交通規劃信息系統的幾個關鍵問題研究與實現

趙峻弘 ，彭清山，陳光華，洪亮

(1.武漢市測繪研究院，湖北武漢 430022;2.武漢市城市綜合交通規劃設計研究院，湖北武漢 430017)

1 引言

基于GIS技術的交通規劃信息系統是建立在各種交通運輸網絡基礎上，通過數據庫與空間分析的方法，描述交通運輸網絡和網上運輸流，并反映運輸網中所存在的問題。將交通規劃、預測等模型與地理信息系統結合成為輔助決策支持系統。能夠通過整合歷年國民經濟統計、交通運輸、交通基礎設施、出行特征、出行成本及政策法規等數據，實現數據存儲、維護及更新、統計分析、查詢、專題圖制作、與交通規劃軟件數據兼容等功能，為交通規劃提供翔實、高效的基礎數據及統計分析成果，支持城市交通規劃科學化、信息化進程。

目前，許多交通規劃部門主要采用紙質地圖或AutoCAD制圖來制定路網規劃方案，這種方式存在許多不便之處［2］，主要存在以下幾個問題:

(1)經常需要參考大量的國民經濟統計數據，交通基礎設施上報數據，交通行業統計數據等，由于沒有統一的信息資源庫，數據獲取及更新非常困難，可用性較差;

(2)由于沒有強大的統計分析工具，制作各種統計圖件時，效率低下;

(3)很難將規劃的結果以直觀的地圖分布方式表達出來;

(4)缺乏可視化的表達手段，無法進行輔助決策。

這幾個問題極大地影響了城市交通規劃工作的效率和信息統計功能的發揮。GIS技術的發展則為這些問題的解決提供了技術基礎。借助于GIS軟件，可大大降低各種特征數據抽取難度以及規劃人員的工作強度，從而使規劃人員有更多的時間和精力投入到對交通規劃的分析之中，同時使得各個交通專題的規劃評價更加客觀合理，促進方案制訂的科學化水平。因此，如何運用具有強大生命力的高新技術，及時把握社會經濟和交通發展的客觀趨勢，增強交通規劃的超前意識和宏觀指導，為交通規劃及建設提供信息支持，對于提高交通規劃的效率與質量具有重要的意義。

2 系統研究目的

針對現有的交通規劃基礎信息資料，構建道路網絡數據模型，并建立交通規劃空間信息數據庫，實現空間數據和屬性數據的無縫集成和管理;通過開發交通規劃信息系統與EMME軟件的數據接口，實現數據兼容和共享;通過研發路網數據管理、公交線路編輯和管理、道路預測流量以及數據交互等功能模塊，結合交通規劃相關業務模型，利用GIS的空間分析運算功能和GIS空間數據展示功能形象直觀地表現分析結果，為交通規劃提供輔助決策支持。

3 系統研究內容

從分析國內外交通規劃基礎信息系統的研究發展現狀出發，針對現有的規劃方法對空間數據管理不足的缺點，結合武漢的交通規劃信息，將GIS引入到交通規劃中來，將GIS與DBMS相結合，利用GIS強大的空間數據管理能力和DBMS的屬性管理能力對城市交通規劃中產生的大量原始的屬性數據與地理數據進行統一的管理，為交通生成預測提供數據支持。主要有以下內容:

(1)系統總體框架的研究

對交通規劃信息系統進行總體設計，提出了城市交通規劃基礎信息系統的總體框架，并在總體框架的指導下，確定系統的建設方案。

(2)交通規劃信息數據庫的建立

建立交通規劃信息數據庫，包括空間數據庫和屬性數據庫，利用ArcGIS Geodatabase數據模型來管理空間數據和屬性數據，建立空間數據之間的拓撲關系、屬性數據與空間數據之間的關聯關系。

(3)系統功能設計開發與實驗

在城市交通規劃的交通小區、城市區劃、公交線路、軌道線路、城市路網等地理模型的基礎上，以Arc-GIS強大的數據管理功能和空間分析功能為支撐，開發實現路網數據編輯，如道路節點、路段、交叉口等數據的拓撲檢查、道路網絡屬性賦值;開發實現公交數據管理，如公交站點、公交線路的編輯和生成。在實現交通規劃信息系統與EMME軟件數據交互基礎上，開發道路、公交統計信息輸出功能模塊，生成預測流量信息專題圖。

4 關鍵問題的研究與實現

針對現有的交通規劃基礎信息資料，構建道路網絡數據模型，并建立交通規劃空間信息數據庫，實現空間數據和屬性數據的無縫集成和管理;通過開發信息系統與交通規劃軟件數據接口，實現數據兼容和共享;通過研發路網數據管理、公交線路編輯和管理、道路預測流量、道路指標以及EMME軟件數據交互等功能模塊，結合交通規劃相關業務模型，利用GIS的空間分析運算功能和GIS空間數據展示功能形象直觀地表現分析結果，為交通規劃提供輔助決策支持。系統研究和解決的幾個關鍵問題如下:

(1)在系統中實現道路網節點(node)、路段(link)、交叉路口、軌道線路(RailLine)、公交線路(BusLine)等數據的拓撲檢查和錯誤處理，建立正確的道路網絡拓撲結構，構建交通道路網絡數據模型;

①關鍵數據主題分類

基于城市規劃交通規劃流程和主要環節明確數據需求和數據結構，按照空間數據的邏輯關系或專業屬性分為各種邏輯數據層或專業數據層，建立了以下關鍵數據主題分類，如表1所示。

數據主題分類表 表1

②關鍵數據關聯與拓撲結構

根據交通模型構建相關地理信息的數據關系需求，建立了如圖1所示的數據主題的關聯關系。

圖1 數據主題關聯關系

空間地理信息數據庫之間的關系主要表現為空間數據上的拓撲關系和屬性數據之間，以及屬性數據和空間數據之間的關聯關系。應用DBMS(數據庫管理系統)的概念和方法將這幾種關系集合管理。

a.空間數據之間的拓撲關系處理:主要考慮點(交叉口，公交站點等)，線(道路中心線，公交線路等)，面(交通小區，停車場等)之間以及這幾個層內部數據單元之間的拓撲關系的處理。

b.屬性數據與空間數據之間的關系處理:主要考慮屬性數據和其對應的空間數據，通過關鍵字段之間的關聯。

c.屬性數據之間的關系處理:屬性數據之間通過關鍵字段關聯。

d.交通規劃信息庫采用標準化的對象數據關系圖描述數據項之間的關系，其中:

e.空間數據之間的拓撲關系處理主要是依靠ArcGIS Desktop自帶的拓撲關系工具設置。

f.屬性數據之間以及屬性數據和空間數據之間的關系主要是依靠關鍵字段關聯。

在數據庫設計中，形成標準化的數據關系，如表2所示。

數據主題關聯關系 表2

(2)建立與EMME的數據接口，用EMME實現模型分析和計算，將模型數據信息導入GIS信息庫，實現數據交互。

EMME軟件是加拿大蒙特利爾大學開發用于交通預測及交通分析的專業軟件。它的模型計算功能十分強大，能夠對路段、節點、公交路線、公交路線段和模型數據進行交互計算。本系統研制開發EMME交互功能是為了將交通模型運算出的結果導入交通規劃信息數據庫，在ArcGIS軟件中通過二次開發模塊，實現專題地圖的統計輸出。同時開發數據轉換模塊，在ArcGIS軟件中實現文件數據聯接方式，將基礎路網數據導入EMME軟件。

從系統建立某一方案數據庫的基礎上，將節點、路網等GIS數據轉換為EMME軟件可以接受的數據庫格式，首先建立*.in文件格式的數據表，將節點坐標、節點號、路段的起終點號、路段長度、車道數、路段類型等數據通過ArcMap二次開發模塊進行統計計算后逐項輸入.in數據表，然后EMME軟件可將數據表以批輸入方式讀入自身數據庫中，形成可視化圖形。數據交互流程如圖2所示。

圖2 GIS數據與EMME軟件數據交互流程圖

(3)使用ArcGIS 9.2軟件平臺，選擇基于ArcObjects組件的GIS技術，在Visual Basic for Application及Visual Basic 6.0開發環境下編寫功能代碼進行系統開發，開發實現道路預測流量信息的統計輸出以及路段流量專題圖等功能模塊;

圖3 EMME交互模塊數據庫文件

通過研究分析采用文件數據聯接導入方式，使用本系統的GIS－EMME模塊，將路網節點、坐標、長度等屬性信息批量輸入到系統，自動生成的*.in樣式數據庫文件中，如圖3所示。數據庫文件的數據輸入嚴格按照EMME軟件對外部數據庫文件的格式要求進行。然后調用EMME軟件的宏命令，將基礎路網數據錄入到EMME軟件，再使用EMME軟件強大的分析模型對數據進行分析計算，使用EMME－GIS模塊將結果輸出到交通規劃信息數據庫中，最后在ArcGIS中調用功能模塊將路段流量數據值與路段進行掛接，在地圖中生成路段流量飽和度專題圖。如圖4所示，根據路段流量PeakV_C劃分多個閾值區間，用不用顏色對應路段不同的流量。

圖4 路段流量飽和度專題圖

5 研究結論與分析

在系統研發中，分析了傳統交通規劃中存在的問題，并針對交通規劃數據模型的構建、數據管理，空間分析，專題數據統計輸出等，針對這幾個問題，提出了解決問題的方法和思路。構建道路網絡數據模型，并建立交通規劃空間信息數據庫，實現空間數據和屬性數據的無縫集成和管理。通過分析交通規劃系統數據建模的原則和數據模型設計的方法，開發出系統功能模塊并使用相關功能實現基礎路網數據模型的建模。

在系統實驗中通過進行EMME交互功能模塊的實驗，實現了基礎路網錄入EMME軟件的目標;路段流量飽和度功能模塊成功實現交通流量信息在Arc-GIS和EMME軟件之間的交互，將交通規劃專業信息嵌入地理信息平臺，為交通規劃提供輔助決策依據。

本系統與EMME軟件相比較，EMME軟件的主要功能側重于交通模型建模和模型分析運算方面，EMME軟件雖然也提供了GIS數據的功能接口，但是在GIS圖形分析和顯示方面還是存在很多不足，而本系統利用ArcGIS軟件開發的專題圖輸出功能模塊提供了強大的空間分析和豐富的圖形顯示能力。通過將兩者有機地結合起來，取長補短，能夠為交通規劃提供翔實、高效的基礎數據及統計分析成果，進一步增強了交通規劃機構的信息化技術力量，使其更好地為交通規劃事業服務。

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