基于GIS的綜合交通空間數據管理系統研究

周 群

（1.廣東省交通運輸規劃研究中心，廣東 廣州 510101）

基于GIS的空間數據管理技術已廣泛應用于各行各業，如吳永勝[1]和Walker W T[2]等分別利用GIS技術設計并開發了土地利用總體規劃空間數據管理系統和基于土地利用規劃模型的GIS集成系統，有效提高了土地利用信息管理和土地利用規劃輔助決策能力；徐愛俊[3]等針對林業信息化生態公益林管理，設計開發了基于GIS的生態公益林管理系統，實現了空間數據與屬性數據的集成管理和關聯；曹云剛[4]等綜合利用GIS技術、數據庫技術和空間數據庫引擎技術研發了城鎮產業布局基礎空間信息數據庫系統，實現了對海量空間數據的有效組織、管理與應用；田楊明[5]等將地方公路普查計算機管理系統定位為國家信息化建設戰略框架的重要組成部分，基于GIS構建了3層架構的分布式空間數據庫體系結構，實現了圖文一體化、空間數據工程以及程序與數據的分離；杜豫川[6]等研究了基于GIS的高速公路全壽命管理系統的結構體系和理論方法，研究成果已應用于廣韶高速公路，有效提高了施工和運營管理效率；閤成國[7]通過對高速公路交調數據質量現狀的分析，提出了高速公路交調數據質量管理系統的設計方案。已有空間數據管理系統存在的普遍問題是僅針對成果數據組織、存儲、管理或應用等獨立業務環節而設計，功能模塊之間相對獨立，使得各環節難以協調、控制和集成[8]，忽略了數據管理與應用的結合，導致數據來源有限、數據監測與更新不及時，因此應充分發揮用戶作為數據使用者、來源者和監督者的三重作用。

隨著交通事業的快速發展，交通地理信息以其圖文一體化的信息集成和形象、直觀的位置服務特性，被廣泛應用于各級交通管理部門。交通地理信息數據作為交通運輸規劃研究的重要基礎，在規劃研究工作的各個層面和環節中普遍存在數據存儲分散、更新不及時、冗余版本雜亂、共享困難等弊端[9]，阻礙了交通地理信息的高效應用、共享與可持續發展。同時，交通地理信息數據種類繁多、數據量龐大，集成了全省交通矢量數據、交通調查流量數據、遙感影像數據以及相關部門的多規數據等，其海量存儲、時空一體化、高效檢索、實時更新等問題亟待解決[10-11]。

目前，廣東省交通運輸行業主管部門建設的基于GIS的廣東省綜合交通運輸體系規劃信息平臺[12]、基于Trans CAD的預測模型、基于ECharts的交流展示平臺（三者與本文設計的數據庫管理系統統稱為廣東省交通運輸規劃研究平臺）在廣東省交通基礎設施規劃、省干線公路網絡優化分析和量化預測評價、省高速公路運行情況可視化瀏覽和出行特征分析等方面發揮了重要作用。數據獲取一直是GIS應用系統的瓶頸，各系統都有獨自的數據結構和存儲方式，導致空間數據共享與集成較困難[13-14]。上述平臺數據存儲分散、數據結構和規范不統一，尚未形成統一存儲、管理和共享的交通地理信息數據管理中心，使得數據管理工作復雜低效，限制了平臺之間地理信息的共享對接，在一定程度上制約了各平臺的使用效率。鑒于此，本文設計并開發了基于ArcEngine的綜合交通運輸空間數據管理與應用系統。該系統采用GIS和以空間數據庫為核心的空間信息管理技術對空間數據和屬性數據進行同步管理，實現了交通地理信息海量存儲、統一管理、實時更新、質量監測和高效共享等功能，構建了標準化、自動化和可視化的數據管理與應用平臺，與綜合交通運輸空間數據庫形成了動態循環更新生態鏈，能為各交通應用平臺、交通規劃研究工作提供強有力的數據支撐。

1 系統建設內容

本文根據廣東省交通運輸行業主管部門對交通地理信息數據管理和應用的迫切需求，基于統一的數據規范和標準，利用空間信息和數據庫技術構建了一套整合交通系統內外部地理信息資源的大型空間數據庫，并開發了相應的涵蓋數據維護管理和專業應用兩大功能模塊的系統，實現了數據使用與更新的動態循環?；贏rcEngine的綜合交通運輸空間數據管理與應用系統的具體建設內容為：

1）嚴格按照國家標準和行業標準規范[15-17]，結合綜合交通運輸空間數據管理與應用系統的特定要求，制定空間數據結構規范、組織與命名規范、數據庫建設與管理標準等，為綜合交通運輸空間數據庫建設提供統一的規范標準。

2）采集廣東省基礎地理數據，整合全省綜合交通運輸及其相關信息資源，對接自然資源廳、生態環境廳等多規數據，嚴格按照數據庫統一規范和標準，構建全省綜合交通運輸大型空間數據庫。

3）搭建系統總體框架，包括數據管理子系統和數據應用子系統，其中數據管理子系統供管理人員對空間數據進行管理和更新；數據應用子系統供交通規劃專業用戶查詢、下載和共享數據，并上傳需更新與入庫的成果資料。兩個子系統相輔相成，實現了數據使用與更新的動態循環，確保了數據的權威性、實時性、準確性和生命力。

2 綜合交通運輸空間數據庫設計

空間數據庫是指一系列描述與空間位置有關的信息結構（如國土、交通、環境等）的數據集合，以滿足不同用戶對空間信息的需求[18]?？臻g數據庫除了具備傳統數據庫存儲和管理數據的特性外，還能高效存儲空間地理位置信息，并快速建立空間信息與屬性信息之間的聯系，實現與空間位置相關的管理、查詢、分析和可視化等需求[19-20]。本文采用ArcSDE+Oracle11g的方式構建數據存儲機制，嚴格按照數據規范和標準，對不同類型、不同來源、不同格式的數據資料進行梳理、轉換、生產和入庫[21]，設計并構建了廣東省綜合交通運輸空間數據庫。該數據庫包括空間數據和非空間數據，其中空間數據按照空間數據組織規范分別建立了基礎地理數據庫、交通運輸現狀數據庫、交通運輸規劃數據庫、交通運輸業務數據庫、多規融合數據庫和交通運輸歷史數據庫等6個子庫，包括柵格數據和矢量數據兩種數據格式；非空間數據按照數據類別分為項目成果文檔數據庫、經濟社會統計數據庫、交通流量數據庫、圖表專題數據庫和元數據庫，包括Word、Excel、jpg、PDF等多種數據格式。數據庫中的數據來源主要分為3種：①通過共享交換，直接引用相關部門的專業數據，按照共享協議定期更新，包括基礎地理數據、多規融合數據、交通運輸現狀數據、交通流量數據；②來源于交通規劃專業用戶的研究成果，按照項目進度實時更新，包括交通運輸規劃數據、交通運輸業務數據、項目成果文檔數據和圖表專題數據；③來源于官方統計年鑒，主要是經濟社會統計數據，按官方公布定期更新。

根據數據來源和分類，結合綜合交通運輸空間數據管理與應用系統數據庫的設計目的，本文構建了空間數據庫整體設計框架，如圖1所示。

圖1 綜合交通運輸空間數據庫整體架構設計

3 系統總體框架

綜合交通運輸空間數據管理與應用系統作為廣東省交通運輸規劃研究平臺的重要數據支撐和管理中心，其總體框架包括基礎設施層、數據庫層和應用層，如圖2 所示。

圖2 系統總體框架圖

1）基礎設施層，主要是指異構分布的硬件設施、軟件環境、網絡和通信協議、中間件等支撐環境，是保障系統以及廣東省交通運輸規劃研究平臺高效運行的必要前提。

2）數據庫層是整個系統的基礎和核心，也是廣東省交通運輸規劃研究平臺中各應用平臺、廣東省交通運輸行業主管部門和主要研究單位規劃研究工作統一的數據支撐，能保障多平臺、多應用數據來源的一致性以及數據版本的權威性。

3）應用層。系統根據使用對象和功能分類分別設計了供交通規劃專業用戶使用的數據應用子系統和供管理人員使用的數據管理子系統。交通規劃專業用戶既是數據庫的重要使用者和質量監測者，又是入庫數據來源者，因此數據應用子系統除提供用戶瀏覽、檢索、下載、共享等基本功能外，還具備數據更新需求反饋、入庫資料上載等功能。數據管理子系統供管理人員入庫、管理、更新數據，以及及時獲取用戶提交的數據更新需求和入庫資料。數據應用子系統、數據管理子系統與綜合交通運輸空間數據庫形成數據動態更新生態鏈，從而確保了數據的實時性、準確性、權威性和生命力。另外，系統還為其他應用平臺提供了數據服務發布與權限管理等功能。

4 系統功能實現

4.1 數據管理子系統

1）基本地圖服務模塊。該模塊主要負責地圖可視化管控和地圖服務發布，其中地圖可視化管控包括實時漫游和縮放地圖、基于圖像的屬性瀏覽、坐標和屬性的快速定位、數據或地圖文檔導出等功能；地圖服務發布通過包裝Arcmap繁雜的地圖服務發布途徑實現一鍵式發布服務，能有效支撐多應用平臺地圖展示。

2）多樣化數據檢索模塊。高效完善的空間數據庫多樣化數據檢索模塊是決定系統使用效率的重要前提，也是系統的功能特色之一。按照數據檢索方式可分為按數據名稱檢索、按數據別名檢索、按空間位置檢索（以圖查屬性）、按屬性檢索（以屬性查圖）以及模糊檢索5種檢索方式。

3）用戶信息反饋模塊。該模塊可實時反饋用戶上傳的信息和資料，包括可直接入庫的項目成果空間數據、收集的文檔資料以及對數據庫數據的更新申請等，其功能包括資料在線瀏覽、下載、直接入庫、處理信息反饋等。

4）數據入庫模塊。該模塊主要負責空間數據的生產和入庫，按照數據標準和規范制定友好的入庫功能界面，從而指引空間數據及其元數據的生產和入庫。入庫方式包括單要素入庫和批量入庫兩種。

5）數據管理模塊。該模塊包括數據對象管理和權限管理，其中數據對象管理主要是對空間要素的位置、屬性和元數據信息進行輸入、刪除、修改、替換等更新操作；權限管理又包括數據權限管理和用戶權限管理，管理人員通過權限管理控制不同用戶對數據庫中數據的訪問權限。

數據管理子系統界面如圖3所示。

圖3 數據管理子系統界面

4.2 數據應用子系統

1）基本功能模塊。該模塊包括數據管理子系統基本地圖服務模塊和多樣化數據檢索模塊的功能。

2）基于項目的數據應用模塊。該模塊主要是結合用戶業務需求和特點，提供便利的數據下載、管理、使用和共享功能。以一鍵式創建項目文件的形式分別管理數據庫下載的數據和外源或成果數據，自動創建MXD文件鏈接專業軟件ArcMap進行數據分析和處理，項目文件可根據用戶需求共享給其他用戶。

3）數據質量和入庫需求反饋模塊。用戶因業務特點既是數據庫數據的重要使用者，也是數據質量監測者和數據來源者，因此該模塊包括數據質量反饋和入庫數據上載等功能，其中入庫數據包括項目成果數據和用戶收集的相關外源資料。

數據應用子系統界面如圖4所示。

圖4 數據應用子系統界面

5 結 語

本文從數據的組織與分類、數據庫總體結構設計等方面闡述了綜合交通運輸空間數據庫的設計思路，并針對數據的來源、類型、格式等，構建了廣東省綜合交通運輸空間數據庫，實現了交通規劃研究中空間數據和屬性數據標準化、自動化和可視化的海量存儲與統一管理，能有效提高綜合交通運輸空間數據的管理效率。在綜合交通運輸空間數據庫的基礎上，本文設計并開發了基于ArcEngine的綜合交通運輸空間數據管理與應用系統，包括供管理人員使用的數據管理子系統和供交通規劃專業用戶使用的數據應用子系統，實現了綜合交通運輸空間數據入庫、管理、數據瀏覽、數據檢索、數據服務、實時更新、質量監測和安全維護等功能，形成了數據應用子系統、數據管理子系統與空間數據庫一體化數據動態循環更新生態鏈，為廣東省交通運輸行業各交通應用平臺提供了一體化數據支撐平臺，為交通規劃專業研究工作提供了強有力的數據服務，有效促進了綜合交通運輸科學研究技術手段和分析能力的發展。