信息处理技术在交通运输系统中应用

信息科学与技术学院

研究生课程论文

论文题目信息处理技术在交通运输系统中的应用学生姓名瞿伟军

班级/ 学号G10074

专业电子与通信工程

2013年08月制

信息处理技术在交通运输系统中的应用

瞿伟军

电子与通信工程

G10074

摘要：近年来，随着地理信息系统（GIS）的飞速发展，越来越多的应用领域同GIS技术建立了紧密的联系。由于交通信息系统具有精度要求高、规则复杂、动态化、离散化等特点，原有的信息技术已经不能完全满足交通应用的需求，而借助于GIS的强大功能，可以实现交通管理现代化、科学化、信息化的时代要求。将GIS与传统的交通信息分析和处理技术紧密结合，延伸出了交通地理信息系统（Geographic Information System for Transportation），简称GIS-T。它是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成。本文首先系统的介绍了地理信息系统以及它与交通运输相结合的产物交通地理信息系统，主要介绍了它的分类、系统功能等。其次重点介绍了交通地理信息系统的数据采集、GIS-T分析模型。其中分析模型主要介绍了最短路分析模型、网络流与设施定位模型以及重力模型等。最后详细分析了地理信息系统在交通运输管理中的应用，并对GIS今后的发展方向进行了展望，指出今后GIS在各领域的应用将更趋智能化。

关键词：信息处理；GIS；GIS-T；空间查询；最佳路径分析；交通规划。

1 概论

1.1 交通地理信息与交通地理信息系统

交通地理信息是指与交通运输相关的各种地理信息。它表述了各种交通网络的空间分布、运动在其上的人或物质的空间移动以及交通运输网络的管理，所以也属于人类交往的地域组织及其发展规律的地理信息范畴。交通地理信息不但要描述交通网络及设施的地理位置和属性，还要反映与之相关的交通运输信息和状态，因此交通地理信息包括两类基本信息：一是交通基础地理信息；一是交通运输和管理信息。

交通基础地理信息是指交通网络、附属设施等的位置和空间分布以及相关的属性，如一条公路的几何位置、名称、等级、路面结构等。交通运输管理信息是

指运动于交通网络上的人或者物质的空间移动、调度、运输网络管理等信息，是定位于交通网络基础信息上交通网络属性信息的扩展。

解决由人、车、路、环境等因素构成的复杂的动态交通系统问题，显然依靠常规的手段是无法改善的，需要利用各种先进的信息处理技术。为了应对日益复杂的交通规划和管理，与交通相关的各个部门都先后建立了各种信息系统，但这种信息系统是一种管理信息系统，没有与交通的地域特征联系起来，无法满足当今信息时代对各种交通信息的需求和处理。从客观上，人们希望寻求一种有效的数据采集、整合、存储和管理这些信息并作为规划、建设、决策和管理等方面的工具。

地理信息系统（geographic information system，GIS）是20世纪60年代后期发展起来的空间信息处理技术，具有强大的数据管理、地学过程模拟和空间分析能力，能对空间位置信息和非空间信息如自然、社会、人文、经济等属性信息同时进行分析、建模和处理，其应用领域由自动制图、资源管理、土地利用等发展到与地理相关的交通、邮电、军事等领域，同时GIS能对具有空间特征的信息进行可视化表达，能为信息使用者提供直观、全面、清晰、实时的信息表达方式，有利于提高决策和管理的科学性、及时性。而交通现象天然的地域特性，成为GIS应用的主要领域之一。GIS在交通规划、建设和管理中的应用正是在这种供需关系下逐步发展起来的并逐步形成其独特的技术体系和理论内涵：交通地理信息系统（geographic information system for transportation，GIS-T）。

1.2 交通地理信息系统的分类

GIS技术为处理具有地理特征的交通信息提供了新的技术和手段，具有传统方法无可比拟的优点，贯穿于交通规划、交通建设、交通设施管理、车辆运营与调度等各个环节。因此从功能上交通地理信息系统可分为，规划型、设计型、管理型和导航型。按地域尺度，GIS-T可分为城市路网和区域交通网络两类。

1.3 交通地理信息系统功能

1.3.1 基础GIS平台功能

基础GIS功能包括数据获取方式、数据编辑处理、数据显示、格式转换、几何测量、数据检索、缓冲区分析、叠置分析、地形分析、基本网络分析等。

1.3.2 交通数据建模与分析

交通数据建模与分析是指专门用于交通网络数据的建模和基本分析工具，主要包括：

⑴线性参照与动态分段，如前所述，线性参照是根据沿着道路与某一固定点的距离来确定交通运输分析对象的位置，而动态分段功能可以将交通网络中的连线根据其属性将特征相近的连线分段。分段是动态进行的，因为它与当前连线的属性相对应，如果属性该变了，动态分段将创建一组新的分段。

⑵矩阵管理。显示与编辑，矩阵是许多交通研究中分析的基础，GIS-T应该具备对这类矩阵的增加、删除、编辑以及矩阵的复制、转置、合并等能力，同时还应提供基于矩阵的统计运算功能。

⑶交通运输网络特征数据管理，交通运输网络存储运输和附属设施的重要特征，包括转弯限制与耗时、上下跨路与单行道、多种运输方式的换乘地点和延迟函数、区域中心与交通网的连线、道路分类与性能函数等数据。

⑷路径与路径系统分析，主要解决在网络配送路线问题，并提供交通路径的属性、停站位置、时刻表等信息。

2 GIS-T数据采集

2.1 数据构成

一般而言，GIS-T的数据类型包括基础地理信息、交通专题信息和社会经济信息三类基本信息。

基础地理信息，是指在科学的参照系下，按标准化的规则，运用测定、采集

和表述等测绘方法，获取自然地理要素和地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等数据，整合成的反应地表基本形态的地理信息数据集。基础地理信息的承载形式是多样化的，可以是各种类型的数据、卫星影像、航空影像、各种比例尺地图，甚至声像资料等。

基础地理数据的特点包括，空间定位功能、专题信息负载功能、综合认识空间目标特征、可靠地数据精度和质量。

交通专题信息是附着在交通网络和设施上的各种交通属性信息，全面刻画交通线路的各种质量特征。交通专题信息数据的获取主要是通过资料的收集分析、抽样调查获得。动态交通数据的获取比较复杂，一般不同的数据有不同的数据获取方式。

2.2 GIS-T数据内容及采集方法

在GIS-T中，基础地理数据一般是用作背景地图，这类数据一般包括以下三类：基础地理数据、交通基础设施数据、道路养护专题数据。社会经济数据一般包括区域社会经济数据和交通运输能力数据两类。交通专题数据的内容非常广泛，尤其以公路交通专题数据最为丰富。公路运输在当今交通运输体系中占据着主要的地位。

从它的内容上看，GIS-T数据具有数据类型多、分布广的特点。然而尽管如此，从数据组成看，GIS-T数据还是由空间数据和属性数据组成的，前者反应公路的地理位置，后者依附于空间位置表现公路的性质。因此，数据采集一般分成空间数据采集和属性数据采集两部分进行。GIS-T空间数据采集的方法与常规的GIS空间数据采集并无二致，可通过地形图图件的手工数字化、扫描数字化、野外实测、航空航天影像解译等实现，也可通过已有的数字化数据导入。路况数据采集方法包括，全球定位系统、航空、航天遥感技术和移动式GPS、GIS和多传感器集成系统。