分析GIS技术及其在道路交通信息化中的应用

展英达

(苏交科集团股份有限公司，江苏南京 210000)

0 引言

GIS技术，中文名称地理信息技术，是多种学科交叉而成的产物，以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，能够实时提供多种动态的空间及地理信息。按照广义视角看待该技术，可将之视为开展地理研究、为地理决策服务提供海量精确数据支撑的计算机技术系统，其基本功能为将表格型数据、电子表格文件等直接转换为地理图形后，围绕相关显示结果进行后续的浏览、操作、分析。

1 GIS技术应用于道路交通信息化建设的相关分析

1.1 道路空间信息的获取、处理与交换

随着计算机、信息传递技术的迅猛发展，GIS技术正在朝向专业化、大型化、社会化、数字智能化不断发展。所谓的“大型”，主要体现在系统规模及数据存储规模两个方面。应用于道路交通信息化建设时，如果GIS的信息获取和存储当量不足以支撑现代城市动静态交通的体量时，很容易出现顾此失彼或是疏漏关键信息等问题。基于此，GIS技术应用于道路交通信息化建设，是时代发展的必然趋势，首先需要解决的关键性问题在于，通过GIS技术，市政管理、交通运输管理乃至于120急救、119消防等机构均能围绕道路空间信息的获取、处理、交换等进行密切配合，针对道路交通安全事故及其他问题，在第一时间加以解决。

业内对于地理空间数据重要性的认知为：GIS框架下的血液。无论是构建，还是维护道路空间数据，均是一项极其复杂，包含极大工作量的工程。如数据的获取、较远、规范化储存、结构化处理、后期数据的定期维护等，任何一个环节出现偏差，智能信息化道路交通体系的建设和运行均可能陷入停滞状态，从而引发一系列信息时代特有的“智能化交通问题”。一般来说，经由GIS技术处理的数据对象具备空间性、时间性，获得相应数据的方式多种多样，如野外全站仪平板测量、GNSS卫星系统定位测量、室内地图数字化扫描、数字摄影测量、基于遥感影像进行目标定向测量、道路交通空间地里信息数据转换等。上述技术的实际运用模式均已成熟，应用于道路交通信息化建设时，足以在短时间内成功构建基本框架[1]。

在上述基础上，道路交通的空间数据处于动态变化过程，具备较强的时效性。基于我国道路交通信息化建设的实际情况，目前，一些实用性较强的地理空间数据已经实现了周期不等的数据更新维护，数据库中存储的相关信息均具备较高的准确性，能够及时、完整地体现出GIS技术的应用价值。在未来的发展方向为：多部门、多行业、多种格式、多种类型的地理空间数据信息，能够实现即时调用与兼容，进一步提升城市道路交通系统的智能程度。

1.2 道路空间数据的深层统一管理

(1)道路交通空间数据模型与空间数据库的构建与管理，数据空间模型的主要作用在于，在道路交通信息化系统夏，完成对现实世界中各空间实体间关系的“虚拟”，将动静态交通全貌清晰地呈现在计算机显示控制端，为空间数据的组织和空间数据库的整体设计提供基本方法和研究框架。因此，新一代GIS技术应用于城市道路交通信息化建设时，空间数据模型具备特殊意义。目前，现代城市道路交通管理的常见模式分为要素(对象)模型、场模型、网格化模型。网格化模型实质上是道路交通系统信息化建设的初级阶段，即采用二元纵横坐标的方式，将城市交通运转体系分为多个网格，对具备特殊作用的点位(如医院、学校、举办大型活动并在一定时间内可能导致重大交通压力的体育场、大型商场等)采用二维坐标标注。一旦某个位置的交通压力超出道路的承受范围，或是出现交通事故时，城市指挥中心即会迅速通知有关单位、人员等，全部投入“解决问题”的工作中。要素模型与场模型的“智能”级别虽然高于网格模型，但在空间实体层面的相互关系、时空变化要素的描述、表达、数据组织及分析等依然存在一定的局限性。比如：1)空间点、线、面与系统监测目标之间只能维持简单的拓补关系，无论是生成及维护，均需耗费较多的时间与精力；2)无法清晰、有效地表达显示三维空间实体间的相互关系；3)通过其他渠道收集而来的数据信息和相关记录，尽管可以在某一时刻使空间实体间的关系以“静态”的形式予以体现，但尚无法跟踪显示出动态变化；4)一旦涉及异地、异构、一纸空间数据的互操作、分布式对象处理等问题时，道路交通管理系统很可能陷入全面崩塌的境地[2]。

(2)基于GIS技术的空间坐标系与道路交通空间地理数据的有机结合与常态组织。城市道路交通信息化建设的本质在于，使公共地理定位基础更加清晰。在传统的GIS系统框架下，几乎所有地理要素均需构建在经纬度之下，原理并未脱离二元坐标控制体系。网格化控制的局限性在于，点与点、线与线之间的“空白处”，无法被精准定定位，一旦将控制密度扩大(减小不同点位之间的统计数值，如两点之间原有的间隔为1000m，在500m的区段内设置新的点位)，初级智能系统将会不堪重负。如图1所示，为某果园内部的道路交通信息网格坐标图。根据其密度，可以在相邻两个点位之间继续设置新的点，表明对应区域的路况信息。但随着果园规模的扩大，传统GIS系统承载能力若无法随之提升，数据存储区域及信息梳理功能未曾改善，系统终将面临崩溃的危机。

实际上，基于GIS技术的道路交通空间地理数据应该采用“有机结合+常态组织”的方式，实行多种控制管理模式多轨并行。比如，城市主干道路眼线的里程数与空间位置实现有机结合，并配备线性参照数据；在此基础上，沿线的定位和测量均可以用空间定位实现互换，从而形成“结合道路里程数对空间数据其与之相关的所有属性信息数据进行无障碍查询”的管理框架。若“相关信息”暂时处于“无人问津”的状态，则无需在前端显示，只需做好后台(数据库)维护及更新工作，即可实现“非重要信息的常态化组织管理”。

图1 某果园内部道路交通信息网格坐标图

2 GIS技术在道路在道路交通信息化建设中的具体应用

2.1 GIS技术的主要应用模式简析

基于GIS技术的城市道路交通工具信息化建设工程，必须对GIS技术的应用模式进行全面梳理，明确其主要功能。结合现代城市的“主干道+环城公路缓解交通+区域功能性连接小路”的一般性设置，GIS的主要应用模式可分为：

(1)工程型GIS：应用于道路交通的数字制图与空间分析，主要作用在于：纳入各项空间信息元素，为信息化建设提供精准的数据支撑。

(2)企业型GIS：应用于数据管理与信息查询，此种应用方式的侧重点在于“管理”，即与道路空间有关的所有信息，是否调用、准确性为何等，需借助企业级的管理模式。

(3)部门性GIS：应用于业务管理、联网办公。基于城市道路交通整体管理框架，市政部门、交警大队、待命消防队及急救医护系统等，均可被视为具备特定功能的“部门”。一旦某个点位出现异常情况，城市控制中心即可迅速发布指令，前往目标点位的“不同部门”之间，也可以基于GIS管理控制移动终端，完成信息的实时交流。

(4)社会性GIS：应用于公众信息的检索与服务。城市化的深入发展尽管是时代的必然选择，且能够创造出更多的就业岗位，对于提振一个大型区域整体性的经济发展具备较大的益处。但问题在于，城市规模逐渐扩大，生活在同一城市不同区域的人，对城市的了解程度，很可能不如长时间关注该城市动态变化信息的外地人。因此，基于GIS的社会性道路交通信息化管理控制系统，必须能够依托与移动终端以及其他设备，为有需求的人提供动静态交通公共服务信息。比如智能化的管理系统中，会将居民驱车前往的目标点位周边停车场是否剩余停车位、收费标准等信息实时显现，为人们提供多样性的便利[3]。

2.2 GIS技术在市政新建道路工程规划设计阶段及老城区道路养护管理中的应用

城市新建道路的规划设计阶段，需要借助GIS技术的数据处理功能、空间分析功能。理想状态下，基于计算机，虚拟出施工区域周边环境的数字地形模型，若条件允许，还可以进一步构建出旷阔的三维交互地形可视化环境。至此，设计人员能够在最短时间内，选择沿线设施的布设位置、围绕主干道路、分支道路、功能性小道等进行规划统计，整体性地提升城市新建道路的最终质量。目前，欧美发达国家的常用技术在于：借助互联网发展因特网GIS或是webGIS，目的在于实现远程地理空间数据查询，不仅包含静态图形、动态图像(视频)，还可以深度剖析不同种类的地理空间。在国内，三网融合工程正在深度发展，无论哪一家运营商，只要其提供的信号能够应用于远程地理信息传输，道路交通信息化建设过程即可与之展开合作，使设计成果朝向数字智能化发展。

与新道路建设相对应的另一项关键环节在于，针对老城区已建道路养护管理工作的重视程度应该不断提升。几乎所有城市都面临老区改造问题，但核心问题在于，全面、彻底的动迁成本极大，开发商缺乏足够的资金，加之新区的投资条件虽然较好，但相当一部分城市居民的出行习惯将会受到严峻的考验。为了解决此类问题，基于GIS技术，对老区需维护道路周边的复杂情况进行全面梳理。具体流程为：(1)构建数据信息采集分析模块；(2)对老区路况进行全面分析；(3)动态追踪并全面纳入地方政府的政策，分短期和长期制定相应的目标；(4)输出综合评判信息，提出相应的养护及改建计划。

2.3 基于GIS技术，构建城市智能交通运输系统的有效方式

城市智能交通系统，能够极大地方便城市居民的日常出行。其构建原理为：技术人员运用新型GIS技术，结合计算机技术，对传统的城市动态交通运输系统进行完善，核心思路在于提高管理水平。结合国家信息化推进工作，以电子政务相关工程为基础，推动GIS在资源环境管理、道路交通信息化建设等环节的广泛应用，已成为我国各级政府及建设企业的重要任务。其中，GIS在以资源、能源、生产、资金等空间综合配置、优化组合为目的的信息化建设中，可以发挥应有的作用；结合相应的应用工程，还可以反向推动GIS的发展[4]。实际上，构建城市智能交通运输系统时，技术人员需要考虑的因素较多，累积之下，往往涉及城市未来的整体发展。因此，数字智能信息化的道路交通系统应该与GIS技术共同发展，从而为城市居民创造出更加便利的城市出行及生活条件。

3 结语

在道路交通信息化建设过程中，充分、合理、科学地运用GIS技术，以期全面解决传统交通网格化处理模式下的弊端，能够全面推动道路交通行业的健康发展，进而使我国基础设施建设迈向新的台阶。此外，越来越多智能元素的加入，将会降低交通事故的发生几率；或是通过智能化的梳理，引导各项“解决问题”的关键因素，在事故发生的第一时间内迅速介入，根本性提高城市交通运转效率。