交通運輸基礎設施效能評估GIS系統設計

文/樊江

交通運輸基礎設施是交通運輸業發展的基礎支撐，其效能是反映其在交通運輸中體現出的實際保障能力，是重要的影響因素。構建交通基礎設施效能評估GIS系統，能夠對交通基礎設施效能評估提供可視化、定量化的支持和分析手段。

1 系統指導思想及總體架構

交通基礎設施效能評估GIS系統，總體框架從橫向看，分為數據采集子系統、數據審驗子系統、評估分析子系統三大子系統。在縱向上，采用縱向分層的思想進行細化分解：

（1）“細分”的思維。交通運輸基礎設施效能評估系統的橫向分層是概括的、籠統的，采用細分的思維，將相關需求進行縱向拆分。

（2）“服務”的思維。利用服務細分系統邏輯，系統下層相對上層稱為功能層，具體實現某種計算或展現服務；上層相對下層稱為業務層，通過聚合服務實現自身邏輯，形成服務棧的模型。

（3）“自私服務”的思維。層與層之間通過應用接口進行溝通，高內聚、低耦合，最終達到系統高效、快速實現的目的。

（4）“數據過濾”的思維。單個層遵循“寬進嚴出”，實現過濾的效果，即本層不對上層提出要求。內部對于本層處理的數據做嚴格的校驗，一旦發現問題數據，則丟棄之，以保證本層處理邏輯的正確，避免問題數據被逐次放大。

（5）“等級”的思維。層間通信時，上層可以調用下層功能，而下層不能調用上層功能，下層只能通過“回調”或“事件通知”和上層通信，避免層間依賴關系混亂。

（6）“小內核，大外延，工程庫”的思維。在縱向分層的實施過程中，保持高度的抽象，遵循一個邏輯只寫一次的理念，將成熟的代碼模塊做成工程程序庫，以應用程序接口和上層業務層交互，以實現較高的重用率。

基于上述的系統設計指導思想，將交通運輸基礎設施效能評估系統縱向分為五層：數據模型層、通用服務層、集成環境層、應用模型層和系統總控層。

2 系統功能模塊

圍繞“摸清底數”、“評出效能”、“研提對策”，建立“以評牽建”的管理建設模式，經過對相關業務部門的需求調研，梳理得到交通運輸基礎設施效能評估GIS系統功能模塊共分為綜合視圖體系模塊、地圖操作模塊、查詢分析模塊、單項設施效能評估模塊、設施體系效能評估模塊、評估管理模塊6個部分。

綜合視圖體系模塊用于實現國家、區域、行政區劃等不同空間尺度下交通運輸基礎設施的綜合性可視化展現，包括單個設施展現、單一類型設施展現、設施體系展現。

地圖操作模塊主要實現對地圖及三維場景保存、放大、縮小、漫游、全圖顯示、圖形繪制及屬性設置、設施編輯等，屬于基礎性的通用地理信息系統功能。

查詢分析模塊用于在不同區域不同設施按照不同方式進行檢索查詢，并將查詢結果顯示便于瀏覽查看，分為區域查詢、設施查詢、空間聯合查詢功能。

單項設施效能評估模塊是對設施進行逐個逐項評估，查找該設施所存在問題，提供效能評估數據展示和指數評估模型功能。效能評估數據展示采用兩種方式：一是對該設施效能數據進行文本可視化展示；二是對某一類設施效能評估存在問題，從問題類型、存在問題設施數量以及對應的設施以報表形式整理匯總。效能指數評估模型實現設施類型選取、模型數據初始化、評估結論圖表、評估報告導出功能。

設施體系效能評估模塊針對于區域內交通基礎設施構成的統一整體進行效能評估，為設施體系空間分布規律、容量規模統計、服務區范圍可視化提供定量化的評估分析手段。設施體系效能評估模塊分為空間分布分析、設施統計、服務區地理模型三部分。空間分布分析集成鄰近點指數、地理集中指數、空間基尼系數、不平衡指數、密度分析，實現對設施體系的空間分布格局規律定量化分析；設施統計實現不同設施類型數量、區域統計，為體系評估提供統計圖、統計報表和統計報告；服務區地理模型提供設施體系服務區范圍地理可視化分析工具。

評估管理模塊提供權限管理、成果管理兩大功能，權限管理用于實現對不同用戶權限設置；成果管理實現成果儲存、成果查詢、成果匯總、成果導出功能。

3 關鍵支撐技術

在交通運輸基礎設施效能評估GIS系統研發中，涉及到的主要關鍵支撐技術有數字地圖數據組織技術、四級空間索引技術、虛擬仿真場景實時目標視點控制技術、流程化處理引擎技術、插件式開發應用技術。

數字地圖數據組織技術，采用分布式的數據庫，按照分層分塊組織和管理模型，基于數據庫管理和文件管理相結合的辦法，對獲取的影像成果數據、矢量地圖數據、原始柵格地圖數據等集成，并在局域網或廣域網上來方便地管理、分發和使用這些數據，使之更好的服務于評估業務。

四級空間索引技術，采用四叉樹索引、R 樹索引、圖幅索引和動態索引機制，提供數據的訪問路徑或指針，通過篩選作用，排除大量與特定空間操作無關的空間對象，便于空間目標的查詢以及提高各種空間數據操作的速度和效率。

虛擬仿真場景實時目標視點控制技術，采用SGAPI平臺，結合視點控制理論與方法，按照單目標局部視圖、單目標實時跟隨和多目標全局視圖，通過不同的開關量控制三種視點方式的切換，達到快速、方便的操控視點變換和對空間情況的把握。

流程化處理引擎技術，用于數據處理、加工和系統應用。流程化處理引擎由原子處理活動（GeoProcess Action）、過程處理數據（Proce-dure Data）、關系流（Relation Flow）、數據庫引擎（SDE）4種要素組成。

插件式開發應用技術，用于搭建系統整體開發框架，以動態鏈接庫或OCX控件的形式形成工程代碼庫，構建文件操作、Socket套接字操作、串口操作、XML操作、串行化、加密解密、數據映射、評估算法等工具重用箱，通過插件之間的通信契約，實現系統集成。

4 結語

綜上所述，從指導思想和系統架構、功能模塊、主要關鍵技術，探討了交通運輸基礎設施效能評估系統設計，對于推動交通運輸設施效能評估具有積極意義。