交通运输基础设施效能评估GIS系统设计

文/樊江

交通运输基础设施是交通运输业发展的基础支撑，其效能是反映其在交通运输中体现出的实际保障能力，是重要的影响因素。构建交通基础设施效能评估GIS系统，能够对交通基础设施效能评估提供可视化、定量化的支持和分析手段。

1 系统指导思想及总体架构

交通基础设施效能评估GIS系统，总体框架从横向看，分为数据采集子系统、数据审验子系统、评估分析子系统三大子系统。在纵向上，采用纵向分层的思想进行细化分解：

（1）“细分”的思维。交通运输基础设施效能评估系统的横向分层是概括的、笼统的，采用细分的思维，将相关需求进行纵向拆分。

（2）“服务”的思维。利用服务细分系统逻辑，系统下层相对上层称为功能层，具体实现某种计算或展现服务；上层相对下层称为业务层，通过聚合服务实现自身逻辑，形成服务栈的模型。

（3）“自私服务”的思维。层与层之间通过应用接口进行沟通，高内聚、低耦合，最终达到系统高效、快速实现的目的。

（4）“数据过滤”的思维。单个层遵循“宽进严出”，实现过滤的效果，即本层不对上层提出要求。内部对于本层处理的数据做严格的校验，一旦发现问题数据，则丢弃之，以保证本层处理逻辑的正确，避免问题数据被逐次放大。

（5）“等级”的思维。层间通信时，上层可以调用下层功能，而下层不能调用上层功能，下层只能通过“回调”或“事件通知”和上层通信，避免层间依赖关系混乱。

（6）“小内核，大外延，工程库”的思维。在纵向分层的实施过程中，保持高度的抽象，遵循一个逻辑只写一次的理念，将成熟的代码模块做成工程程序库，以应用程序接口和上层业务层交互，以实现较高的重用率。

基于上述的系统设计指导思想，将交通运输基础设施效能评估系统纵向分为五层：数据模型层、通用服务层、集成环境层、应用模型层和系统总控层。

2 系统功能模块

围绕“摸清底数”、“评出效能”、“研提对策”，建立“以评牵建”的管理建设模式，经过对相关业务部门的需求调研，梳理得到交通运输基础设施效能评估GIS系统功能模块共分为综合视图体系模块、地图操作模块、查询分析模块、单项设施效能评估模块、设施体系效能评估模块、评估管理模块6个部分。

综合视图体系模块用于实现国家、区域、行政区划等不同空间尺度下交通运输基础设施的综合性可视化展现，包括单个设施展现、单一类型设施展现、设施体系展现。

地图操作模块主要实现对地图及三维场景保存、放大、缩小、漫游、全图显示、图形绘制及属性设置、设施编辑等，属于基础性的通用地理信息系统功能。

查询分析模块用于在不同区域不同设施按照不同方式进行检索查询，并将查询结果显示便于浏览查看，分为区域查询、设施查询、空间联合查询功能。

单项设施效能评估模块是对设施进行逐个逐项评估，查找该设施所存在问题，提供效能评估数据展示和指数评估模型功能。效能评估数据展示采用两种方式：一是对该设施效能数据进行文本可视化展示；二是对某一类设施效能评估存在问题，从问题类型、存在问题设施数量以及对应的设施以报表形式整理汇总。效能指数评估模型实现设施类型选取、模型数据初始化、评估结论图表、评估报告导出功能。

设施体系效能评估模块针对于区域内交通基础设施构成的统一整体进行效能评估，为设施体系空间分布规律、容量规模统计、服务区范围可视化提供定量化的评估分析手段。设施体系效能评估模块分为空间分布分析、设施统计、服务区地理模型三部分。空间分布分析集成邻近点指数、地理集中指数、空间基尼系数、不平衡指数、密度分析，实现对设施体系的空间分布格局规律定量化分析；设施统计实现不同设施类型数量、区域统计，为体系评估提供统计图、统计报表和统计报告；服务区地理模型提供设施体系服务区范围地理可视化分析工具。

评估管理模块提供权限管理、成果管理两大功能，权限管理用于实现对不同用户权限设置；成果管理实现成果储存、成果查询、成果汇总、成果导出功能。

3 关键支撑技术

在交通运输基础设施效能评估GIS系统研发中，涉及到的主要关键支撑技术有数字地图数据组织技术、四级空间索引技术、虚拟仿真场景实时目标视点控制技术、流程化处理引擎技术、插件式开发应用技术。

数字地图数据组织技术，采用分布式的数据库，按照分层分块组织和管理模型，基于数据库管理和文件管理相结合的办法，对获取的影像成果数据、矢量地图数据、原始栅格地图数据等集成，并在局域网或广域网上来方便地管理、分发和使用这些数据，使之更好的服务于评估业务。

四级空间索引技术，采用四叉树索引、R 树索引、图幅索引和动态索引机制，提供数据的访问路径或指针，通过筛选作用，排除大量与特定空间操作无关的空间对象，便于空间目标的查询以及提高各种空间数据操作的速度和效率。

虚拟仿真场景实时目标视点控制技术，采用SGAPI平台，结合视点控制理论与方法，按照单目标局部视图、单目标实时跟随和多目标全局视图，通过不同的开关量控制三种视点方式的切换，达到快速、方便的操控视点变换和对空间情况的把握。

流程化处理引擎技术，用于数据处理、加工和系统应用。流程化处理引擎由原子处理活动（GeoProcess Action）、过程处理数据（Proce-dure Data）、关系流（Relation Flow）、数据库引擎（SDE）4种要素组成。

插件式开发应用技术，用于搭建系统整体开发框架，以动态链接库或OCX控件的形式形成工程代码库，构建文件操作、Socket套接字操作、串口操作、XML操作、串行化、加密解密、数据映射、评估算法等工具重用箱，通过插件之间的通信契约，实现系统集成。

4 结语

综上所述，从指导思想和系统架构、功能模块、主要关键技术，探讨了交通运输基础设施效能评估系统设计，对于推动交通运输设施效能评估具有积极意义。