城市道路交通可視化技術研究與分析

張聞芳　徐熾

摘 要：針對城市智能交通系統的應用和發展的需求，將GIS技術、可視化及相關技術綜合應用在一起，論述了系統的組成結構及各模塊的功能特點，探討了基于不同數據源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路線平面優化和最短路徑多目標優化模型、城市交通可視化數據模型，研究和分析城市道路交通可視化關鍵技術。

關鍵詞：可視化 GIS 城市智能交通 三維建模

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困擾現代大城市的世界性難題之一無疑是交通問題。近幾十年來，隨著城市建設的飛速發展，交通問題日趨突出，城市道路運行效率低，交通不暢，交通事故頻發。然而，目前城市道路的建設速度遠遠趕不上機動車輛增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分擔率低等原因，交通阻塞問題日漸突出。因此，解決目前城市交通問題的必由之路是開發和應用智能交通系統。

1 GIS應用現狀

GIS是能夠收集、管理、查詢、分析、操作以及表現與地理相關的數據信息的技術系統，能夠為分析、決策提供重要的支持平臺[1]。GIS是一個用于管理、分析和顯示地理信息的系統，它將空間數據組織成一系列的專題圖層和表格，并運用空間數據集的地理參考，使之具有現實世界的位置信息并相互疊加[2]。GIS是一套智能地圖，同時也是用于顯示地表上的要素和要素間關系的視圖，GIS地圖類似于靜態的地圖，不同的是用戶可以交互地使用它，可以方便地漫游、縮放、關閉[3]。

2 可視化模型的建立

視景模擬仿真中，靜態對象主要包括樹木、周圍環境建筑、道路標志線、路面等，在仿真運行開始后，已經不再是一個靜態對象參數的變化；動態對象主要包括車輛、信號燈等，在系統中受到其他因素的影響和制約，隨時都可能發生變化。

本文所探討的可視化模型包括以下三種：

（1）基礎數據模型：主要包括水體、綠地、道路、停車場、街區、學校、機關、醫院等主要地理要素。

（2）空間要素模型：主要包括視頻監控點、交通信息點、電子警察等。

（3）非空間要素模型：包含交通管理必需的對象。

城市交通的三維空間可視化的特點在于，在不同的模型中，一些對象可以不需要進行更改，如交通燈、樹木、車輛等，它們最多只能在數量上有些變化，這類對象的模型稱為基本模型[4]。可在模型庫中利用三維建模工具MultiGeIl Creator手工建立對應的基本模型進行存放，以方便實際使用時調用[5]。

3 關鍵技術實現

根據系統構架的沒計，可以將系統分為以下幾個功能模塊：GUI模塊；數據轉換模塊；道路建模模塊；景觀建模模塊；LOD（Level of Detail）模塊；3D圖形引擎模塊組成。

（1）開發工具與開發語言。

①開發平臺：windows XP SP2。

②開發工具：C#。

③軟件開發包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能實現。

功能的實現從以下四個方面得到體現，如表1所示。

1）網絡分析。

①最短、最佳路徑分析。

任意給定起點和目的地，可以使用鼠標在二維地圖上選擇開始和結束，也可以在3D場景中選擇起點和終點，根據道路的拓撲結構，使用先進的最優路徑算法，可以自動搜索最短路線或最優路線。在路徑參數規劃中，可以選擇規劃參數，如最短的距離，最少的時間，最少路口等。

②最近設施查詢。

給定一個需求點，和設施的類型，可制定一定范圍內的所有設施信息，并找到最短的到達設施的路徑。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于統計交通事件數據、查詢和分析交通事件。如查詢道路路面質量差，和交通事故的道路。交通事件統計查詢主要包括以下一些查詢功能，如表2所示：

3）模擬導航。

模擬導航選擇起點和終點，然后找到最優或最短路徑，或直接給定路線，沿選定路線自動漫游，漫游速度可以調節。如車輛導航，旅游等。在實驗系統中，2D和3D可聯合運動顯示，所以你可以在二維平面圖上直接選擇起點和終點，通過拓撲優化網絡找到最優路徑，實現3D模擬導航。

4）移動目標的管理。

該GPS+GIS+GSM的三個組合在一起，實現對運動目標進行的實時監控，并把跟蹤軌跡存儲在數據庫中，移動目標的歷史軌跡可以在需要時再回放。

4 結語

結果表明，實驗實現了道路交通可視化建模的關鍵內容，并獲得了比較好的系統執行效率和可擴展性，城市道路交通可視化系統可以有效地減少城市交通控制系統的開發工作，降低系統的開發周期。將產生良好的社會效益和經濟效益，提高交通事故預測的準確性，為交通管理部門提供了一個可行的方法，應用前景非常廣闊。

參考文獻

[1] 馮濤.基于GML的微觀交通仿真與GIS-T空間數據共享平臺研究[D].昆明：云南大學，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三維模型建立與數據組織[J].武漢大學學報，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱慶.三維動態交互式可視化模型[J]。武漢測繪科技大學學報，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鵬.基于GIS的三峽庫區滑坡穩定性評價系統（單機版）的設計與研發[D].武漢：武漢大學，2010.

[5] 朱向彩，劉香蘭，郇正良.基于GIS的虛擬泰山三維可視化系統研究[J].泰山學院學報，2004，26（6）：50-53.endprint

摘 要：針對城市智能交通系統的應用和發展的需求，將GIS技術、可視化及相關技術綜合應用在一起，論述了系統的組成結構及各模塊的功能特點，探討了基于不同數據源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路線平面優化和最短路徑多目標優化模型、城市交通可視化數據模型，研究和分析城市道路交通可視化關鍵技術。

關鍵詞：可視化 GIS 城市智能交通 三維建模

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困擾現代大城市的世界性難題之一無疑是交通問題。近幾十年來，隨著城市建設的飛速發展，交通問題日趨突出，城市道路運行效率低，交通不暢，交通事故頻發。然而，目前城市道路的建設速度遠遠趕不上機動車輛增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分擔率低等原因，交通阻塞問題日漸突出。因此，解決目前城市交通問題的必由之路是開發和應用智能交通系統。

1 GIS應用現狀

GIS是能夠收集、管理、查詢、分析、操作以及表現與地理相關的數據信息的技術系統，能夠為分析、決策提供重要的支持平臺[1]。GIS是一個用于管理、分析和顯示地理信息的系統，它將空間數據組織成一系列的專題圖層和表格，并運用空間數據集的地理參考，使之具有現實世界的位置信息并相互疊加[2]。GIS是一套智能地圖，同時也是用于顯示地表上的要素和要素間關系的視圖，GIS地圖類似于靜態的地圖，不同的是用戶可以交互地使用它，可以方便地漫游、縮放、關閉[3]。

2 可視化模型的建立

視景模擬仿真中，靜態對象主要包括樹木、周圍環境建筑、道路標志線、路面等，在仿真運行開始后，已經不再是一個靜態對象參數的變化；動態對象主要包括車輛、信號燈等，在系統中受到其他因素的影響和制約，隨時都可能發生變化。

本文所探討的可視化模型包括以下三種：

（1）基礎數據模型：主要包括水體、綠地、道路、停車場、街區、學校、機關、醫院等主要地理要素。

（2）空間要素模型：主要包括視頻監控點、交通信息點、電子警察等。

（3）非空間要素模型：包含交通管理必需的對象。

城市交通的三維空間可視化的特點在于，在不同的模型中，一些對象可以不需要進行更改，如交通燈、樹木、車輛等，它們最多只能在數量上有些變化，這類對象的模型稱為基本模型[4]。可在模型庫中利用三維建模工具MultiGeIl Creator手工建立對應的基本模型進行存放，以方便實際使用時調用[5]。

3 關鍵技術實現

根據系統構架的沒計，可以將系統分為以下幾個功能模塊：GUI模塊；數據轉換模塊；道路建模模塊；景觀建模模塊；LOD（Level of Detail）模塊；3D圖形引擎模塊組成。

（1）開發工具與開發語言。

①開發平臺：windows XP SP2。

②開發工具：C#。

③軟件開發包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能實現。

功能的實現從以下四個方面得到體現，如表1所示。

1）網絡分析。

①最短、最佳路徑分析。

任意給定起點和目的地，可以使用鼠標在二維地圖上選擇開始和結束，也可以在3D場景中選擇起點和終點，根據道路的拓撲結構，使用先進的最優路徑算法，可以自動搜索最短路線或最優路線。在路徑參數規劃中，可以選擇規劃參數，如最短的距離，最少的時間，最少路口等。

②最近設施查詢。

給定一個需求點，和設施的類型，可制定一定范圍內的所有設施信息，并找到最短的到達設施的路徑。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于統計交通事件數據、查詢和分析交通事件。如查詢道路路面質量差，和交通事故的道路。交通事件統計查詢主要包括以下一些查詢功能，如表2所示：

3）模擬導航。

模擬導航選擇起點和終點，然后找到最優或最短路徑，或直接給定路線，沿選定路線自動漫游，漫游速度可以調節。如車輛導航，旅游等。在實驗系統中，2D和3D可聯合運動顯示，所以你可以在二維平面圖上直接選擇起點和終點，通過拓撲優化網絡找到最優路徑，實現3D模擬導航。

4）移動目標的管理。

該GPS+GIS+GSM的三個組合在一起，實現對運動目標進行的實時監控，并把跟蹤軌跡存儲在數據庫中，移動目標的歷史軌跡可以在需要時再回放。

4 結語

結果表明，實驗實現了道路交通可視化建模的關鍵內容，并獲得了比較好的系統執行效率和可擴展性，城市道路交通可視化系統可以有效地減少城市交通控制系統的開發工作，降低系統的開發周期。將產生良好的社會效益和經濟效益，提高交通事故預測的準確性，為交通管理部門提供了一個可行的方法，應用前景非常廣闊。

參考文獻

[1] 馮濤.基于GML的微觀交通仿真與GIS-T空間數據共享平臺研究[D].昆明：云南大學，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三維模型建立與數據組織[J].武漢大學學報，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱慶.三維動態交互式可視化模型[J]。武漢測繪科技大學學報，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鵬.基于GIS的三峽庫區滑坡穩定性評價系統（單機版）的設計與研發[D].武漢：武漢大學，2010.

[5] 朱向彩，劉香蘭，郇正良.基于GIS的虛擬泰山三維可視化系統研究[J].泰山學院學報，2004，26（6）：50-53.endprint

摘 要：針對城市智能交通系統的應用和發展的需求，將GIS技術、可視化及相關技術綜合應用在一起，論述了系統的組成結構及各模塊的功能特點，探討了基于不同數據源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路線平面優化和最短路徑多目標優化模型、城市交通可視化數據模型，研究和分析城市道路交通可視化關鍵技術。

關鍵詞：可視化 GIS 城市智能交通 三維建模

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困擾現代大城市的世界性難題之一無疑是交通問題。近幾十年來，隨著城市建設的飛速發展，交通問題日趨突出，城市道路運行效率低，交通不暢，交通事故頻發。然而，目前城市道路的建設速度遠遠趕不上機動車輛增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分擔率低等原因，交通阻塞問題日漸突出。因此，解決目前城市交通問題的必由之路是開發和應用智能交通系統。

1 GIS應用現狀

GIS是能夠收集、管理、查詢、分析、操作以及表現與地理相關的數據信息的技術系統，能夠為分析、決策提供重要的支持平臺[1]。GIS是一個用于管理、分析和顯示地理信息的系統，它將空間數據組織成一系列的專題圖層和表格，并運用空間數據集的地理參考，使之具有現實世界的位置信息并相互疊加[2]。GIS是一套智能地圖，同時也是用于顯示地表上的要素和要素間關系的視圖，GIS地圖類似于靜態的地圖，不同的是用戶可以交互地使用它，可以方便地漫游、縮放、關閉[3]。

2 可視化模型的建立

視景模擬仿真中，靜態對象主要包括樹木、周圍環境建筑、道路標志線、路面等，在仿真運行開始后，已經不再是一個靜態對象參數的變化；動態對象主要包括車輛、信號燈等，在系統中受到其他因素的影響和制約，隨時都可能發生變化。

本文所探討的可視化模型包括以下三種：

（1）基礎數據模型：主要包括水體、綠地、道路、停車場、街區、學校、機關、醫院等主要地理要素。

（2）空間要素模型：主要包括視頻監控點、交通信息點、電子警察等。

（3）非空間要素模型：包含交通管理必需的對象。

城市交通的三維空間可視化的特點在于，在不同的模型中，一些對象可以不需要進行更改，如交通燈、樹木、車輛等，它們最多只能在數量上有些變化，這類對象的模型稱為基本模型[4]。可在模型庫中利用三維建模工具MultiGeIl Creator手工建立對應的基本模型進行存放，以方便實際使用時調用[5]。

3 關鍵技術實現

根據系統構架的沒計，可以將系統分為以下幾個功能模塊：GUI模塊；數據轉換模塊；道路建模模塊；景觀建模模塊；LOD（Level of Detail）模塊；3D圖形引擎模塊組成。

（1）開發工具與開發語言。

①開發平臺：windows XP SP2。

②開發工具：C#。

③軟件開發包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能實現。

功能的實現從以下四個方面得到體現，如表1所示。

1）網絡分析。

①最短、最佳路徑分析。

任意給定起點和目的地，可以使用鼠標在二維地圖上選擇開始和結束，也可以在3D場景中選擇起點和終點，根據道路的拓撲結構，使用先進的最優路徑算法，可以自動搜索最短路線或最優路線。在路徑參數規劃中，可以選擇規劃參數，如最短的距離，最少的時間，最少路口等。

②最近設施查詢。

給定一個需求點，和設施的類型，可制定一定范圍內的所有設施信息，并找到最短的到達設施的路徑。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于統計交通事件數據、查詢和分析交通事件。如查詢道路路面質量差，和交通事故的道路。交通事件統計查詢主要包括以下一些查詢功能，如表2所示：

3）模擬導航。

模擬導航選擇起點和終點，然后找到最優或最短路徑，或直接給定路線，沿選定路線自動漫游，漫游速度可以調節。如車輛導航，旅游等。在實驗系統中，2D和3D可聯合運動顯示，所以你可以在二維平面圖上直接選擇起點和終點，通過拓撲優化網絡找到最優路徑，實現3D模擬導航。

4）移動目標的管理。

該GPS+GIS+GSM的三個組合在一起，實現對運動目標進行的實時監控，并把跟蹤軌跡存儲在數據庫中，移動目標的歷史軌跡可以在需要時再回放。

4 結語

結果表明，實驗實現了道路交通可視化建模的關鍵內容，并獲得了比較好的系統執行效率和可擴展性，城市道路交通可視化系統可以有效地減少城市交通控制系統的開發工作，降低系統的開發周期。將產生良好的社會效益和經濟效益，提高交通事故預測的準確性，為交通管理部門提供了一個可行的方法，應用前景非常廣闊。

參考文獻

[1] 馮濤.基于GML的微觀交通仿真與GIS-T空間數據共享平臺研究[D].昆明：云南大學，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三維模型建立與數據組織[J].武漢大學學報，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱慶.三維動態交互式可視化模型[J]。武漢測繪科技大學學報，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鵬.基于GIS的三峽庫區滑坡穩定性評價系統（單機版）的設計與研發[D].武漢：武漢大學，2010.

[5] 朱向彩，劉香蘭，郇正良.基于GIS的虛擬泰山三維可視化系統研究[J].泰山學院學報，2004，26（6）：50-53.endprint