摘 要：地理信息技術(shù)的日臻成熟為GIS在交通領(lǐng)域內的廣泛應用創(chuàng )造了一定基礎。本文總結了GIS技術(shù)的特點(diǎn)，并介紹了GIS在交通領(lǐng)域中的應用—GIS－T.通過(guò)對GIS－T中關(guān)鍵技術(shù)的分析，對其應用中面臨的實(shí)際問(wèn)題作了一定研究，并提出了解決問(wèn)題的方案。

　　關(guān)鍵詞：GIS　GIS－T　關(guān)鍵技術(shù)

　　解決方案地理信息系統是集現代計算機科學(xué)、地理學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)和測繪科學(xué)為一體的一門(mén)新興學(xué)科。它采用數據庫、計算機圖形學(xué)、多媒體等最新技術(shù)，對地理信息進(jìn)行數據處理，能夠實(shí)時(shí)準確地采集、修改和更新地理空間數據和屬性信息，為決策者提供可視化的支持〔1〕。目前在很多領(lǐng)域中，GIS技術(shù)已被廣泛應用。尤其是在交通領(lǐng)域，GIS與傳統的交通信息分析和處理技術(shù)緊密結合，延伸出了交通地理信息系統（Geographic Information System for Transportation），簡(jiǎn)稱(chēng)GIS－T.

　　1、GIS概述GIS最早起源于20世紀60年代“要把地圖變成數字形式的地圖，便于計算機處理分析”的目的。

　　1963年，加拿大測量學(xué)家R.FTomlinson首先提出了GIS這一術(shù)語(yǔ)，并用于自然資源的管理和規劃。后來(lái)的幾十年中間，伴隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅猛發(fā)展，GIS的應用也日趨深化和廣泛，在環(huán)境、資源、石油、電力、土地、交通、公安、航空、市政管理、城市規劃等領(lǐng)域成為常備的工作系統。

　　GIS是圖形處理技術(shù)、可視技術(shù)及數據庫等技術(shù)的有機結合，并以其混合數據結構和強大的地理空間分析功能而獨樹(shù)一幟。它與CAD系統和DBMS（數據庫管理系統）等有著(zhù)很大的區別。CAD系統雖具有強大的圖形處理能力，但其拓撲關(guān)系比較簡(jiǎn)單，管理和分析大型地理數據庫的能力也有限；DBMS則側重于非圖形數據的優(yōu)化存儲和查詢(xún)，而圖形查詢(xún)、顯示功能、數據分析功能均相對較弱。

　　眾所周知，GIS中最基礎的也是最重要的部分是地理數據。GIS能夠實(shí)現對大量復雜地理數據的輸入、存儲、操作和分析、輸出等一系列功能。

　　輸入：GIS數據大多數來(lái)自現實(shí)世界，數據量比較大。目前被廣泛采用的數據輸入方法是傳統的手工數字化方法。同時(shí)，遙感數據正日益成為GIS數據的重要來(lái)源，這標志著(zhù)GIS數據輸入已經(jīng)開(kāi)始借助于非地圖形式。另外，GPS技術(shù)的日益成熟也促進(jìn)了GIS數據采集技術(shù)的發(fā)展。

　　存儲：GIS對數據的存儲比較獨特，即在大多數的GIS系統中普遍采用了分層技術(shù)，所以用戶(hù)在存儲這些數據時(shí)，只是處理涉及到層，而不是整幅地圖，因而能夠對用戶(hù)的要求作出快速反應。

　　操作和分析：GIS充分繼承了CAD和DBMS的圖形操作和數據處理的成熟技術(shù)。GIS中空間數據與屬性數據有著(zhù)緊密的聯(lián)系，對數據的一致性要求較高，并且GIS對地理數據有著(zhù)強大的空間分析功能。這是GIS的精華所在，也是GIS技術(shù)能夠在很多領(lǐng)域中廣泛應用的關(guān)鍵。

　　輸出：GIS能以合適的形式輸出用戶(hù)查詢(xún)結果或數據分析結果。對于輸出精度要求較高的應用領(lǐng)域，可以利用數據校正、編輯、圖形整飾、誤差消除、坐標變換等技術(shù)來(lái)提高輸出質(zhì)量。

　　由于GIS中數據的處理比較繁瑣，工作量非常大，完全通過(guò)手工方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當前的需求，因此必須充分利用計算機的處理能力，借助于軟件系統來(lái)協(xié)助完成這些工作。目前GIS領(lǐng)域比較成熟的軟件有美國ESRI公司的Arc／Info，Mapznfo公司的MapInfo，Intergraph公司的MGE等。

　　2、GIS在交通中的發(fā)展近年來(lái)，隨著(zhù)地理信息系統的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的應用領(lǐng)域同GIS技術(shù)建立了緊密的聯(lián)系。

　　由于交通信息系統具有精度要求高、規則復雜、動(dòng)態(tài)化、離散化等特點(diǎn)，原有的信息技術(shù)已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足交通應用的需求，而借助于GIS的強大功能，可以實(shí)現交通信息化的時(shí)代要求。交通領(lǐng)域中GIS的應用也越來(lái)越受到研究者和開(kāi)發(fā)者的重視。

　　交通地理信息系統是收集、整理、存儲、管理、綜合分析和處理空間信息和交通信息的計算機軟硬件系統〔2〕，是GIS技術(shù)在交通領(lǐng)域的延伸，是GIS與多種交通信息分析和處理技術(shù)的集成。GIS－T具有強大的交通信息服務(wù)和管理功能，它可以應用在交通管理的各個(gè)環(huán)節。在交通工程領(lǐng)域采用GIS技術(shù)和方法研究交通規劃、交通建設和交通管理及其相關(guān)的問(wèn)題，具有其他傳統方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

　　20世紀60年代，美國人口統計局建立了DIME以及后來(lái)的TIGER數據模型，當時(shí)他們就采用了基于點(diǎn)和線(xiàn)的一維線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )來(lái)表達道路系統。在那些與點(diǎn)線(xiàn)相連的屬性表中，記錄了點(diǎn)線(xiàn)的各種屬性信息。一直以來(lái)，這種模式都是道路交通系統表達模型的一個(gè)主流。但是隨著(zhù)社會(huì )和經(jīng)濟的發(fā)展，道路交通系統變得日益復雜，對交通地理信息系統的要求越來(lái)越高，GIS－T將面臨更多的挑戰。

　　3、GIS－T關(guān)鍵技術(shù)GIS－T是改進(jìn)了的GIS和TIS（交通信息系統）的結合體。目前很多研究人員致力于GIS－T的研究與開(kāi)發(fā)，圍繞著(zhù)GIS－T產(chǎn)生了較多的研究課題，不同的研究課題涉及到的GIS－T的功能也有所區別。

　　為了進(jìn)行詳細說(shuō)明，可以通過(guò)定義3個(gè)功能組來(lái)獲得一個(gè)通用的框架，這3個(gè)功能組是：數據管理（實(shí)現數據存儲和維護）、數據操作（實(shí)現原始數據的創(chuàng )新）、數據分析或者建立可分析的模型。它們是相互依賴(lài)相互支持的，數據存儲是數據操作的前提，而數據的建模又是在前兩個(gè)的基礎上建立起來(lái)的。

　　3.1數據庫管理系統長(cháng)期以來(lái)，交通部門(mén)要使用和維護大量的信息，在很多情況下都是多個(gè)交通信息系統共存于同一個(gè)部門(mén)中，而且每一個(gè)交通信息系統只能處理某一類(lèi)數據信息（如高速公路規劃網(wǎng)、公路管理系統以及事故信息等）。GIS－T的數據管理系統的關(guān)鍵技術(shù)在于通過(guò)建立數據模型和數據交換的框架，把上述不同的數據存儲于一個(gè)統一的數據管理系統中，任何部門(mén)都能訪(fǎng)問(wèn)到該系統中符合本部門(mén)要求的數據，同時(shí)能對這些數據進(jìn)行分析和建模，然后進(jìn)行管理和決策。

　　3.2數據協(xié)同交通數據一般都是由多個(gè)機構提供并維護，數據類(lèi)型、數據標準難以統一。每個(gè)數據源可能都有自己的數據模型。數據模型的不同和使用方法的多樣性給數據管理分析造成了很大問(wèn)題。由于數據位置、拓撲結構、分類(lèi)、命名和屬性、線(xiàn)性測量的誤差，導致不同來(lái)源數據的統一過(guò)程比較復雜，結果存在很大的不確定性。要使GIS技術(shù)在交通領(lǐng)域取得進(jìn)展，必須借助數據協(xié)同技術(shù)，從地圖的匹配算法、交通數據的錯誤模型和錯誤傳播（尤其是一維數據模型）、數據質(zhì)量標準和數據交換標準三個(gè)方面解決數據統一的問(wèn)題。

　　隨著(zhù)地理數據越來(lái)越廣泛的應用，協(xié)同性主題逐漸成為GIS－T領(lǐng)域中的一個(gè)最為緊迫的課題。在詳細的數字街道數據庫、緊急事件的安排和調度系統、車(chē)輛導航系統以及ITS（智能交通系統）的各個(gè)部分（包括測量使用者和運輸控制中心或者信息服務(wù)提供商之間的無(wú)線(xiàn)通訊）都必須應用數據協(xié)同技術(shù)。

　　3.3實(shí)時(shí)GIS－T地理數據的收集是一個(gè)持續的過(guò)程。近年來(lái)，已經(jīng)開(kāi)始出現實(shí)時(shí)基礎上的數據操作。例如，帶有全球定位系統GPS的車(chē)輛提供速度、位置等要素信息到運輸管理中心，管理中心再根據發(fā)送的交通信息將預測信息返回給車(chē)輛，這樣就組成了地區的阻塞管理系統。由此可見(jiàn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數據的存儲、恢復、處理和分析需要更快的數據訪(fǎng)問(wèn)模式、更強大的空間數據融合技術(shù)以及動(dòng)態(tài)路由算法。

　　3.4龐大的數據集現實(shí)世界的交通問(wèn)題涉及到龐大的地理數據和復雜的網(wǎng)絡(luò )。地理信息科學(xué)對地理可視化和數據采集的規則、技術(shù)發(fā)現和數據獲得的計算方法進(jìn)行了研究和集成，同時(shí)也促進(jìn)了GIS－T的發(fā)展。

　　由于交通數據集大小的不同，就需要經(jīng)常更新系統設計，這個(gè)系統設計包括了信息顯示的精確性、速度上的優(yōu)化、算法運行時(shí)間與流程中的分析工具以及網(wǎng)絡(luò )分析的優(yōu)化。

　　3.5分布式計算互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供的可連接性改變了計算機、應用軟件、數據和用戶(hù)之間的關(guān)系。計算機已經(jīng)形成了一個(gè)可移動(dòng)的、分布式的、普遍存在的實(shí)體�；�于互聯(lián)網(wǎng)的GIS應用變得越來(lái)越普遍（包括在交通領(lǐng)域中）。以通訊網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為基礎的分布式計算技術(shù)可以有效地使用本地和遠程的計算資源，借助完善的系統資源，實(shí)現適時(shí)應用的構想。

　　4、GIS－T中面臨的問(wèn)題及解決方案

　　4.1　多格式數據源集成問(wèn)題GIS中最基礎的部分是數據，在GIS－T中也不例外。但是多年來(lái)，一方面由于缺乏權威的專(zhuān)業(yè)數據公司制作并出售基礎的地理數據，所需的數據來(lái)源沒(méi)有保證，導致了大量的人力物力花費在制作基礎數據的工作上；另一方面，對已有的數據沒(méi)有充分加以利用，各部門(mén)積累下來(lái)的基礎數據由于數據格式和規劃不統一，難于共享利用，這樣不僅加大了成本，而且還延長(cháng)了建設的周期。因此，實(shí)現多源數據集成、解決多格式數據源集成是近年來(lái)GIS－T系統研制開(kāi)發(fā)的重要課題。目前，方案有以下3種：（1）據格式轉換模式：把其它的數據格式經(jīng)專(zhuān)門(mén)的數據轉換程序進(jìn)行格式轉換后，復制到當前系統的數據庫或文件中。

　�。�2）數據互操作模式：這是Open GIS Consortium（OGC）制定的規范，GIS互操作是指在異構數據庫和分布式計算的情況下，GIS用戶(hù)在相互理解的基礎上，能夠透明地獲取所需的信息。

　�。�3）直接數據訪(fǎng)問(wèn)模式：就是在一個(gè)GIS軟件中實(shí)現對其它軟件數據格式的直接訪(fǎng)問(wèn)，用戶(hù)可以使用單個(gè)GIS軟件存儲多種數據格式。

　　4.2交通地理現象的表達GIS－T中涉及3類(lèi)模型：

　�、賲^域模型，即在跨越空間時(shí)代表連續變化的現象；

　�、陔x散實(shí)體模型，也就是離散的實(shí)體（點(diǎn)、線(xiàn)或多邊形）及其相關(guān)屬性的集合的抽象表達；

　�、劬W(wǎng)絡(luò )模型，代表拓撲連接的嵌于地表的線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )變化的抽象表達。由于交通系統自身的特性，應用于交通系統的數據模型幾乎都沒(méi)有超出上述的三種模型的范圍。

　　在對交通模型進(jìn)行表達的時(shí)候，可以用許多具有多種屬性的線(xiàn)段代表道路網(wǎng)，用離散點(diǎn)代表各種道路網(wǎng)中的標志性地物，用線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )代數對交通網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分析，這些方法對實(shí)現道路交通系統的計算機表示起到了一定的作用。在交通領(lǐng)域中，圍繞以弧和點(diǎn)的概念建立的網(wǎng)絡(luò )模型起的作用是最重要的。實(shí)際上，在許多交通應用中，只需要單個(gè)的表示數據的網(wǎng)絡(luò )模型就可以了。這種應用的例子包括：

　�。�1）人行道以及其它設備管理系統；

　�。�2）實(shí)時(shí)與下線(xiàn)行程安排；

　�。�3）基于網(wǎng)絡(luò )的交通信息系統和行程計劃任務(wù)；

　�。�4）導航系統；

　�。�5）實(shí)時(shí)交通堵塞管理和事故發(fā)現等。

　　5、結語(yǔ)

　　在交通領(lǐng)域，GIS－T被公認為21世紀的支柱性產(chǎn)業(yè)，是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著(zhù)GIS技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，目前GIS－T中存在的問(wèn)題會(huì )逐步得到解決，這必定會(huì )促進(jìn)GIS－T的各個(gè)方面的應用和發(fā)展，大大地改變交通現狀，帶動(dòng)整個(gè)交通行業(yè)的突飛猛進(jìn)，成為促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展的重要動(dòng)力。

　　參考文獻

　　〔1〕鄔倫。地理信息系統——原理、方法和應用。北京：科學(xué)出版社，2001.2

　　〔2〕李躍軍。GIS在交通領(lǐng)域中的應用，湖南交通科技，2001.12

　　〔3〕徐建剛、韓雪培。城市規劃信息技術(shù)開(kāi)發(fā)及應用。南京：東南大學(xué)出版社，2000.9

　　〔4〕Reza Beheshti，Ralph Michels.The global GIS：a case study.Civil Engineering Informatics，Faculty of Civil Engi-neering and Geosciences，Delft University of Technology，Netherlands.2001 相關(guān)性