无线通信-基于GIS的交巡警地理信息系统.pdf
基于GIS的交巡警地理信息系统 基于GIS的交巡警地理信息系统 姜素芳 陈天滋（江苏大学计算机科学与通信工程学院，江苏 镇江 212013）摘要摘要：智能化交通(ITS)是将采集到的各种道路交通及服务信息，经交通管理中心集中处理后，实时、准确、高效地发挥全方位作用，缓解交通拥挤、阻塞状况，从而使路网上的交通流运行于最佳状态，最大限度地提高路网的通行能力，改善整个道路交通系统的机动性和安全性。本文探讨了有助于交通智能化的交巡警地理信息系统的解决方案和实现方法，并对该系统的软硬件环境、体系结构、系统内容、主要功能等方面进行了详细说明。本系统具有较强的实用性，在交巡警管理中发挥了重要作用，有利于促进国民经济的发展。关键词关键词：地理信息系统(GIS),智能化交通(ITS),交通管理 中图分类号：TP311 文献标识码：B GIS-based traffic geographic information system Jiang Su-fang,Chen Tian-zi（School of Computer Science and Telecommunications Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang Jiangsu China,212013）Abstract:Intelligent Transport System(ITS)gathers all kinds of traffic and service information,which is processed by the traffic control center.After that the ITS plays an omni-directional role in a real-time,accurate and highly effective way and alleviates the traffic congestion as well as the blocking status.Consequently,it makes the road network transportation run in an optimum condition,and elevates the traffic capacity of the road-net farthest,and improves the flexibility and security of the whole road traffic system.This paper discussed the solution and implementation of the traffic geographic information system which helps to intellectualize the traffic.It elaborated on the systems software and hardware environment,system architecture,system content and the main function,etc.This system has the strong usability,thereby,it plays a vital role in the traffic management and it is advantageous in promoting the national economy development.Key words:geographic information system,intelligent transport system,traffic management 一、引言一、引言 近年来路政基础设施建设发展迅猛，但道路和交通设施建设的速度仍然跟不上车辆的增加速度，交通拥阻的现象依然可见，上、下班高峰期尤为严重。采用现代化的技术手段管理城市交通，尽量发挥现有交通系统的运行效率、提高交通设施的利用率，是缓解城市交通拥挤状况的有效手段。由于城市交通的空间地理特征非常适合采用地理信息系统1技术，各种交通对象可以以点、线、面的方式在地图上表示出来，因而将地理对象的属性特征和空间信息融为一体，并集成现有交通信号控制、实时交通流检测等系统，进行综合分析、融合处理，可提供实时的、预测的道路交通状况(如交通流量、车速、事故发生情况等)以及可视化指挥调度辅助决策信息，缩短反应时间，提高响应速度，从而有效地疏导交通、缓解拥堵，使整个道路交通处于“安全、有序、畅通”的状态。将 GIS 技术应用于公安交巡警业务工作中，既是现代化交通管理和“科技强警”工作的需要，也是一个重要的发展和研究方向。国外早在很多年以前就开始将 GIS 用于各种管理工作中，其中较为有名的有：纽约应急服务和灾难管理系统；美国联邦应急管理系统；欧洲智能交通和指挥系统等。国内最近几年也有这方面的成功案例，如北京、深圳等城市已初步将 GIS 用于交通管理方面。本系统利用 GIS 所具有的独特特性，有效、直观、直接地指导和管理公安交巡警业务工作，进一步实现智能化交通2,3。二、系统建设二、系统建设 1、系统建设目标系统建设目标 从公安交通管理工作的整体出发，在 GIS 基础之上综合交警各类信息系统，多层次、多方位、直观地显示相关数据及图形等信息，建成一套基于网络的、实时的、可视化的、规范标准的综合地理信息系统。该系统既可对警力分布、交通标志、路政设施等数据进行集中管理，实现图形化信息的编辑、查询、统计、分析等功能；又能为道路交通分析、指挥、决策等公安交警业务工作服务，实现交通地理数据共享；并为交通地理数据的更新提供一个基础平台。这主要包括：(1)建立多层次的交警综合地理信息库，同时集成其他相关的外部业务数据如交通事故系统等；(2)多比例尺电子地图的组织、管理和维护；(3)建立交通标志、标线等标准信息库，提供直观方便的可视化标准库管理工具；(4)基于 GIS 的路政设施管理，实现对重要路口交通状况的实时监控，并通过有效手段实时发布交通信息；_ 基金项目：基金项目：本文得到信息产业部项目(2003xk320014)的资助(5)建立基于 GIS 的可视化预案管理机制，以便在突发事件发生时能快速响应；(6)提供多种接口模式如请求服务模式、组件模式等，实现与其他系统的有机联接；(9)实现用户认证（与 CA 连接），用户、角色、权限的定义和维护，以保证系统的安全性和灵活性。2、系统开发环境系统开发环境 公安交巡警地理信息系统是城市交通数据采集、分析和交通指挥、决策的统一平台，从系统稳定性、安全性、经济实用性等方面考虑，采用了较高性价比的主流应用服务器 HP ProLiant DL140 G2，Windows 2000/XP操作系统，GIS 开发平台 ArcGIS(SDE+Engine+IMS+ArcInfo)4，数据库平台 Oracle9i、开发语言 C#.net 及 UML开发工具 Ralation Rose 等，其中通过 SDE 来访问存储在 Oracle 里的空间数据。3、系统体系结构系统体系结构5 该系统构架于公安三级网络之上，是一种公安基础信息系统，和其它公安业务信息紧密关联。系统主要分为数据服务层、应用服务层和客户程序层。整个系统采用 C/S 与 B/S 相结合的体系结构，录入与维护地理数据部分采用了 C/S 方式，以保证地理数据的及时更新；交通地理信息的发布、可视化显示以及空间地理信息的综合查询统计分析则采用了 B/S 方式，便于用户进行空间信息的查询与浏览。系统的体系结构如图 1 所示，系统模块如图 2 所示。三、系统主要内容三、系统主要内容 1、地理数据源和数据管理地理数据源和数据管理（1）基础地理信息 本系统在城区使用1：500比例尺，在城郊使用1：2000比例尺。基础地理图层包括：行政区划图、居民地、道路中心线、面状水系、植被、隧道、停车场、交通线路、收费站、党政机关、加油站等等。（2）专用地理信息 为了实现本系统的功能目标，在电子地图提供的基础地理信息的基础上，系统将采用自动和交互相结合的方式生成系统的专用地理信息，主要包括：路段、路口、信号灯、电子监控设备、标杆、标志、标线、停车位线、交通事故和隔离带等。（3）属性数据 每个地理图层都含有丰富的属性信息，如道路层包括的主要字段有：道路编码、道路名称、起点编码、终点编码、道路等级、路宽度、道路长度、国标编号等。每一条属性信息对应于一个地理空间数据，它们通过唯一的关键字段进行关联，属性数据和空间数据连接后，就可实现空间与属性之间的互查。在此基础上，还可以通过属性表的更新来增加空间表的属性信息，这样可获得道路和交通要素的数据资料。2、空间数据的输入和管理空间数据的输入和管理 空间数据按性质可分为标杆标志、标线和信号设施三大类。对于标杆类信息，借助原有设计图纸、路口路段草图、或 GPS 设备确定其位置进行交互输入，系统提供的输入方式包括在电子地图上交互定位和直接输入坐标值（包括由 GPS 获取的坐标值）；对于标志类信息，其位置信息依赖于其所属的标杆；对标线类信息，系统根据路段等级、宽度、车道数、有无行人横道线等相关信息，采用自动生成和交互编辑相结合的方式生成车道等标线信息，对于特殊路段辅以交互编辑方式进行调整。四、系统功能四、系统功能 1、图层显示和信息查询功能图层显示和信息查询功能 系统具有图层管理功能，以控制不同图层的显示与不显示。各个图层按照点、线、面等矢量数据的格式进行组织，可以进行图形的放大、缩小、漫游、测量、标注、编辑和查询等操作。2、路政设施管理路政设施管理 路政设施管理子系统主要提供基于 GIS 的各种信号灯、标志、标线、路面停车、电子监控设备等的规划设计；设施养护维修管理；交通管理措施的设置和维护管理；道路施工的设置、相关信息的查询统计和分析、专题图制作等功能，以辅助相关业务人员更好地完成路政设施的管理操作。为此，我们将整个路政设施的管理划分为七大功能模块，即：地图操作、查询统计、设施编辑、显示控制、图层操作、规划设计、维护管理，其中前 5 个模块属于公用功能，为后 2 个模块提供服务，整个路政设施管理子系统的模块关系如图 3 所示。3、事故黑点分析事故黑点分析 交通事故是困扰公安交通管理部门开展有效工作的一大难题，各级交警为降低道路交通事故付出了繁重而艰辛的劳动。把 GIS 系统和交通统计数据库有效地关联，以图形的方式把各种不同类型的交通事故在地图的道路、路口上显示出来，可以方便地辨别各条道路、各个路口或者区域的交通事故数量、事故的性质，分析事故多发地点的规律，降低事故发生的概率。实现与交通事故信息系统的有机集成，在此基础上提供基于电子地图的交通事故信息查询、统计和分析功能，并能显示和打印各种统计分析图表，进而分析道路交通事故多发点的分布规律，为决策人员提供数据支持。4、综合查询统计综合查询统计 实现 B/S 结构的综合查询统计；通过与交通事故信息的关联，实现按行政区域、道路、路段、路口交通事故综合查询统计，并以电子地图和表格形式显示查询统计结果，进而辅助相关人员分析出道路交通事故多发点的分布规律，同时可以输出相关报表。查询统计是进行数据分析的有效途径。在本系统中，查询统计方式本着方便实用的原则，将其设计为三大类，即固定模式查询统计、属性条件查询统计、空间条件查询统计。(1)固定模式查询统计 将用户经常需要用到的查询统计以报表方式生成，通过点击菜单项或快捷按钮的方式实现，例如点“击月统计报表”菜单项便可以自动生成相应的月统计报表，使用户操作更加便利。(2)属性条件查询统计 根据对象类属性信息，交互产生相应的查询条件（SQL 语句）完成对各种实体对象的过滤和分类统计，最后将查询统计结果以列表框或专题分布图方式显示输出，同时可以输出 Excel 报表格式。例如可以根据道路等级查出所有主干道道路，或者根据车道数查出所有四车道道路；可以查询出“减速让行”标志的分布情况；可以统计道路停车位的停车泊位数或收费站的个数等。(3)空间条件查询统计 采用地图和属性数据相结合的方式实现查询统计。其中的属性查询条件以对话框的形式输入，同时系统提供相应的输入向导，以帮助用户输入正确的查询条件，系统还提供查询条件保存和读取的功能，方便用户将典型的查询条件进行保存和重用；属性条件的匹配可以是模糊匹配，也可以是精确匹配，在此基础上可以实现指定空间区域的查询统计。查询结果可以通过表格或专题图方式显示输出。对于专题图形式，本系统提供了多种多样的统计图，如可以将交通要素制作成柱状图、饼状图和唯一值图等，形象直观地反映交通要素的时空变化规律；同时用户还可以指定其他相关图层的可见性，以便突显相应图层的专题效果，并可以输出 Excel 报表数据。5、空间数据管理空间数据管理6 主要完成对基础地理信息（电子地图）的导入、系统初始化、数据库的备份与恢复、历史数据维护（版本管理）、元数据和数据字典的定义等操作。(1)电子地图的导入 系统自动将基础信息转化为系统所支持的数据格式，并存放到数据库中。原始数据必须保证足够的信息，如果原始数据没有提供系统所需的数据，用户可以进行手工录入，否则将会影响系统的部分功能。(2)系统初始化 根据基础地理信息自动生成专用图层如路段和路口等。主要工作包括：道路中心线的编码处理；根据道路中心线生成路段和路口信息，并对其进行编码处理；依照道路输入各路段相关属性信息，如宽度、道路等级以及路段的行政区划信息等；根据路段、路口和道路宽度信息生成路段面和路口面等。(3)数据备份与恢复 系统具有数据导入、导出功能，同时可为数据库设定定时自动备份，也可根据用户需求定制备份参数，确保系统安全、稳定运行。(4)历史数据维护 在版本管理机制的基础上，按时间实现对历史数据的保存和维护操作。主要包括根据版本信息备份信息，以及管理系统的相关版本信息，例如版本的浏览、备份、删除以及相关的统计查询功能。(5)数据字典的维护 数据字典是提高系统灵活性和智能性的基础，本系统通过对相关数据类型取值范围的枚举定义，来提高整个系统的灵活性和可配置性，例如交通管制措施类型的枚举取值范围的定义等。本系统包含 50 多个数据字典，并提供对这些数据字典的分类管理、及对每个数据字典中的数据项增删改的维护功能；同时可根据数据字典的变更，及时调整相关系统信息，例如调整与数据字典关联的 SubType 的个数等。6、系统管理系统管理7 完成用户管理、角色管理和权限分配等功能，同时提供用户认证、与 CA 平台接口以及权限分配等功能，如图 4 所示。?用户管理：用于设定用户的分组信息、密码、IP 地址等属性信息，同时指定用户的角色。?角色管理：用于维护系统角色库，同时为每个角色设置相关的访问权限，包括对图层的操作权限、对行政区划的操作权限、对系统功能的操作权限等。?用户认证模块：用于对登录系统的用户进行合法性认证。?权限分配模块：根据用户所拥有角色，对其分配相应的操作资源，包括图层数据资源和系统功能资源?日志管理：用于浏览和查询统计用户进入系统的情况，例如登录时间、使用操作、离开时间等，以保证系统使用历史的可追溯性。五、总结五、总结 本文从缓解交通堵塞等状况、提高交通智能化的角度，深入探讨了交巡警地理信息系统的解决方案和实现方法。目前本系统已完成了路政设施管理、交通事故黑点分析及基于 B/S 的综合查询统计等开发，下面将进行系统的二期开发，进一步完善公安交巡警地理信息系统的功能，使之更好的为公安交通管理服务，保障道路交通处于“安全、有序、畅通”的状态。本系统现已经正式投入应用，并在公安交巡警管理中发挥了重要作用，受到各级部门的普遍好评，主界面如图 5 所示。图 5 系统运行主界面 六、参考文献六、参考文献 1 钟耳顺.地理信息系统技术开发、应用与产品化J.中外科技信息,1998,(12)2 史其信.21世纪智能交通系统（ITS）展望.哈尔滨：交通工程通讯,2001 3 ITS通讯.交通信息服务系统.北京：清华大学交通研究所，2000 4 王晓峰,汪美华,单海辉.北京市交通地理信息系统的建立与应用J.测绘通报,2003(11)5 ArcObjects Developers GuideR.ESRI Corp.,1999 6 崔阳，王华，乔淑娟.基于GIS的空间数据库构建与应用研究J 微计算机信息，2006，22-6：199-201 7 李京旭，张春元.数字校园安全分析与实现策略J.电子工程师.2005.2，31-2:6770 作者简介:作者简介:姜素芳（1981-）：女，江苏盐城人，硕士研究生，主要研究方向为计算机图形学和 GIS；陈天滋（1946-）：男，江苏镇江人，副教授，主要研究方向为计算机图形学和 GIS。About author:JiangSufang(1981-),Jiangsu Province,Yancheng City,master,major in Computer Graphics and Geographic Information System;ChenTianzi(1945-),Jiangsu Province,Zhenjiang City,vice professor,major in Computer Graphics and Geographic Information System。作者联系方式:作者联系方式:邮编：212013 地址：江苏大学（校本部）计算机学院研0408（2）班880信箱 电子邮件：
