交通管理系统的共用信息平台,不但能够使交通信息在空间上直观明了地显示出来,并能为这些信息的深层次挖掘和后续信息服务及辅助决策提供空间属性上的支持。


      信息是智能交通管理系统中重要的基本元素,也是联接各个子系统的纽带。通常把交通信息划分为两类:静态交通信息和动态交通信息。静态交通信息是指包括道路信息、交通附属设施信息、停车场信息、车辆管理信息等随时间变化较小的信息,它又可以分为基础数据(如道路路网数据等)和历史数据(如车辆违章历史数据等);动态信息主要指各类实时采集到的交通信息,如交通流量信息、视频监控信息、公交车位置信息等。利用GIS可对以上所有数据进行集成管理。针对智能交通管理系统对信息要求的特点,建立专属的地理信息数据库,通过网络互联与分布式数据库系统建立GIS平台。GIS作为整个系统的协调者,对数据和应用进行管理。


      四、系统的技术框架


      (一)系统的总体架构


      根据信息平台的一般架构,结合考虑GIS作为智能交通管理系统共用平台的要求,系统可采用三层体系结构:


      (1)客户端。指的是信息平台的用户主体,包括道路使用者、道路建设者、交通管理者、运营管理者、公共安全负责部门、相关团体等。具体的服务对象由系统的建设者决定。


      (2)应用服务层。以GIS作为城市交通智能管理系统的信息平台,由各个交通管理子系统采集交通数据,将这些原始数据以规定的格式返回,再对数据进行分类、抽取、挖掘和融合等处理,在数据存储的同时,将不同的信息按照规范的协议发布给相应的应用子系统。同时提供多种静态和动态交通信息查询接口,满足这些外部系统的交通信息需求。


      (3)数据管理层。存储系统所需的基础数据,提供平台与各子系统之间的信息接口。


      (二)GIS共用平台的基本功能


      各个子系统由于功能的不同,获得的交通数据也不同,但大多具有信息量大、情况复杂等特点。将这些来源不同、类型不同的大量信息融合在一起,从中提取具有更多特征的更深层次的信息,并最终在系统的管理决策核心中得到应用,是维持整个系统正常运作的关键环节。


      GIS共用平台作为整个智能交通管理系统的枢纽,它担负着信息汇总、融合和中转的职责。其基本功能表现在:


      (1)信息采集功能。从各子系统按规定的格式提取共享数据,完成对静态交通信息和动态交通信息的重组,并保证数据的正确性、可读性,避免大量数据的冗余。


      (2)信息融合功能。根据各个子系统间的功能要求和内在联系,对采集来的信息在一定的准则下加以分类、统计、关联,挖掘出更深层次的信息,以用于交通管理决策。


      (3)信息提供与发布功能。按各子系统的要求,以规定的格式向子系统传输所需信息;根据服务请求和查询权限提供给客户数据、图形或图像等信息。


      五、主要问题与解决对策


      以GIS作为智能交通管理系统的共用信息平台也存在着一些问题,主要体现在实时性和数据量过大两个方面。


      智能交通管理系统要求共用信息平台能够实时刷新数据用于交通管理(如决策、指挥和调度等)和信息发布,从而对GIS平台提出了实时性的要求。另一方面,由于我国不允许将高精度的GIS数据刻入光盘,相当一部分地理信息基础数据需要通过无线下载方式获得,导致各子系统与平台间的数据交换量庞大,影响GIS平台的有效工作。


      针对上面的两大问题可将地理信息分为基础地理信息(道路位置信息、单行道信息等)和交通属性信息(停车场位置、建筑物位置等),将大量的基础地理信息通过GIS共用信息平台通过专用短程通信(DSRC)方式下载至车载装置的内置内存介质,少量的属性信息从智能交通系统实时发布,通过多种通信方式送至车载设备。


      对于数据量大的问题,可考虑采用数据压缩技术减少数据量,采用分布式数据库来管理数据以分担数据存储的空间,降低网络堵塞的可能性。对实时性要求高的数据通过网络在GIS平台和各子系统中传送,对实时性要求不高对数据定时传送到平台的数据库中。


      六、结束语


      1.GIS使复杂的地理信息与道路信息图形化与可视化,符合人的活动规律以及对事务管理的基本过程,有利于从总体上把握关键并进行有重点的处理。


      2. 交通管理的重点仍然是解决可能的交通堵塞,利用现有的技术和设备使道路交通设施起到最大的作用。从硬件上和软件上入手提高档次才能综合地显现出交通管理的效果。


      3.道路交通管理是一个复杂的系统,涉及许多方面,在现有硬件基础上更重要的是提高数据的使用效率。道路检测器所采集数据可能揭示更多更丰富的交通信息,这属于交通工程具有更深刻内涵的技术,需要进一步的深入研究。


      4.GIS在交通管理系统的应用中还需从人机工程角度更完善地进行设计,从而满足管理人员的操作要求和工作习惯。


    作者单位
      广州市交通管理科学技术研究所

  • 关键字: GIS 共用信息平台 智能交通管理系统
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