第27卷 第3期热 带 地 理
V o l 27,N o 3
2007年5月
TRO P I CA L GEOGRAPHY
M ay ,2007
收稿日期:2006-08-28;修订日期:2006-11-29
基金项目:广东省自然科学基金项目(04000289);广州地理研究所青年科研专项基金(20030412)资助
作者简介:吴啸(1972-),男,湖南衡阳人,工程师,研究方向为3S 在ITS 方面的研究和应用,(E m ail)wux i ao @gdas .ac .cn 。 *通讯作者,(E m ail)l x@j gd as .ac .cn 。
城市交通信息发布系统研究与体系设计
以广州市为例
吴 啸,李晓军*
,彭龙军,尹剑辉,梁子森
(广州地理研究所,广州510070)
摘 要:基于对城市交通信息发布系统平台的研究与分析,确定了G IS 在城市交通信息发布系统平台中的应用目标和实现功能,构造了基于G IS 的城市交通信息发布系统平台的总体结构,并探讨了G IS 和数据挖掘与集成技术
及其在城市交通信息发布平台中的应用。
关键词:交通信息发布(T II);地理信息系统(G IS);智能交通系统(I T S)、数据挖掘与集成(DM I)
中图分类号:P 208;U 412.366 文献标识码:A 文章编号:1001-5221(2007)03-0224-05
智能交通系统就是以缓和道路堵塞和减少交通事故,提高交通利用者的方便、舒适为目的,利用交通信息系统、通讯网络、定位系统和智能化分析与选
线的交通系统的总称[1]
。它通过实时发布的交通信息使大众、管理者和决策者对即将面对的交通环境信息有足够的了解,并据此作出正确选择和决策。交通系统是一个人、车、路及其环境综合作用的复杂
而庞大的系统[2]
。当前人们开始从系统的观点出发,将人、车、路等因素综合考虑,将现代通讯技术、
控制技术等运用于交通系统管理[3]
。我国目前大中城市正在建设中的综合交通信息平台集成了国外AT I S 和ATM S 的主要功能,实现交通管理的智能化、信息化,以缓解交通拥挤、降低交通事故发生
率、提高道路通行能力[2,8-10]
。但是关于结合G IS 和空间数据挖掘的城市交通信息发布系统的综合研究与实际应用在我国正处在起步阶段,而且具体实
际应用的研发尚属缺乏[3-7]
。
广州市作为华南地区的枢纽城市,随着经济的高速发展,城市规模的不断扩大,人口数量急剧膨胀,城市交通面临着前所未有的压力,借助GIS 和一些最新科技大力提高交通管理的信息化水平是城市交通管理部门亟待解决的问题。本文以城市交通信息发布系统为背景,以我国目前大中城市已经建设或正在建设的智能交通信息系统的初步需求为依据,根据广州市现有智能交通建设和运营现状,对城市综合交通信息发布系统平台框架结构、数据流程
和功能模块分别进行了分析研究和设计,提出并使
用了应用G I S 、I TS 、DM I 技术进行交通信息发布的思路,并根据不同交通信息发布需求的具体特点,采用B /S+PDA +C /S 的多层次复合运行模式进行广州市I TS 综合信息共享系统发布平台的设计,同时对其物理实现和系统安全性进行了研究,保证了该系统建成后有效发挥作用。本文提出的设计方案具有良好的推广前景,对全国各大中城市交通信息发布系统的设计和建设具有重要的参考价值。
1 系统分析与设计
本系统在设计上充分考虑系统的先进性、稳定性、安全性、可扩展性与经济时效性;在平台选型上坚持选择主流的GIS 平台和数据库平台,保证系统
目标的实现[8-9]
;在系统功能上将交通信息的实时采集与发布,实时数据的管理与分析等关键技术作为实现智能交通发布系统平台重点。1.1 系统分析1.1.1 系统开发目标 以G I S 为基础的城市交通信息发布系统的设计和开发的主要功能包括数据采集与输入(实时数据自动进入数据库)、数据编辑与更新、数据存储与管理、空间查询与分析、数据显示
与输出,目标是实现城市交通信息的共享[2]
。具体功能包括:(1)交通信息发布功能。通过网络、广播、短信和移动PDA 的方式对不同群体和个人发布城市交通的各类综合信息,为广大市民提供丰富的
3期吴 啸等:城市交通信息发布系统研究与体系设计
交通信息和出行参考。(2)查询统计决策分析功
能。通过各种查询、统计、专题图和报表输出功能,
为用户(决策者和执行者)提供及时、准确的信息查
询检索和统计分析服务。(3)交通线网和场站辅助
规划功能。基于各种指标运算和复杂的分析功能,
为交通线网和场站布局的优化规划等提供辅助决策
支持服务,提高交通覆盖率、通达率,缩短乘车的步
行时间,减少换乘次数,科学布局交通线路和站点。
(4)数据维护与管理功能。建立基础地理空间数据
库、实时信息数据库和交通信息专题数据库,为交通
运营管理和决策提供必要的信息支持,实现系统数
据的动态更新维护机制,并为系统数据库扩展留有接口。
1.1.2 系统开发原则 通过对交通信息发布系统业务的不断深入分析,越来越感觉到城市交通信息发布系统平台的复杂性。由于系统开发周期要求有限,需要实现的功能多,数据结构复杂和数据来源广泛,因此在系统设计时一定要正确处理以下关系:
(1)实用性和前瞻性关系。21世纪是信息时代,I T技术(包括网络、计算机、G I S和其他软硬件技术)目前被认为是先进的技术,可能在短期内就会显得过时。这就要求在系统设计时,既要立足于现状,又要考虑交通信息处理的动态发展,处理好实用性和前瞻性的关系。
(2)安全性与网络化关系。要对系统数据类别和系统操作类别进行安全性需求分析,将共享程度高的公用信息类别设定较低的安全性,以保证网络数据传输的速度要求,将系统中部分共享或非共享数据类别设定较高的安全类别,保证重要信息的安全;对于维护类的系统操作由交通系统内部完成。对于查询浏览类的系统操作设定较低的安全级别。
(3)专业性与技术性关系。由于交通业务具有较强的专业性,因此在进行系统开发和研究时,要采用软件公司与交通专业人员共同设计开发的方法。尤其是设计阶段,需要交通部门全程参与和跟踪。1.2 系统设计
1.2.1 框架设计 根据系统目标与建设原则、技术路线,设计系统应用逻辑结构图(图1)。
1.2.2 功能模块设计 为了实现城市交通信息发布的总体功能,本设计按照交通信息和G I S集成的常规划分方法,将系统的功能模块具体分成如下8个子系统[2]。
(1)交通信息自动接入及传输子系统。主要通过接口标准,对分散的I TS系统级别或交通管理部
图1 系统应用逻辑结构图[10]
Fi g.1 The l ogic struct u re d i agra m of s yste m app li cati on
门级别的信息进行规范化处理,汇集接入平台内部历史数据库,对于不从属于任何一个系统的交通单点设备,如果能向平台提供有价值的数据信息,也可以通过该子系统接入平台。
(2)数据库管理子系统。主要针对一些无法或者不方便自动接入平台的数据,整个平台主要以自动接入信息为主,该子系统是对建立完整统一的外部信息的必要补充。主要对交通信息存储的历史数据库、实时数据库、融合信息数据库、发布数据库进行数据组织、存储、检索、更新和维护等管理。
(3)综合交通信息平台管理子系统。是整个平台的控制核心,由运行控制子系统和一系列管理子系统构成,负责监控平台内部各重要硬件设备、软件进程、系统资源的运行使用状况和相关的环境状态,收集管理平台各种设备、进程的故障信息,并对平台的整体运行状况作出评估分析。
(4)交通信息融合子系统。是平台信息处理的主要功能模块之一,它主要是对平台接入并在历史数据库中存储的交通原始数据进行融合分析。
(5)交通辅助决策子系统。包含基本的交通信息在线或脱机式分析、趋势走向分析、报表统计、图表分析、宏观交通建模和策略生成等,向不同部门的交通管理者(交通管理、交通运输、国土规划)等提供交通基础设施的规划、决策、建设、管理维护以及交通系统的统一调度等宏观辅助决策信息。
(6)交通状态仿真子系统。采用交通仿真软件,根据融合交通信息和辅助决策信息,建立分布式并行仿真的数据结构,对交通现象和交通特征进行仿真,对与实际交通相关的运行特征作出推断,通过分析车辆、驾驶员和行人、道路以及交通流的交
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热 带 地 理27卷
通特征,对整个交通运行状态进行评估,测试并评价新的交通控制、交通规划、交通组织等策略。
(7)交通信息综合查询子系统。面向桌面用户提供共用信息综合查询,支持C/S模式和B/S模式的多用户访问,提供V I P用户权限和普通用户权限,可在线定制用户权限,为交通管理部门用户和个体出行者提供全面的信息查询服务。
(8)交通信息实时发布子系统。主要将发布数据库中的实时共享交通信息,建立简单、可调控性好的共享信息发布通道,针对不同用户和发布对象的个性化需求,通过标准的通信接口和一定的协议,在WEBGIS、PDA、广播电视、可变信息板或车载设备上显示等。
1.2.3 接口设计 作为一个具有可扩展性和可移植性的系统,本系统间的接口、系统和其他系统的接口、系统和软硬件的接口这是必须的。
(1)交通信息发布接口。W EB G I S是G I S发展的一个重要方向,随着I nter net技术的不断发展和人们对地理信息的需求,利用Interne t在W eb上发布实时交通信息,为用户提供数据浏览、查询和分析的功能,已经成为G I S发展的必然趋势。本系统重点考虑到WEBGIS应用的建设,并为将来其他应用的开发留下接口。
(2)交通车辆GPS定位、实时监测和客流量采集等外部系统数据接口。在本系统的设计,力求站在建设一个具有先进水平的城市智能交通信息平台的高度来考虑系统结构。因此,在对交通车辆GPS 定位、实时监测上开发并预留了接口功能。此外,还在对于外部数据如客流量采集等的处理上预留了接口功能。这样的设计充分体现了本系统的可扩展性特点。
(3)交通信息PDA平台发布接口。为了便于实施,客户端与后台网格节点的网络连接需要以现有的、覆盖面广的无线通信网络(GPRS/CDMA)为底层支撑,无法使用通信距离有限制的802.11b或B luetooth等无线通信技术。为了协调矛盾,在通用数据库接口之上为PDA建立了一套调用通用接口的组件W eb Ser v ice。
1.2.4 数据库设计 城市交通信息发布系统的核心是一个分布式时空数据仓库以及对各个数据库中的数据进行各类操作并进行数据挖掘,结合GIS的强大空间分析功能输出可视化图形和数据的GIS内核引擎。时空数据库采用SQL Ser ver2000+ A rcSDE的方式实现,对数据的操作通过ODBC接口组件来完成。数据库的设计是系统开发的核心内容,其主要任务是确定空间数据库的数据模型以及数据结构。以下是本系统的数据结构图(图2)
。
图2 系统数据库体系结构图
F i g.2 The syste mati c struct ure of syste m databas e
2 系统技术路线、关键技术和特色
2.1 系统建设技术路线
2.1.1 信息模型驱动的系统开发与应用 采用面向组件模型的开发方法,采用B/S+PDA+C/S相结合的混合多层构架,主要依据不同的信息接收对象、不同的信息采集和操作设备,其中B/S结构主要提供信息发布服务;C/S结构作为管理部门工作人员操作平台,完成复杂的空间分析、查询和主题交通信息的广播发布等功能;PDA主要供有移动手持、移动车载的用户提供实时的地图可视化信息服务和管理人员进行交通信息的采集和更新等功能。
2.1.2 信息模型驱动的系统开发与应用 系统的开发将采用UML作为可视化建模语言,建立系统的UML可视化模型,以便全局和整体把握系统的需求,并实现基于UML模型的系统需求、分析、设计、实现和测试的标准化、规范化和成果文档化,充分利用系统开发各阶段的成果,UML模型将贯穿于系统开发的整体生命周期。
2.1.3 CBD技术与多层次构架模式的充分应用结合 当前最流行成熟的软件开发模式是基于组件的开发CBD模式[11-13],其开发过程由组件体系规划、组件开发和应用系统构建3个阶段组成,系统基于面向对象的建模方法和W i n do w三层体系结构进行设计。GIS应用系统的开发是基于组件技术实施的,采用组件式G I S平台A rc G I S Eng ine+A rcSDE进行开发,这样可以方便地实现各功能子系统的一体化集成。
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3期吴 啸等:城市交通信息发布系统研究与体系设计
2.1.4 以数据仓库为中心的数据管理模式 城市交通信息发布系统平台涉及各种类型的数据库和数据类型,系统核心是对多个分布式时空数据库以及数据库中的数据进行各类数据操作和提取,也就是数据的挖掘与集成,系统采用关系数据库管理结构化数据与非结构化数据,实现系统数据集成存储、网络共享、分布式处理。
2.2 系统实现关键技术
2.2.1 地图数据处理 考虑到地图数据的保密性和更新的便捷性,目前的PDA客户端和面向大众的B/S客户端最好不采用具有可保持性的文件形式存储矢量地图数据,需要的地图数据由客户端在操作过程中从后台服务的地图服务中请求栅格地图数据。从目前我们掌握的地图数据来看,广州市交通地图共有上万个路口和路段,就这两层地图数据大概4MB,依靠当前的GPRS的无线通信技术,一次性地请求所有的地图数据将带来通信时间、通信费用等方面的巨大浪费,而且在I nternet客户端和PDA 客户端处理如此大量的数据也将带来性能上的负担。因此,必须根据需要动态地请求部分的数据,即地图纵向分层、横向分块策略。所谓纵向分层,即将路段在层次上分解为4种类型:主干道,快速干道,次干道和支路。按照绘图比例尺的变化决定请求哪个层次的地图数据[10]。
2.2.2 异构数据库实时同步集成技术 由于交通信息发布系统部门较多,涉及到公安交通警察局、交通局、国土资源与规划、市政管理、建设局、城管等多个部门的职能范围,每一个部门既是I TS的数据源,又是其它部门数据以及在多部门数据之上进行综合性加工处理所得到信息的需求者,这样就有了异构数据库同步和集成的技术需求,由于整个系统的数据库不同和数据结构不同,此次采集数据库原有同步技术和通过程序方式主动获取和发布的方式。
2.2.3 动态最佳路径模型 动态和静态最短路径规划的区别在于地图服务计算节点上在规划动态最短路径时需要考虑到当时的实时路况,以及根据实时路况数据作出的对路况的预测信息,规划出的路径是一条时间最优的路径,而静态最短路径的请求只需要考虑到达目的地的路径长短。然而,对于位于发布层的B/S客户端PDA客户端而言,这二者并没有太大区别,仅有调用参数设置的不同。
2.3 系统特色
2.3.1 系统的开放性 本系统采用B/S+PDA+ C/S技术混合多层架构,系统充分考虑B/S应用的扩展,W EB应用、PDA、GPS定位与实时监测等接口功能的设计不仅在功能上体现了系统开放的特点,而且在体系上构造了一个开放的系统结构。此外,本方案的开放式结构,坚持基于通用标准和用户定制的开发思想,利用数据库、G I S等技术逐步实现数据和应用的标准化,通过标准数据接口形成开放、易集成的应用系统。
2.3.2 系统的可扩展性 在系统结构上,始终遵循可扩展性的设计原则。在系统数据库设计上,不仅考虑当前数据,还考虑到将可能添加或用到的相关数据;在数据管理层的设计上,留有对外部数据管理功能的接口,并且在功能上设计为用户自定义和系统定制相结合的方式,使用户可以自己对系统进行扩展;在数据应用层的设计上,将核心应用和前端应用进行了逻辑上的分离,核心应用力求灵活、全面、可扩展,而前端应用则提供给用户充分的自定义功能,使用户可以按实际需要进行系统功能的定制。特别是在指标运算模块和辅助规划模块的设计上,系统采用模型库来存贮运算模型和公式,这样就为系统提供了理论上可无限扩展的指标运算功能和专家分析功能。
2.3.3 系统的友好性 一个成功的应用系统,不仅要有强大的系统功能,友好的界面设计、方便的用户操作也是很重要的一面。在本系统设计中,用户定制的思想始终贯彻在整个过程中,系统以易用性、易扩充性和易维护性为根本出发点,通过固定框架、定制模板的方式,采用组件式开发技术实现相对自由的用户定制功能。
2.3.4 智能化的辅助设计 本设计以建设城市智能交通信息发布平台为方向,因而在系统设计上特别突出了系统的智能化!功能设计。系统提供了交通线网的辅助规划功能,设计了辅助决策功能,可以为交通线网的规划提供咨询和决策参考。
2.3.5 以数据为核心 在G I S的应用中,数据始终是系统的核心,在本系统设计中也充分体现了这一思想。整个系统的设计是建立在对数据的处理和分析的基础之上,最终目的是通过该系统的建设,能够为交通主管部门和大众提供及时、准确、全面的有关交通线路的各种信息,为交通线路的设置和调整提供直观的图形和数据上的支持,为交通线网的规划提供决策依据。
3 系统应用情况及讨论
城市交通信息发布系统是针对城市交通管理部
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门、出行者、司机等的需求而设计的,可用于交通信息管理各个领域。同时由于本平台具有开放性和可扩展性,可以轻松地向其他领域进行推广,只需要将相关的数据按照平台要求整理后作为导入数据库,就可以建立基于该类数据的业务系统。目前该平台子系统之一 羊城交通信息系统!(图3)已经在广州市羊城交通台运行,能够向广大驾驶员提供即时、准确的交通信息,系统运行稳定;另外以此平台为基础开发的 广东交通气象信息发布辅助平台!(图4)也正处于实际运行中,取得了良好的经济和社会
效益。
图3 C /S 系统主界面图
F i g .3 Th em a i n i n terface ofC /S s yste
m
图4 B /S 系统主界面图
F i g .4 Th em a i n i n terface of B /S s yste m
笔者开发设计的城市交通信息发布系统依托
G I S 的强大数据管理和分析功能,建立交通信息数据仓库和分析模型,对交通数据进行高效管理维护,在此基础上实现以信息实时采集与发布、分析、交通线网、站场管理与辅助规划等为核心的专业应用系统,最终为实现动态地适应交通需求、智能交通指挥和应急方案的及时形成打下良好基础,真正意义上实现交通管理智能化目标。
总的来说,G I S 在I TS 中具有非常重要的作用,也可以说G I S 是I TS 的大脑和中枢。基于GIS 的城市交通信息发布系统构架设计问题涉及的技术因素很多,这里主要讨论系统的技术框架与主要功能的实现及可能存在的主要问题与解决方法,而对智能交通系统指挥及应急方案的形成,未作讨论,大量的功能细节问题还有待进一步深入研究。参考文献:
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(英文摘要下转第248页)
A Study on Resistance SurfaceM odel of Logistics of F ishing H arbors inW estern G uangdong
FENG Bo,L Chao yong,L U H uo sheng
(F isheries Colle ge,Guangdong O cean Un i ver sit y,Zhangj i ang524006,Chi na)
Abst ract:H ighw ay l o g istics resistance o f aquatic pr oducts fro m coasta l fishing harbo rs i n w ester n Guangdong is an alyzed in the paper.The resistance surface and m ini m um cum ulati v e resistance are co m puted and their m aps are dra w n w ith the m ode lo fm i n i m um cu m u lati v e resistance surface.It is sho w n that there are t w o quick channels of l o gistics near Guang Zhan Express w ay,Yu Zhan Express w ay,G325and G207in t h e littora l o fw estern Guangdong. One is coasta l express channel along the line of Yangjiang,Y angx,i D ianba,i M ao m ing,Zhan ji a ng,Leizhou and Xuw en,the other is sout h w ester n channel a l o ng the line of Su i x,i Gaoq iao and Boba.i The resistance o f log istics i n creases rap i d ly fro m litto ral to i n land.The log istics directi o n to southw estern Ch i n a and eastern Guangdong in Zhan jiang takes X iashan as a reg i o na l center,and to eastern Guandong is fro m Bohe ofM ao m ing and Shapa,Zhapo, Dongping o fYang ji a ng.There are t w o strongpo i n ts located i n Lian ji a ng and Y angchun.A t las,t so m e suggestions are put for w ar d,i n cluding strengthening highw ay constructi o n,accelerating reg ional cooperati o n and plann i n g,and setti n g up strongpoin.t
K ey w ords:F isheries har bo r;Logistics;Resi s tance surface;W ester n Guangdong
(上接第228页)
Abstract I D:1001-5221(2007)03-0224-EA
Designing of U rban Traffic I nfor m ation Iss ue Syste m:A Case Study of G uangzhou
WU X iao,LI X iao j u n,PENG Long j u n,Y I N Jian hu,i LI A NG Z i sen
(Guangzhou Instit u te of Geography,Guan gzhou510070,China)
Abst ract:To m eet t h e de m and on constr uction and operati o n of i n telli g ence transportati o n syste m(I T S)in Guang zhou,the fra m e struction,data fl o w and function m odule of the mun icipa l transportation i n fo r m ation issue syste m are analyzed and desi g ned.It is considered that the techno log ies of G I S,I T S,data m i n i n g and integ ration be ap plied to issue the transpo rtati o n infor m ati o n.A ccor d i n g to concrete characteristics o f d ifferent infor m a ti o n,a mu lti level co m pound operation pattern of B/S+PDA+C/S is used to desi g n the issue platfor m,si m ultaneousl y its phys ica l rea lizati o n and syste m security are studied for bri n g ing the function o f the co m p leted I TS i n to play effectively. The key of I T S i m ple m entati o n is to gather and issue infor m ati o n w ith real ti m e,and the real ti m e data m anage m ent and ana l y sis are a foundation to f o r m i n telli g ence traffic gu i d ance and e m ergency sche m e.
K ey w ords:Traffic infor m ati o n issue;G I S;I TS;Data m i n i n g and i n tegration