区域交通规划模型及应用系统的设计

王长鹏，张学明，吴闯

(济南市勘察测绘研究院，山东 济南 250013)

1 引 言

现阶段交通规划在我国依然是一个十分年轻的行业[1]。合理的交通规划能够促进社会经济健康发展，为城市的各项功能合理有序的发展提供一个稳定的保障和坚实的基础。近年来，在各级别、各类交通规划的指导和控制下，城市交通发展的科学性、有序性得到了很大提高，对于交通发展中减少对资源的占用、降低对环境的负影响、提高建设效益和降低建设成本、提高对社会经济的服务水平等多方面都起到了很重要的作用[2]。随着在城市交通规划陆续取得了一些成功，人们开始扩大研究范围，对于区域交通规划的研究开始被大家重视起来。同城市交通系统相比较，区域交通系统更加复杂和综合，所以从整体上进行综合考虑。目前区域交通规划和城市交通规划一样，正朝着定量化、综合化、前瞻性发展，而且更加重视交通对环境以及区域社会经济发展的影响[3]。

湖北省位于我国的中部地区，具有承东启西、接南纳北的独特地理优势，而它“九省通衢”的特点也使湖北省成为重要的交通运输枢纽。作为“中部崛起”的一个重要战略要点，在全国经济发展战略格局中，湖北省的作用和经济竞争力将得到进一步提高，很大程度上也刺激了对交通更大的需求。“一带两圈、双轮驱动”新的经济发展格局，标志着武汉市的区域发展战略覆盖到了全省，发展到区域协调共进的新局面和新状况，对交通规划也提出更高层次的要求[4]。

基于湖北省交通规划的现状，对湖北省省内的交通信息化管理是十分重要的。要想转变交通规划的发展方式必须借助信息化的手段。要想实现交通规划的信息化，一定要充分利用现代化的通讯和网络技术，让一切与交通有关的信息资源都为交通规划来服务，全面提高交通规划处理事务的办事效率，使得交通规划更好地向信息化发展[5]。本文中的区域交通规划模型及应用模型系统就是交通规划信息化的成果之一。

系统体系结构采用以数据库为技术核心、地理信息系统为支持的C/S模式，即在系统软件和支撑软件的基础上，建立应用软件层/信息处理层/数据支撑层的多层结构，如图1所示。不同的服务层具有不同的应用特点，在处理系统建设中也具有不同程度的复用和更新。其中数据层和组件层的通信采用数据库适配器技术，支持多源异构数据库的读取和存储。业务层通过对组件层的细粒度服务进行封装，提供简洁实用的业务操作服务。

图1 系统体系结构图

2 数据库建设

区域交通规划模型应用系统由三个子数据库组成，分别为：管理矢量图形数据的空间数据库、管理交通专题业务数据的属性数据库和管理用户及配置数据的用户数据库。如图2所示：

图2 数据库结构设计

矢量空间数据的各个地物对象通过其唯一的地理编码与系统的属性数据库中的数据形成关联。独立的用户数据库不仅能够增强对数据库访问的安全性，而且可以很大程度上方便用户权限及角色的设置和分配。

需要将大量的历史交通规划数据连续变化，而不是间断的特点能够体现在该系统的交通业务属性数据库中，设计了一个数据库字典表和多个面向交通规划业务的视图，以便规划人员查询信息和规划成果表格的提交。

数据库后台管理子系统是建立在用户数据库的基础上。在这个基础上，区域交通规划模型应用系统中的数据库后台管理子系统才可以进行用户信息存储、用户权限分配、系统角色设置以及系统数据源管理。

3 交通规划空间算法

交通规划空间算法主要涉及的GIS中常见空间分析算法有Dijkstra算法、动态分段、缓冲区分析[6]，这些算法是GIS技术同交通领域的结合点。最短路径Dijkstra算法不仅简单，容易理解，而且使用方便。动态分段技术在交通规划系统中，不仅可以实现道路图形和属性的双向动态可视化查询和分析，还能够动态描述不同属性之间的关系，使得对数据的查询、分析和处理更加方便、快速。缓冲区分析思想在交通规划评价中的应用也是非常广泛，对全面评价交通规划是非常重要的。

4 交通规划模型

对系统所涉及的大部分交通规划模型，包括了通用模型、技术指标评价模型以及效益指标评价模型进行研究。其中通用模型包括弹性系数法、国土系数法以及生长曲线法等方法，模型的计算结果为交通规划业务提供预测、量化分析和评价功能服务[7，8]。技术指标评价主要从路网连通率、路网覆盖率、路网平均车速和路网平均拥挤度等方面对路网进行评价，实现对道路网的各项指标综合、全面、多角度地进行分析，针对性的对路网建设制定决策，下一阶段的交通规划工作更有科学性[9]。效益指标的评价主要包括：运行时间、运输成本以及交通事故这三个方面进行评价。这三个方面能够从侧面反映出交通规划决策的优劣。基于这三个方面进行交通规划的评价更加专业和全面，制定出的交通规划更具针对性和科学性[10]。

5 区域交通规划模型系统设计

为了有效地管理和使用交通规划应用分析模型，充分发挥它们在规划管理中的作用，系统功能的设计开发将紧紧围绕需求分析，划分为以下4个功能子系统：

①图形管理子系统

②数据库后台管理子系统

③信息查询与输出子系统

④交通规划模型子系统

5.1 图形管理子系统

图形管理子系统主要用于满足交通规划模型对图形数据的一些使用要求，这其中就包括对交通图形数据的管理；对各类图形数据(主要为1∶250 000交通矢量数据)的编辑；提供图形形式的多种信息查询功能；提供各类专题图形的制作及输出等功能，系统主界面如图3所示。

图3 图形管理子系统主界面

图形管理子系统中具有视图控制、图层管理、空间量算、空间查询、要素选取、地图编辑、制图及输出等模块。这些模块不仅可以实现对地图放大、缩小、漫游等基本操作，还可以以图层为管理单元，对系统加载的数据进行管理，实现地物要素的面积量算、距离量算等操作。这样就实现了对湖北省综合交通系统的图层管理，交通基础设施、交通运输量、社会经济等数据进行图形管理率，使得信息处理实现了综合化和形象化。

5.2 数据库后台管理子系统

数据库后台管理子系统是区域交通规划模型应用系统的支撑，是实现各种功能的中心环节。数据库管理子系统的设计应在充分分析数据源的基础上，对数据进行分类组织，设计结构合理、层次清晰、便于查询、调用方便、信息完整的数据库表结构。信息应包括道路、水路、铁路、社会经济、航空资料、技术报告文档等属性或空间信息，应支持空间信息的存储和海量数据的管理，应充分满足科学计算、图形显示、查询输出等对使用数据的要求，实现常规报表的生成输出，采用现代网络数据库技术，支持多种查询方式。

提供各级用户的分级及操纵权限管理，确保系统的安全。提供备份管理，以避免系统的软硬件故障及操作失误造成破坏时的数据库恢复。

5.3 信息查询与输出子系统

查询统计模块包括两个类别的功能：交通业务信息查询、交通图形信息查询。其中每个类别的功能下面又包含一些功能。

交通业务信息查询包括数据浏览、条件查询、复杂查询、查询条件保存、自定义查询、数据编辑、数据保存、数据输出。这些功能主要提供详细的属性数据的查询、修改、统计和分析功能；提供用户自定义查询和查询配置功能；实现基本信息查询、空间信息数据查询、系统信息数据查询等各种类型的数据信息查询功能。

交通图形信息查询包括按行政区查询、多点查询、二维模拟显示、最优路径查询。行政区查询、多点查询提供对行政区域内的各种要素信息进行查询与显示，实现对某个区域内信息的方便获取；二维模拟显示提供依据属性数据库中的交通属性数据对高速公路和国省道等线状空间图形数据进行实时的交通量二维模拟显示，依据数据库中的数据现状，系统可以对高速公路和国省道进行交通量和收费路段二维模拟显示；最优路径查询供用户计算湖北省范围内任意两点间的距离最短、时间最少和费用最省的最优路径，并可对路网中道路的权值参数进行设定，如图4所示。

图4 最优路径查询

5.4 交通规划模型子系统

交通规划模型子系统通过选择科学、合理的交通规划模型建立模型库，提供模型管理的功能。模型的调用过程中可动态调整参数，并调用数据库中的各类数据，根据规划任务进行数据处理与计算，提供预测、量化分析和评价等功能。依据功能的不同，可以将交通规划模型子系统划分为：模型管理、模型应用以及综合评价三部分。

(1)模型管理模块

交通规划模型子系统中模型管理模块主要是提供模型的基础管理功能，包括模型的基本分类，模型查找、删除、信息查看等功能。可以根据用户需要对子系统中的模型库进行管理，增加新的模型或者将已有的模型需要根据实际情况进行修改的参数重新设定。

(2)模型应用模块

模型应用模块是交通规划模型子系统的核心部分，也是整个系统中最关键的一个模块。模型应用模块的主要功能是调用相关模型进行业务分析与计算等操作，包括对模型基本参数的设定，可以根据用户需要设定参数，辅助指导交通规划决策，其结果是以图标的形式展现给相关的决策部门。同时还能够将计算结果进行保存，这样可以同实际的规划结果进行比对，然后来矫正模型参数的设定，使规划模型更加精确。

相关的决策部门可以利用已有的历史数据，采用指数平滑线性预测来对未来的交通规划状况做出预测，以此来指导规划决策工作，如图5所示为利用时间序列模型进行分析预测。

图5 时间序列模型指数平滑线性预测(平滑系数0.15)

(3)综合评价模块

综合评价模块的主要功能是根据相关的指标计算公式，计算出交通规划业务所需要用到的各项指标，主要包括技术指标与效益指标两项内容，评价的方式包括按地区评价、按年份评价、按指标评价、按所有指标综合评价，其主要功能多方式评价以及相关分析。

①多方式评价

以往对交通评价方式往往比较单一，很多时候造成评价比较片面，通常会比较缺乏说服力，给相关的决策部门和决策人员做决策的时候不能从多方式来做出下一阶段的规划工作，还是存在一定的缺陷。在综合评价模块中，通过引用了多方式评价的方法，可以按照不同地区、不同年份、不同评价指标或者是所有的评价指标来多方式的进行评价，从而能够更加全面地发现问题，能够更加有针对性地去解决问题，避免了下一阶规划工作中有可能会出现的冗余工作。图6就是从综合指标对湖北省交通评价的成果图。

图6 按所有指标评价

②相关分析

相关分析是用来获取数据间的相关系数。用户通过选择需要执行分析的数据列表，然后执行相关分析操作，就可以获得相关系数的计算结果，如图7所示，为货物运输平均距离与路网相关因素的相关性分析。

图7 相关分析操作结果

6 结 语

基于本文建立的区域交通规划模型应用系统已经在湖北省交通厅中被广泛应用，提高了工作效率，现对所做的工作总结如下：

(1)设计一个能实现以下功能的C/S模式的区域交通规划模型：安全可靠的数据管理、方便快捷的信息查询、功能强大并且专业性强、易于操作的系统。区域交通规划模型旨在真实、准确整理并分析湖北省的交通数据信息，快速、高效的处理大量历史数据，并结合现代专业的数学计算和预测模型来进行科学的分析和预测，准确反映湖北省的交通状况及发展规律。该系统是基于ArcEngine开发的，集成了湖北省的地形、各种级别的交通路线矢量文件，能够在系统上进行查询、管理，为相关部门提供直观的基础信息表现。

(2)子系统的划分。根据需要将系统合理的划分为四个子系统：图形管理子系统、数据库后台管理子系统、信息查询与输出子系统、交通规划模型子系统。实现对湖北省的交通相关数据进行存储、查询和专业模块计算结果的阅览、查询和管理，能够为湖北省的交通规划提供直观的基础信息表现，为决策者提供方案。

(3)相关的空间分析算法。系统一个主要特点就是将地理信息系统中网络分析等一些空间分析算法同交通方面相结合，为交通部门提供一个良好的评估和决策技术支持。交通状况指标不仅仅可以定性描述，而且可以实现定量描述。

(4)交通规划模型。系统从与交通相关的规划模型按照通用模型、技术评价指标模型以及效益基表评价模型分别整理。可以从不同角度、不同方面、不同用户按照各自的需求进行查询和分析，从而能够提供更加准确和专业的方案。

[1] 吴昊灵. 国外交通规划发展回顾与我国交通规划现状分析[J]. 现代科技：现代物业下旬刊，2010(4)：9～11.

[2] 高超. GIS-T在交通工程中的应用[J]. 交通世界(运输.车辆)，2013，12：124～125.

[3] 王燕妮. 湖北省交通运输系统与社会经济系统协调发展研究[D]. 武汉：武汉理工大学，2009.

[4] 陈东光. “逆四阶段”交通分区控制规划方法与实践研究[D]. 武汉：华中科技大学，2006.

[5] 陈新发. 湖南省高速公路网合理规模研究[D]. 天津：天津大学，2012.

[6] 李全富. 浅谈GIS在道路管理中存在的问题[J]. 交通运输研究，2006(2)：50～53.

[7] 赵胜川，何南. 弹性系数法在公路诱增交通量预测中应用[J]. 交通运输系统工程与信息，2011(3)：1～7.

[8] 季凯. 重力模型标定方法及分析[J]. 山西建筑，2012，11：18～19.

[9] 刘涛. 区域公路网规划理论研究[D]. 成都：西南交通大学硕士学位论文，2005.

[10] 彭力. 公路网规划评价指标体系与实施决策方法研究[D]. 南京：东南大学，2005.