分析GIS技術及其在道路交通信息化中的應用

展英達

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 210000)

0 引言

GIS技術，中文名稱地理信息技術，是多種學科交叉而成的產物，以地理空間為基礎，采用地理模型分析方法，能夠實時提供多種動態的空間及地理信息。按照廣義視角看待該技術，可將之視為開展地理研究、為地理決策服務提供海量精確數據支撐的計算機技術系統，其基本功能為將表格型數據、電子表格文件等直接轉換為地理圖形后，圍繞相關顯示結果進行后續的瀏覽、操作、分析。

1 GIS技術應用于道路交通信息化建設的相關分析

1.1 道路空間信息的獲取、處理與交換

隨著計算機、信息傳遞技術的迅猛發展，GIS技術正在朝向專業化、大型化、社會化、數字智能化不斷發展。所謂的“大型”，主要體現在系統規模及數據存儲規模兩個方面。應用于道路交通信息化建設時，如果GIS的信息獲取和存儲當量不足以支撐現代城市動靜態交通的體量時，很容易出現顧此失彼或是疏漏關鍵信息等問題。基于此，GIS技術應用于道路交通信息化建設，是時代發展的必然趨勢，首先需要解決的關鍵性問題在于，通過GIS技術，市政管理、交通運輸管理乃至于120急救、119消防等機構均能圍繞道路空間信息的獲取、處理、交換等進行密切配合，針對道路交通安全事故及其他問題，在第一時間加以解決。

業內對于地理空間數據重要性的認知為：GIS框架下的血液。無論是構建，還是維護道路空間數據，均是一項極其復雜，包含極大工作量的工程。如數據的獲取、較遠、規范化儲存、結構化處理、后期數據的定期維護等，任何一個環節出現偏差，智能信息化道路交通體系的建設和運行均可能陷入停滯狀態，從而引發一系列信息時代特有的“智能化交通問題”。一般來說，經由GIS技術處理的數據對象具備空間性、時間性，獲得相應數據的方式多種多樣，如野外全站儀平板測量、GNSS衛星系統定位測量、室內地圖數字化掃描、數字攝影測量、基于遙感影像進行目標定向測量、道路交通空間地里信息數據轉換等。上述技術的實際運用模式均已成熟，應用于道路交通信息化建設時，足以在短時間內成功構建基本框架[1]。

在上述基礎上，道路交通的空間數據處于動態變化過程，具備較強的時效性。基于我國道路交通信息化建設的實際情況，目前，一些實用性較強的地理空間數據已經實現了周期不等的數據更新維護，數據庫中存儲的相關信息均具備較高的準確性，能夠及時、完整地體現出GIS技術的應用價值。在未來的發展方向為：多部門、多行業、多種格式、多種類型的地理空間數據信息，能夠實現即時調用與兼容，進一步提升城市道路交通系統的智能程度。

1.2 道路空間數據的深層統一管理

(1)道路交通空間數據模型與空間數據庫的構建與管理，數據空間模型的主要作用在于，在道路交通信息化系統夏，完成對現實世界中各空間實體間關系的“虛擬”，將動靜態交通全貌清晰地呈現在計算機顯示控制端，為空間數據的組織和空間數據庫的整體設計提供基本方法和研究框架。因此，新一代GIS技術應用于城市道路交通信息化建設時，空間數據模型具備特殊意義。目前，現代城市道路交通管理的常見模式分為要素(對象)模型、場模型、網格化模型。網格化模型實質上是道路交通系統信息化建設的初級階段，即采用二元縱橫坐標的方式，將城市交通運轉體系分為多個網格，對具備特殊作用的點位(如醫院、學校、舉辦大型活動并在一定時間內可能導致重大交通壓力的體育場、大型商場等)采用二維坐標標注。一旦某個位置的交通壓力超出道路的承受范圍，或是出現交通事故時，城市指揮中心即會迅速通知有關單位、人員等，全部投入“解決問題”的工作中。要素模型與場模型的“智能”級別雖然高于網格模型，但在空間實體層面的相互關系、時空變化要素的描述、表達、數據組織及分析等依然存在一定的局限性。比如：1)空間點、線、面與系統監測目標之間只能維持簡單的拓補關系，無論是生成及維護，均需耗費較多的時間與精力；2)無法清晰、有效地表達顯示三維空間實體間的相互關系；3)通過其他渠道收集而來的數據信息和相關記錄，盡管可以在某一時刻使空間實體間的關系以“靜態”的形式予以體現，但尚無法跟蹤顯示出動態變化；4)一旦涉及異地、異構、一紙空間數據的互操作、分布式對象處理等問題時，道路交通管理系統很可能陷入全面崩塌的境地[2]。

(2)基于GIS技術的空間坐標系與道路交通空間地理數據的有機結合與常態組織。城市道路交通信息化建設的本質在于，使公共地理定位基礎更加清晰。在傳統的GIS系統框架下，幾乎所有地理要素均需構建在經緯度之下，原理并未脫離二元坐標控制體系。網格化控制的局限性在于，點與點、線與線之間的“空白處”，無法被精準定定位，一旦將控制密度擴大(減小不同點位之間的統計數值，如兩點之間原有的間隔為1000m，在500m的區段內設置新的點位)，初級智能系統將會不堪重負。如圖1所示，為某果園內部的道路交通信息網格坐標圖。根據其密度，可以在相鄰兩個點位之間繼續設置新的點，表明對應區域的路況信息。但隨著果園規模的擴大，傳統GIS系統承載能力若無法隨之提升，數據存儲區域及信息梳理功能未曾改善，系統終將面臨崩潰的危機。

實際上，基于GIS技術的道路交通空間地理數據應該采用“有機結合+常態組織”的方式，實行多種控制管理模式多軌并行。比如，城市主干道路眼線的里程數與空間位置實現有機結合，并配備線性參照數據；在此基礎上，沿線的定位和測量均可以用空間定位實現互換，從而形成“結合道路里程數對空間數據其與之相關的所有屬性信息數據進行無障礙查詢”的管理框架。若“相關信息”暫時處于“無人問津”的狀態，則無需在前端顯示，只需做好后臺(數據庫)維護及更新工作，即可實現“非重要信息的常態化組織管理”。

圖1 某果園內部道路交通信息網格坐標圖

2 GIS技術在道路在道路交通信息化建設中的具體應用

2.1 GIS技術的主要應用模式簡析

基于GIS技術的城市道路交通工具信息化建設工程，必須對GIS技術的應用模式進行全面梳理，明確其主要功能。結合現代城市的“主干道+環城公路緩解交通+區域功能性連接小路”的一般性設置，GIS的主要應用模式可分為：

(1)工程型GIS：應用于道路交通的數字制圖與空間分析，主要作用在于：納入各項空間信息元素，為信息化建設提供精準的數據支撐。

(2)企業型GIS：應用于數據管理與信息查詢，此種應用方式的側重點在于“管理”，即與道路空間有關的所有信息，是否調用、準確性為何等，需借助企業級的管理模式。

(3)部門性GIS：應用于業務管理、聯網辦公。基于城市道路交通整體管理框架，市政部門、交警大隊、待命消防隊及急救醫護系統等，均可被視為具備特定功能的“部門”。一旦某個點位出現異常情況，城市控制中心即可迅速發布指令，前往目標點位的“不同部門”之間，也可以基于GIS管理控制移動終端，完成信息的實時交流。

(4)社會性GIS：應用于公眾信息的檢索與服務。城市化的深入發展盡管是時代的必然選擇，且能夠創造出更多的就業崗位，對于提振一個大型區域整體性的經濟發展具備較大的益處。但問題在于，城市規模逐漸擴大，生活在同一城市不同區域的人，對城市的了解程度，很可能不如長時間關注該城市動態變化信息的外地人。因此，基于GIS的社會性道路交通信息化管理控制系統，必須能夠依托與移動終端以及其他設備，為有需求的人提供動靜態交通公共服務信息。比如智能化的管理系統中，會將居民驅車前往的目標點位周邊停車場是否剩余停車位、收費標準等信息實時顯現，為人們提供多樣性的便利[3]。

2.2 GIS技術在市政新建道路工程規劃設計階段及老城區道路養護管理中的應用

城市新建道路的規劃設計階段，需要借助GIS技術的數據處理功能、空間分析功能。理想狀態下，基于計算機，虛擬出施工區域周邊環境的數字地形模型，若條件允許，還可以進一步構建出曠闊的三維交互地形可視化環境。至此，設計人員能夠在最短時間內，選擇沿線設施的布設位置、圍繞主干道路、分支道路、功能性小道等進行規劃統計，整體性地提升城市新建道路的最終質量。目前，歐美發達國家的常用技術在于：借助互聯網發展因特網GIS或是webGIS，目的在于實現遠程地理空間數據查詢，不僅包含靜態圖形、動態圖像(視頻)，還可以深度剖析不同種類的地理空間。在國內，三網融合工程正在深度發展，無論哪一家運營商，只要其提供的信號能夠應用于遠程地理信息傳輸，道路交通信息化建設過程即可與之展開合作，使設計成果朝向數字智能化發展。

與新道路建設相對應的另一項關鍵環節在于，針對老城區已建道路養護管理工作的重視程度應該不斷提升。幾乎所有城市都面臨老區改造問題，但核心問題在于，全面、徹底的動遷成本極大，開發商缺乏足夠的資金，加之新區的投資條件雖然較好，但相當一部分城市居民的出行習慣將會受到嚴峻的考驗。為了解決此類問題，基于GIS技術，對老區需維護道路周邊的復雜情況進行全面梳理。具體流程為：(1)構建數據信息采集分析模塊；(2)對老區路況進行全面分析；(3)動態追蹤并全面納入地方政府的政策，分短期和長期制定相應的目標；(4)輸出綜合評判信息，提出相應的養護及改建計劃。

2.3 基于GIS技術，構建城市智能交通運輸系統的有效方式

城市智能交通系統，能夠極大地方便城市居民的日常出行。其構建原理為：技術人員運用新型GIS技術，結合計算機技術，對傳統的城市動態交通運輸系統進行完善，核心思路在于提高管理水平。結合國家信息化推進工作，以電子政務相關工程為基礎，推動GIS在資源環境管理、道路交通信息化建設等環節的廣泛應用，已成為我國各級政府及建設企業的重要任務。其中，GIS在以資源、能源、生產、資金等空間綜合配置、優化組合為目的的信息化建設中，可以發揮應有的作用；結合相應的應用工程，還可以反向推動GIS的發展[4]。實際上，構建城市智能交通運輸系統時，技術人員需要考慮的因素較多，累積之下，往往涉及城市未來的整體發展。因此，數字智能信息化的道路交通系統應該與GIS技術共同發展，從而為城市居民創造出更加便利的城市出行及生活條件。

3 結語

在道路交通信息化建設過程中，充分、合理、科學地運用GIS技術，以期全面解決傳統交通網格化處理模式下的弊端，能夠全面推動道路交通行業的健康發展，進而使我國基礎設施建設邁向新的臺階。此外，越來越多智能元素的加入，將會降低交通事故的發生幾率；或是通過智能化的梳理，引導各項“解決問題”的關鍵因素，在事故發生的第一時間內迅速介入，根本性提高城市交通運轉效率。