基于gis的智慧交通系统设计

张旭

摘要：社会迅猛发展的今天，逐渐出现了很多先进的科学技术，gis是其中较为常见的一种，其中包括交通系统，开发出性能良好，且功能健全的智慧交通系统。基于此，本文通过对地理信息系统（gis）的简单介绍，并阐述了智能交通系统的概念及功能，之后以此为基础，全面对智能交通系统进行了设计，为现代和交通事业的发展奠定良好基础。

关键词：gis;智慧交通系统;交通系统

引言：世界经济从二十世纪六七十年代开始进入了一个快速发展阶段。急剧增加的汽车数量，使得原来的道路显得越来越窄，道路的承载能力已经远远不能满足现有交通量增长的需要，因此为满足这些需求大量的公路和城市道路需要修建。同时，生活在城市中的人们也日益感受到道路阻塞、频频发生的交通事故所带来的困惑。交通阻塞、交通事故频发等现象已成为各种各样社会发展消极因素的诱因，比如社会经济损失、居民出行不便，城市中居民的幸福度下降等。随着这些问题越来越严重，也引起了世界各国对交通问题的重视，尽管世界各国在交通基础设施的修建方面都投入了大量的资金，但是没有一个国家的交通问题从根本上得到了解决。不断加剧的城市交通问题已经成为无论是发达国家还是发展中国家都必须面对的严峻问题。而想要解决这一问题，则必须开发出完善的智慧交通系统。

一、地理信息系统的概念

地理信息系统（Geographical Inf- ormation System，简称GIS）是六十年代中期开始发展起来的一门新兴技术。它是测绘学、地理学、空间科学、生态环境学、信息学、计算机科学、管理学、人工智能、专家系统与网络通讯技术等领域的边缘交叉科学，是以这些学科为基础技术平台，用各种现代化的方法来采集、存储、管理、分析、显示和应用与整个地球表面（包括大气层）空间和地理分布有关的数据信息的信息系统。它把地理位置和相关属性有机地结合起来，根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂地输出给用户，它满足城市建设、企业管理、居民生活对空间信息的要求，并且用户可以借助其独有的空间分析功能和可视化表达功能，进行各种辅助决策[1]。

二、基于GIS的智能交通系统的概念及功能

基于GIS的智能交通系统是为现代化交通指挥中心而设计开发的软件平台，它是一个开放式的复杂的系统，集控制、管理、决策于一体，它主要包括电子地图系统和数据库系统，其中电子地图系统是指与用户交互的部分、该系统能够实现地图的漫游、缩放功能，能够实现多媒体、多比例尺的图文双向查询，具有很强的数据修改功能，可以实现最佳路径选择和某些预案的推演，辅助指挥人员做出决策[2]。基于GIS的智能交通系统是交通管理的基础信息数据库，它由静态的道路网、道路宽度、等级、路名、地形地貌、重要场所等信息和动态的交通组织方案、等时图、交通拥堵、交通事故多时段、路段、警力配置等信息共同组成。它可以利用多媒体技术把一张地图分层展开，并按需要配上相应的数据、图形、图像、信息，使我们能够最大限度地了解到相关内容。它的特点是规模庞大、结构复杂、功能综合和因素众多。其主要功能如下：（1）数据输入编辑功能。实现输入、修改、编辑城市交通地图及其相关的属性数据。（2）图形库管理功能。实现对地图图库、图中的点、线、面的增加、删除等功能。（3）系统显示与查询功能。分层显示电子地图;按不同颜色或标记显示电子地图上的不同目标，并可显示不同目标的属性数据;地图的任意漫游、放大、缩小;显示实时的交通图像信息，实现交通诱导。（4）系统分析与决策功能。最佳路径分析是指可根据用户的请求，系统依据当前的交通拥挤情况，给出最佳路径分析结果;指挥调度是指对特种任务和突发事件能提供一套決策方案供指挥人员参考[3]。

三、基于GIS的智能交通管理系统的分析与实现

我们所开发的基于GIS的智能交通管理系统硬件平台可为小型机或服务器，服务器操作系统可为Unix或Windows2000及以上版本。数据库管理系统为Oracle8.0及以上版本。系统开发平台为VisualC++6.0，GIS开发平台为MaPhifo及MaPX。该系统主要是针对是在湖州市交警支队的需求进行分析与实现的。

（一）系统总体建设目标

我们开发智能交通管理系统的目的是为了提高基层交警中队（包括镇区中队、省国道中队、农村中队）的实战能力、工作效率、服务质量和决策水平。具体功能目标如下：

（1）在同一应用平台上，实现基层中队对机动车、驾驶人交通违法行为和交通事故信息的采集和处理，满足一线执法民警处理交通违法和交通事故的需求。

（2）实现机动车和驾驶人的户籍化管理，建立辖区内机动车和驾驶人相关信息的更新维护机制。

（3）实现对辖区内相关单位（机关、运输企业、学校、驾校）交通安全等基础信息的更新维护机制，确保基层民警及时掌握本辖区的交通安全管理情况。

（4）实现基层大、中队对日常业务工作台帐的计算机化管理。

（5）实现机动车、驾驶人、交通违法和交通事故等信息的关联查询，建立公安交通管理信息的综合查询机制[4]。

（6）建立有效的信息发布、业务监督和工作考核机制。

（二）数据采集与地理编码

将长春市1：5000地图数字化并转换为MaPInfoTable文件格式的电子地图。在 MaPInfo中完成了地图编辑、图层添加和地理信息编码等工作。该电子地图主要分为三层：基本层，信息层和详细层。电子地图与一个空间属性数据库关联，在空间属性数据库中存放与电子地图对应的相关属性信息[5]。

（三）系统运行的网络环境

该智能交通管理系统运行的网络环境如图1所示。

（四）系统结构设计

系统的逻辑结构设计和框架设计主要是在概念和技术层面上讨论对系统的

设计。系统体系结构设计则是站在使用者的层面来对系统的功能群进行划分。采用系统设计的方法，将复杂的智能交通系统划分为若干个子功能模块，同时在设计过程中对系统进一步进行分析，从而找出各个功能模块之间的通信机制和相互依赖关系，进一步描述系统的整体结构。系统结果一般分为纵向结构和横向结构，在系统设计中这两种结构分别对应于子系统的划分和系统层次调用关系[6]。

1.横向结构

在软件开发过程中，系统的设计是对系统分析的延伸。通过系统分析得出了若干用例，系统设计便是运用这些用例，按照系统的组织结构，将系统的功能需求划分为不同的功能模块。划分为：地图浏览、地点查询、路段通行状况显示、短时交通流量预测、最短路径查询、路段信息查询、路段历史流量查询、路口红绿灯控制、诱导信息发布和系统管理维护等。这些功能模块主要是与用户进行交互属于前台服务，同时系统还有一些功能直接的服务于上述功能从而间接的服务于用户，它们包括;外场设备的数据采集、数据融合、外场设备的通信等。同时地图浏览和地点查询作为系统前台服务的基本功能与其他的前台服务相关联，此不作为单独的模块列出。

2.纵向结构

纵向结构的划分主要在于用可视化的方法表明系统不同功能层次间的调用。通常情况下系统分为三层——表现层、业务逻辑层和持久层。

1）表现层

表现层正如其字面意思所展示的那样就是表现在外面的一个层次，一般只直接呈现给用户的层次。在Web应用的讨论中表现层一直都是一个小角色，直到

2005年初伴随着AJAX的出现，GoogleMap等一批样板工程摆到人们面前。开发者猛然发现原来Web应用还可以做成如此绚烂。本系统的表现层即利用了富客户端技术ExtJS——一个主流的Ajax框架。

ExtJS初期仅是对Yahoo！UI的对话框进行扩展，随着使用者的增多，越来越多爱好者的关注，ExtJS逐渐有了自己的特色。发展至今，ExJS除YUI外还支持Jquery、Prototype等的多种JavaScript的底层库，从而方便了开发者。该框架完全基于纯Html/CSS+JS技术，提供丰富的跨浏览器UI组件，采用JSON/XML等轻架构的数据格式作为组件的数据源，使得服务端表示层的负荷真正减轻，从而达到客户端的MVC应用[7]。

ExtJS除了能够为使用者提供富丽的显示之外，更依赖于其对Ajax的完美封装，从而大大增加了客户端的灵活性。

2）业务层

ArclMS是ERSI公司提供的空间数据库引擎，是一个可伸缩的网络地图服务器软件。它被广泛地用于向大量的网络用户发布网络GIS地图、数据和元数据。例如，ArclMS提供对GIS目录门户的基于浏览器的访问，使用户能够容易地发布和共享地理知识。ArcIMS在一种简单的框架提供了强大的GIS功能。它支持通过要素流的方式传送影像或矢量数据。从而改变了用户在互联网上交互制图及访问地理数据的方式。ArclMS包含了许多部分，每个部分在客户/服务器结构中都扮演了重要的角色。

WEB服务器也称为WWW（WORLDWIDEWEB）服务器，主要功能是提供网上信息浏览服务。WWW是Internet的多媒体信息查询工具，是Internet上近年才发展起来的服务，也是发展最快和目前用的最广泛的服务。本系统采用的WEB服务器是Tomcat。Tomcat在系统资源占用方面远远小于其他的服务器，同时Tomcat在不增加系统负荷的情况下能够很好的支持负载平衡与邮件服务等功能;另外，Tomcat作为一款开源软件，收到广大软件爱好者的追捧，有众多的社区成员对其进行持續改进，因此Tomcat变得越来越强大，功能越全面[8]。

3）持久层

ArcSDE是ArcGIS与关系数据库之间的GIS通道。它允许用户在多种数据管理系统中管理地理信息，并使所有的ArcGIS应用程序都能够使用这些数据。

ArcSDE是多用户ArcGIS系统的一个关键部件。它为DBMS提供了一个开放的接口，允许ArcGIS在多种数据库平台上管理地理信息。这些平台包括Oracle，OraclewithSpatial/Locator，MicrosoftSQLServer，IBMDB2，和Informix。如果你的ArcGIS需要使用一个可以被大量用户同步访问并编辑的大型数据库，ArcSDE为你提供必要的功能。通过ArcSDE你的ArcGIS可以在DBMS中轻而易举地管理一个共享的、多用户的空间数据库。

Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，因此Java程序员可以利用自己在Java中已经熟悉了的面向对象的思维来对数据库进行编程操纵。Hibernate可以应用在任何使用JDBC的场合，既可以在Java的客户端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web应用中使用。

（五）系统的功能设计

通过“智能交通管理系统”实现机动车/驾驶人相关信息！的关联查询，实现主要业务台帐的计算机管理，实现机动车/驾驶人户籍信息的采集、更新和汇总，实现交通违法信息、交通事故信息的采集、录入。系统具有以下基本功能：

（1）数据采集功能

1）交通事故的采集、录入功能：依据《交通事故处理程序规定》，实现交通事故数据的采集与录入。

2）非现场违法数据的采集功能：能够将各类非现场车违法信息自动导入“交通违法业务系统”数据库。

（2）系统管理功能

系统管理主要包括用户权限管理、数据维护、功能维护、设备信息管理、口令修改、系统配置等功能。

（3）信息查询功能

1）机动车信息查询：提供本辖区内和全国范围的机动车登记信息查询，并可实现机动车违法记录/事故记录信息的关联查询。

2）驾驶人信息查询：提供本辖区内和全国范围的驾驶人管理信息查询，并可实现违法记录/事故一记录等信息的关联查询。

3）交通事故信息查询：提供本辖区内发生的道路交通事故信息查询，以及本辖区内的机动车/驾驶人事故信息查询。

（六）信息共享要求

在建设"智能交通管理系统"时，我们充分考虑了平台与现有的机动车登记、驾驶证管理、交通事故处理、交通违法业务处理、危险化学品运输管理等系统的互通共享。在录入和更新平台相关信息时，能自动调用现有的机动车登记和驾驶人管理等信息，实现路面执法与源头信息、管理的共享，提高执法效率和管控水平。

四、结论

基于GIS的智能交通系统为现代化交通指挥中心提供了集控制、管理、决策于一体的软件平台。它利用先进的信息处理技术、导航定位技术、无线通信技术、自动控制技术、图像分析技术和计算机网络等技术，为加强道路、车辆、驾驶员和管理人员的联系，而建立起的一种在大范围内，全方位发挥作用的，实时、准确、有效的综合交通管理系统。将数据挖掘技术应用于智能交通管理系统，提取出隐藏在数据之中深层次的、关于数据整体特征描述和数据发展趋势的预测信息和知识，对于交警部门实时监测路面状况和交通流量，及时采取相关措施，有效疏导交通阻塞，减少交通违法、交通事故的发生都具有重大的意义。

参考文献：

[1]余景良，聂旭清，刘岸华.基于GIS测绘成果管理系统在综合智慧交通体系中的应用研究[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（03）：270-273.

[2]张育雨，何志林.基于BIM+GIS的城市轨道交通项目智慧管控云平台系统设计与建设实践[J].中国建设信息化，2020，114（11）：79-81.

[3]罗莉.基于GIS的城市智慧路测停车管理系统设计[J].自动化与仪器仪表，2020，246（04）：109-113.

[4]王凯，王婷婷，娄晨，等.基于WebGIS的可研设计管控互联网系统设计与应用[J].科学技术创新，2020，11（08）：108-110.

[5]曾广财.基于大数据人工智能时代的智慧交通研究[J].黑龙江交通科技，2020，314（04）：165-166.

[6]齐苗苗.基于GIS的综合交通可达性评价——以甘肃省为例[J].智能建筑与智慧城市，2019，08（6）：79.

[7]胡圣厦.高速公路运行调度指挥系统的建设实践和效益分析[J].企业改革与管理，2020，384（19）：217-218.

[8]张纯，代成，夏海山.基于数据融合的城市轨道交通规划理论研究——BIM与GIS一体化研究综述[J].都市快轨交通，2020，18（4）：97.

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