交通规划信息系统的几个关键问题研究与实现

赵峻弘 ，彭清山，陈光华，洪亮

(1.武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022;2.武汉市城市综合交通规划设计研究院，湖北武汉 430017)

1 引言

基于GIS技术的交通规划信息系统是建立在各种交通运输网络基础上，通过数据库与空间分析的方法，描述交通运输网络和网上运输流，并反映运输网中所存在的问题。将交通规划、预测等模型与地理信息系统结合成为辅助决策支持系统。能够通过整合历年国民经济统计、交通运输、交通基础设施、出行特征、出行成本及政策法规等数据，实现数据存储、维护及更新、统计分析、查询、专题图制作、与交通规划软件数据兼容等功能，为交通规划提供翔实、高效的基础数据及统计分析成果，支持城市交通规划科学化、信息化进程。

目前，许多交通规划部门主要采用纸质地图或AutoCAD制图来制定路网规划方案，这种方式存在许多不便之处［2］，主要存在以下几个问题:

(1)经常需要参考大量的国民经济统计数据，交通基础设施上报数据，交通行业统计数据等，由于没有统一的信息资源库，数据获取及更新非常困难，可用性较差;

(2)由于没有强大的统计分析工具，制作各种统计图件时，效率低下;

(3)很难将规划的结果以直观的地图分布方式表达出来;

(4)缺乏可视化的表达手段，无法进行辅助决策。

这几个问题极大地影响了城市交通规划工作的效率和信息统计功能的发挥。GIS技术的发展则为这些问题的解决提供了技术基础。借助于GIS软件，可大大降低各种特征数据抽取难度以及规划人员的工作强度，从而使规划人员有更多的时间和精力投入到对交通规划的分析之中，同时使得各个交通专题的规划评价更加客观合理，促进方案制订的科学化水平。因此，如何运用具有强大生命力的高新技术，及时把握社会经济和交通发展的客观趋势，增强交通规划的超前意识和宏观指导，为交通规划及建设提供信息支持，对于提高交通规划的效率与质量具有重要的意义。

2 系统研究目的

针对现有的交通规划基础信息资料，构建道路网络数据模型，并建立交通规划空间信息数据库，实现空间数据和属性数据的无缝集成和管理;通过开发交通规划信息系统与EMME软件的数据接口，实现数据兼容和共享;通过研发路网数据管理、公交线路编辑和管理、道路预测流量以及数据交互等功能模块，结合交通规划相关业务模型，利用GIS的空间分析运算功能和GIS空间数据展示功能形象直观地表现分析结果，为交通规划提供辅助决策支持。

3 系统研究内容

从分析国内外交通规划基础信息系统的研究发展现状出发，针对现有的规划方法对空间数据管理不足的缺点，结合武汉的交通规划信息，将GIS引入到交通规划中来，将GIS与DBMS相结合，利用GIS强大的空间数据管理能力和DBMS的属性管理能力对城市交通规划中产生的大量原始的属性数据与地理数据进行统一的管理，为交通生成预测提供数据支持。主要有以下内容:

(1)系统总体框架的研究

对交通规划信息系统进行总体设计，提出了城市交通规划基础信息系统的总体框架，并在总体框架的指导下，确定系统的建设方案。

(2)交通规划信息数据库的建立

建立交通规划信息数据库，包括空间数据库和属性数据库，利用ArcGIS Geodatabase数据模型来管理空间数据和属性数据，建立空间数据之间的拓扑关系、属性数据与空间数据之间的关联关系。

(3)系统功能设计开发与实验

在城市交通规划的交通小区、城市区划、公交线路、轨道线路、城市路网等地理模型的基础上，以Arc-GIS强大的数据管理功能和空间分析功能为支撑，开发实现路网数据编辑，如道路节点、路段、交叉口等数据的拓扑检查、道路网络属性赋值;开发实现公交数据管理，如公交站点、公交线路的编辑和生成。在实现交通规划信息系统与EMME软件数据交互基础上，开发道路、公交统计信息输出功能模块，生成预测流量信息专题图。

4 关键问题的研究与实现

针对现有的交通规划基础信息资料，构建道路网络数据模型，并建立交通规划空间信息数据库，实现空间数据和属性数据的无缝集成和管理;通过开发信息系统与交通规划软件数据接口，实现数据兼容和共享;通过研发路网数据管理、公交线路编辑和管理、道路预测流量、道路指标以及EMME软件数据交互等功能模块，结合交通规划相关业务模型，利用GIS的空间分析运算功能和GIS空间数据展示功能形象直观地表现分析结果，为交通规划提供辅助决策支持。系统研究和解决的几个关键问题如下:

(1)在系统中实现道路网节点(node)、路段(link)、交叉路口、轨道线路(RailLine)、公交线路(BusLine)等数据的拓扑检查和错误处理，建立正确的道路网络拓扑结构，构建交通道路网络数据模型;

①关键数据主题分类

基于城市规划交通规划流程和主要环节明确数据需求和数据结构，按照空间数据的逻辑关系或专业属性分为各种逻辑数据层或专业数据层，建立了以下关键数据主题分类，如表1所示。

数据主题分类表 表1

②关键数据关联与拓扑结构

根据交通模型构建相关地理信息的数据关系需求，建立了如图1所示的数据主题的关联关系。

图1 数据主题关联关系

空间地理信息数据库之间的关系主要表现为空间数据上的拓扑关系和属性数据之间，以及属性数据和空间数据之间的关联关系。应用DBMS(数据库管理系统)的概念和方法将这几种关系集合管理。

a.空间数据之间的拓扑关系处理:主要考虑点(交叉口，公交站点等)，线(道路中心线，公交线路等)，面(交通小区，停车场等)之间以及这几个层内部数据单元之间的拓扑关系的处理。

b.属性数据与空间数据之间的关系处理:主要考虑属性数据和其对应的空间数据，通过关键字段之间的关联。

c.属性数据之间的关系处理:属性数据之间通过关键字段关联。

d.交通规划信息库采用标准化的对象数据关系图描述数据项之间的关系，其中:

e.空间数据之间的拓扑关系处理主要是依靠ArcGIS Desktop自带的拓扑关系工具设置。

f.属性数据之间以及属性数据和空间数据之间的关系主要是依靠关键字段关联。

在数据库设计中，形成标准化的数据关系，如表2所示。

数据主题关联关系 表2

(2)建立与EMME的数据接口，用EMME实现模型分析和计算，将模型数据信息导入GIS信息库，实现数据交互。

EMME软件是加拿大蒙特利尔大学开发用于交通预测及交通分析的专业软件。它的模型计算功能十分强大，能够对路段、节点、公交路线、公交路线段和模型数据进行交互计算。本系统研制开发EMME交互功能是为了将交通模型运算出的结果导入交通规划信息数据库，在ArcGIS软件中通过二次开发模块，实现专题地图的统计输出。同时开发数据转换模块，在ArcGIS软件中实现文件数据联接方式，将基础路网数据导入EMME软件。

从系统建立某一方案数据库的基础上，将节点、路网等GIS数据转换为EMME软件可以接受的数据库格式，首先建立*.in文件格式的数据表，将节点坐标、节点号、路段的起终点号、路段长度、车道数、路段类型等数据通过ArcMap二次开发模块进行统计计算后逐项输入.in数据表，然后EMME软件可将数据表以批输入方式读入自身数据库中，形成可视化图形。数据交互流程如图2所示。

图2 GIS数据与EMME软件数据交互流程图

(3)使用ArcGIS 9.2软件平台，选择基于ArcObjects组件的GIS技术，在Visual Basic for Application及Visual Basic 6.0开发环境下编写功能代码进行系统开发，开发实现道路预测流量信息的统计输出以及路段流量专题图等功能模块;

图3 EMME交互模块数据库文件

通过研究分析采用文件数据联接导入方式，使用本系统的GIS－EMME模块，将路网节点、坐标、长度等属性信息批量输入到系统，自动生成的*.in样式数据库文件中，如图3所示。数据库文件的数据输入严格按照EMME软件对外部数据库文件的格式要求进行。然后调用EMME软件的宏命令，将基础路网数据录入到EMME软件，再使用EMME软件强大的分析模型对数据进行分析计算，使用EMME－GIS模块将结果输出到交通规划信息数据库中，最后在ArcGIS中调用功能模块将路段流量数据值与路段进行挂接，在地图中生成路段流量饱和度专题图。如图4所示，根据路段流量PeakV_C划分多个阈值区间，用不用颜色对应路段不同的流量。

图4 路段流量饱和度专题图

5 研究结论与分析

在系统研发中，分析了传统交通规划中存在的问题，并针对交通规划数据模型的构建、数据管理，空间分析，专题数据统计输出等，针对这几个问题，提出了解决问题的方法和思路。构建道路网络数据模型，并建立交通规划空间信息数据库，实现空间数据和属性数据的无缝集成和管理。通过分析交通规划系统数据建模的原则和数据模型设计的方法，开发出系统功能模块并使用相关功能实现基础路网数据模型的建模。

在系统实验中通过进行EMME交互功能模块的实验，实现了基础路网录入EMME软件的目标;路段流量饱和度功能模块成功实现交通流量信息在Arc-GIS和EMME软件之间的交互，将交通规划专业信息嵌入地理信息平台，为交通规划提供辅助决策依据。

本系统与EMME软件相比较，EMME软件的主要功能侧重于交通模型建模和模型分析运算方面，EMME软件虽然也提供了GIS数据的功能接口，但是在GIS图形分析和显示方面还是存在很多不足，而本系统利用ArcGIS软件开发的专题图输出功能模块提供了强大的空间分析和丰富的图形显示能力。通过将两者有机地结合起来，取长补短，能够为交通规划提供翔实、高效的基础数据及统计分析成果，进一步增强了交通规划机构的信息化技术力量，使其更好地为交通规划事业服务。

［1］苏广实.“3S”技术及其应用领域探讨［J］.广西教育学院学报，2006(6).

［2］洪英，张晓岩.GIS及其在交通规划中的应用［J］.森林工程，2006.

［3］申金生，张适平，张国伍.交通规划若干问题的思考及交通规划论［J］.经济地理，1994，14(4):54～57.

［4］陆锋，周成虎.基于特征的城市交通网络非平面数据模型［J］.测绘学报，2000，29(4):334～341.

［5］吕北岳，吴江.GIS技术在我国交通规划中的应用研究［J］.测绘科学，2003，28(2):45～47.

［6］杨明，曲大义，王炜等.城市土地利用与交通需求相关关系模型研究［J］.北京工业大学学报，2002(1).

［7］ArcGIS Transportation Data Model［Z］.ESRI，ESRI技术文档.

［8］ESRI，Inc.Working with the Geodatabase［M］.ESRI Press，2001，2 ～9.

［9］INRO Consulatnts Inc.，EMME/2 Users Manual［M］.Monrteal，Quebec，CANADA，1996..

［10］Jia Haowu，Frank Ji，Arcview and EMME/2 Data Communication For GIS Transportation Network［J］.CRT －2000 －16，Montreal.2000.

［11］J.Barcelo，E.Codina.INTERFACING EMME/2 WITH ALMSUN2M ICROSIMU－LATIOR［J］.上海理工大学学报，1999，21(3):20 ～24.

［12］Janmtic Wheway，Karl Cheuk.IMPLEMENTATION OF ROAD PRICING MODEL WITH THE EMME/2 MACRO LANGUAGE［J］.上海理工大学学报1999，21(3).