基于GIS 平台的交通标线布设方案自动生成系统设计

周伟均，黄 敏，沙志仁

(中山大学智能交通研究中心，广东 广州 510006)

交通标线是交通设施中的重要组成部分，由画于路面上的各种线条、箭头、文字、立面标记、突起路标和轮廓标等所构成的交通安全设施［1］。合理设置交通标线不仅可以有效地管理和引导交通流，提高通行能力，更可以减少交通事故，预防交通拥堵［2］。为此，交通标线的管理越发受到重视，其信息化管理方面的需求日益明显，而交通标线布设方案在计算机上的自动生成是实现交通标线信息化管理的基础。

目前，交通标线布设方案生成方面的研究主要在交叉口自动化设计中所提及，而未独立对其进行更深入的标线数据模型研究。譬如，利用AutoCAD辅助设计交叉口及其相应的标志标线等交通设施［3］，或者基于 AutoCAD 的二次开发应用［4－5］实现人机混合的交叉口自动布设。虽然有学者开始在面向自动布设的交叉口数据模型［6］中提及标线的数据模型与建立面向智能化管理的交通标线数据模型研究［7］，但所建立的标线数据模型难以满足标线布设方案自动生成的要求。同时基于工程制图软件AutoCAD平台，虽有着精确的图形效果，但布设效率极为欠缺。

笔者建立了面向布设方案自动生成的交通标线数据模型，同时利用线性参考技术在ArcGIS 9.2与Visual Basic 6.0相结合的软件平台上，实现了更高效率的面向给定基础路网的交通标线布设方案自动生成。

1 面向交通标线布设方案自动生成的研究思路

交通标线布设方案自动化生成是指在已经获得交通标线所在路网的基础数据及其布设方案的前提下，利用计算机实现标线的布设生成，同时允许修改生成效果图。

交通标线布设方案自动生成对标线所在路网的数据模型要求并不高，采用传统的结点 －弧段(Node-Arc)拓扑数据模型即可。传统的结点－弧段数据模型是Sheffi结合图论［8］理论所提出的，路网可以用图论中的有向图来描述。有向图G=(V，E)是顶点与边的非空集合，其中V是G中顶点的集合，E则是G中以V中顶点为端点的弧段的集合。

交通标线布设方案，包括了所要布设的交通标线种类、交通标线的线性参考位置信息及其相应的样式信息。其中交通标线布设种类及其线性参考位置是设计人员根据实际道路情况、国标的相关规定及个人的设置经验得到的，而标线的样式是根据国标的相关规定确定的。

交通标线所在路网的基础数据及其布设方案已经由设计人员获取和设计完成。探讨的是通过建立面向布设方案自动生成的交通标线数据模型，实现交通标线布设方案及标线与基础路网数据的关系在计算机上的表达。接着利用线性参考技术，并选用ArcGIS的二次软件开发平台，实现标线布设方案的自动生成与显示，并将标线的属性信息写入相应的交通标线数据库中。

2 面向布设方案自动生成的交通标线数据模型

从数据的几何特性来看，各种地理实体可分别用点要素、线要素及面要素代表。根据道路交通标线的几何特征及其与线性参考系统的参考路径的方向关系，将道路交通标线划分为纵向标线、横向标线及点状标线。将基础路网中的道路几何中心线视为参考路径，则纵向标线包括车行道中心线、车行道分界线、车行道边缘线、禁止变换车道线等;横向标线包括人行横道线、停止线等;点状标线代表不规则标线，包括导向箭头、人行横道预告标识、路面文字标记等。

面向布设方案自动生成的交通标线数据模型应能够适用于给定的传统结点－弧段路网基础数据，以及能够描述与该路网相对应的交通标线布设方案。因此，标线的数据模型需要对标线的样式、线性参考位置信息进行完整地描述。结合交通标线对象的分类，对纵向标线、横向标线及点状标线的概念数据模型进行分析。

2.1 纵向标线

以图1的车行道分界线为例，当取路网几何中心线OA为参考路径及参考路径的起始点为O时，为完整描述车行道分界线的参考位置需要以下信息:车行道分界线的起始点距参考路径起点的纵向距离From_Pos;车行道分界线的终结点距参考路径起点的距离To_Pos;车行道分界线与参考路径的横向偏移Offset。取纵向标线两个端点中距参考路径起点最近的端点为车行道分界线的起始点。

图1 车行道分界线示意Fig.1 The schematic diagram of lane－dividing line

由此，可以推导出更一般的面向纵向标线的概念数据模型，模型中包括了对标线样式信息的表达，如图2。

图2 纵向标线数据模型E－R图Fig.2 E－R diagram for data model of longitudinal markings

2.2 横向标线

以图3的停止线为例，为完整描述停止线的参考位置需要以下信息:停止线的起始点距参考路径起点的纵向距离From_Pos;停止线的终结点距参考路径起点的距离To_Pos;停止线起始点与参考路径的横向偏移距离From_Offset;停止线终结点与参考路径的横向偏移距离To_Offset。取横向标线两个端点中距参考路径起点最近的端点为其起始点。

图3 停止线示意Fig.3 The schematic diagram of stop line

同样地，可以推导出更一般的面向横向标线的概念数据模型，模型中包括了对标线样式信息的表达，如图4。

2.3 点状标线

以图5的导向箭头为例，为完整描述导向箭头的参考位置需要以下信息:导向箭头距参考路径起点的纵向距离Position;导向箭头与参考路径的横向偏移距离Offset。

图4 横向标线数据模型E－R图Fig.4 E－R diagram for data model of latitudinal markings

图5 导向箭头示意图Fig.5 The schematic diagram of arrow

同样地，可以推导出更一般的面向点状标线的概念数据模型，模型中包括了对标线样式信息的表达，如图6。

图6 点状标线数据模型E－R图Fig.6 E－R diagram for data model of spot symbol markings

3 面向交通标线布设方案自动生成的设计流程

图7是标线布设方案自动生成的流程图，它包括了以下3大部分。

图7 交通标线布设方案自动生成系统设计流程图Fig.7 Designing procedures for automatic generating designing plan system of traffic markings

3.1 数据输入

首先，它包括了道路的基础路网数据，根据路网基础数据获取其道路几何中心线段的几何属性，并将道路几何中心线作为线性参考系统的参考路径。其次，是由设计人员所设计确定的交通标线布设方案，包括了标线的布设种类、标线的样式信息、标线的线性参考位置信息。

3.2 方案生成

通过面向布设方案自动生成的交通标线数据模型，建立了标线与基础路网的线性参考系统的联系，及描述了交通标线布设方案的内容。然后利用线性参考技术与相应的软件开发平台，便可生成相应的纵向标线、横向标线及点状标线。

3.3 结果输出

方案的生成不仅包括各种标线的生成显示效果，而且包括了根据标线的数据模型生成相应的交通标线数据库。

4 设计开发实验

设计开发实验对常见的道路交通标线进行建模，包括了车行道中心线、车行道分界线、车行道边缘线、禁止变换车道线、停止线、人行横道线、导向箭头、车行道限速文字标志。采用了ArcGIS Engine 9.2的接口函数以及VB 6.0的面向对象开发技术，以GeoDataBase为属性数据库，对广东省珠海市部分示范区域路段进行交通标线布设方案自动生成的系统开发设计实验。图8为交通标线布设方案生成效果图。

图8 交通标线布设图Fig.8 Traffic markings designing

该系统能够根据不同的道路基础路网数据，选择相应的线性参考系统及不同的交通标线布设方案，生成满足交通组织管理的各种交通标线布设方案，且该系统能够支持标线位置与样式的实时更改。

5 结语

采用经典的结点－弧段路网模型与线性参考技术，作为道路交通标线自动布设方案自动生成的理论基础，便于系统的开发设计与具备更广泛的工程应用前景。为支持对交通标线布设方案的描述及标线与基础路网数据的关系表达，详细地分析面向自动布设的交通标线概念数据模型。系统的开发实验证明，所建立的交通标线数据模型能够根据给定的基础路网数据，生成各种道路交通标线的布设方案，并具有较好的可扩展性与普遍适用性，为道路交通标线信息化管理提供了重要的技术研究思路。

所建立的标线数据模型并不能很好地满足诸如导流线、中心线圈等面状的标线生成，而暂时把面状标线归类为点状标线处理。因此，后期的工作展望是将是把道路交通标线归类为纵向标线、横向标线、点状标线及面状标线，并致力于面状标线布设方案的自动生成研究。

［1］GB 5768—1999道路交通标志和标线［S］.

［2］李振霞，郑延生.北京市道路交通设施规划及信息管理可行性分析报告［J］.道路交通与安全，2005(2):35－38.

［3］戴继锋，陆化普，王晓坤.基于CAD的路口渠化方案辅助生成工具研究与开发［J］.中南公路工程，2004，29(4):37－41.

［4］刘杰，陈建阳.平面交叉口交通设计自动化研究［J］.交通与计算机，2007，25(2):111 －114

［5］周钱，陆化普，徐薇.城市道路交叉口设计系统的研究 与开发［J］.武汉理工大学学报:交通科学与工程版，2006，30(2):187－190.

［6］严国灿，胡继华，熊志.面向自动布设的交叉口数据模型研究［J］. 交通与计算机，2008，26(4):84－88.

［7］Dong Q W，Yu Zh，Huang M.Modeling Research of Traffic Markings for Intelligent Management［C］//Pro.of the 4thInternational Conference on Intelligent Logistics Systems.Nanjing:Nanjing U-niversity Press，2008:61 －69.

［8］Sheffi Y.Urban Transportation Networks:Equilibrium Analysis with Mathematical Programming Methods［M］.NJ:Prentice Hall，1985:10－18.