基于GIS 平臺的交通標線布設方案自動生成系統設計

周偉均，黃 敏，沙志仁

(中山大學智能交通研究中心，廣東 廣州 510006)

交通標線是交通設施中的重要組成部分，由畫于路面上的各種線條、箭頭、文字、立面標記、突起路標和輪廓標等所構成的交通安全設施［1］。合理設置交通標線不僅可以有效地管理和引導交通流，提高通行能力，更可以減少交通事故，預防交通擁堵［2］。為此，交通標線的管理越發受到重視，其信息化管理方面的需求日益明顯，而交通標線布設方案在計算機上的自動生成是實現交通標線信息化管理的基礎。

目前，交通標線布設方案生成方面的研究主要在交叉口自動化設計中所提及，而未獨立對其進行更深入的標線數據模型研究。譬如，利用AutoCAD輔助設計交叉口及其相應的標志標線等交通設施［3］，或者基于 AutoCAD 的二次開發應用［4－5］實現人機混合的交叉口自動布設。雖然有學者開始在面向自動布設的交叉口數據模型［6］中提及標線的數據模型與建立面向智能化管理的交通標線數據模型研究［7］，但所建立的標線數據模型難以滿足標線布設方案自動生成的要求。同時基于工程制圖軟件AutoCAD平臺，雖有著精確的圖形效果，但布設效率極為欠缺。

筆者建立了面向布設方案自動生成的交通標線數據模型，同時利用線性參考技術在ArcGIS 9.2與Visual Basic 6.0相結合的軟件平臺上，實現了更高效率的面向給定基礎路網的交通標線布設方案自動生成。

1 面向交通標線布設方案自動生成的研究思路

交通標線布設方案自動化生成是指在已經獲得交通標線所在路網的基礎數據及其布設方案的前提下，利用計算機實現標線的布設生成，同時允許修改生成效果圖。

交通標線布設方案自動生成對標線所在路網的數據模型要求并不高，采用傳統的結點 －弧段(Node-Arc)拓撲數據模型即可。傳統的結點－弧段數據模型是Sheffi結合圖論［8］理論所提出的，路網可以用圖論中的有向圖來描述。有向圖G=(V，E)是頂點與邊的非空集合，其中V是G中頂點的集合，E則是G中以V中頂點為端點的弧段的集合。

交通標線布設方案，包括了所要布設的交通標線種類、交通標線的線性參考位置信息及其相應的樣式信息。其中交通標線布設種類及其線性參考位置是設計人員根據實際道路情況、國標的相關規定及個人的設置經驗得到的，而標線的樣式是根據國標的相關規定確定的。

交通標線所在路網的基礎數據及其布設方案已經由設計人員獲取和設計完成。探討的是通過建立面向布設方案自動生成的交通標線數據模型，實現交通標線布設方案及標線與基礎路網數據的關系在計算機上的表達。接著利用線性參考技術，并選用ArcGIS的二次軟件開發平臺，實現標線布設方案的自動生成與顯示，并將標線的屬性信息寫入相應的交通標線數據庫中。

2 面向布設方案自動生成的交通標線數據模型

從數據的幾何特性來看，各種地理實體可分別用點要素、線要素及面要素代表。根據道路交通標線的幾何特征及其與線性參考系統的參考路徑的方向關系，將道路交通標線劃分為縱向標線、橫向標線及點狀標線。將基礎路網中的道路幾何中心線視為參考路徑，則縱向標線包括車行道中心線、車行道分界線、車行道邊緣線、禁止變換車道線等;橫向標線包括人行橫道線、停止線等;點狀標線代表不規則標線，包括導向箭頭、人行橫道預告標識、路面文字標記等。

面向布設方案自動生成的交通標線數據模型應能夠適用于給定的傳統結點－弧段路網基礎數據，以及能夠描述與該路網相對應的交通標線布設方案。因此，標線的數據模型需要對標線的樣式、線性參考位置信息進行完整地描述。結合交通標線對象的分類，對縱向標線、橫向標線及點狀標線的概念數據模型進行分析。

2.1 縱向標線

以圖1的車行道分界線為例，當取路網幾何中心線OA為參考路徑及參考路徑的起始點為O時，為完整描述車行道分界線的參考位置需要以下信息:車行道分界線的起始點距參考路徑起點的縱向距離From_Pos;車行道分界線的終結點距參考路徑起點的距離To_Pos;車行道分界線與參考路徑的橫向偏移Offset。取縱向標線兩個端點中距參考路徑起點最近的端點為車行道分界線的起始點。

圖1 車行道分界線示意Fig.1 The schematic diagram of lane－dividing line

由此，可以推導出更一般的面向縱向標線的概念數據模型，模型中包括了對標線樣式信息的表達，如圖2。

圖2 縱向標線數據模型E－R圖Fig.2 E－R diagram for data model of longitudinal markings

2.2 橫向標線

以圖3的停止線為例，為完整描述停止線的參考位置需要以下信息:停止線的起始點距參考路徑起點的縱向距離From_Pos;停止線的終結點距參考路徑起點的距離To_Pos;停止線起始點與參考路徑的橫向偏移距離From_Offset;停止線終結點與參考路徑的橫向偏移距離To_Offset。取橫向標線兩個端點中距參考路徑起點最近的端點為其起始點。

圖3 停止線示意Fig.3 The schematic diagram of stop line

同樣地，可以推導出更一般的面向橫向標線的概念數據模型，模型中包括了對標線樣式信息的表達，如圖4。

2.3 點狀標線

以圖5的導向箭頭為例，為完整描述導向箭頭的參考位置需要以下信息:導向箭頭距參考路徑起點的縱向距離Position;導向箭頭與參考路徑的橫向偏移距離Offset。

圖4 橫向標線數據模型E－R圖Fig.4 E－R diagram for data model of latitudinal markings

圖5 導向箭頭示意圖Fig.5 The schematic diagram of arrow

同樣地，可以推導出更一般的面向點狀標線的概念數據模型，模型中包括了對標線樣式信息的表達，如圖6。

圖6 點狀標線數據模型E－R圖Fig.6 E－R diagram for data model of spot symbol markings

3 面向交通標線布設方案自動生成的設計流程

圖7是標線布設方案自動生成的流程圖，它包括了以下3大部分。

圖7 交通標線布設方案自動生成系統設計流程圖Fig.7 Designing procedures for automatic generating designing plan system of traffic markings

3.1 數據輸入

首先，它包括了道路的基礎路網數據，根據路網基礎數據獲取其道路幾何中心線段的幾何屬性，并將道路幾何中心線作為線性參考系統的參考路徑。其次，是由設計人員所設計確定的交通標線布設方案，包括了標線的布設種類、標線的樣式信息、標線的線性參考位置信息。

3.2 方案生成

通過面向布設方案自動生成的交通標線數據模型，建立了標線與基礎路網的線性參考系統的聯系，及描述了交通標線布設方案的內容。然后利用線性參考技術與相應的軟件開發平臺，便可生成相應的縱向標線、橫向標線及點狀標線。

3.3 結果輸出

方案的生成不僅包括各種標線的生成顯示效果，而且包括了根據標線的數據模型生成相應的交通標線數據庫。

4 設計開發實驗

設計開發實驗對常見的道路交通標線進行建模，包括了車行道中心線、車行道分界線、車行道邊緣線、禁止變換車道線、停止線、人行橫道線、導向箭頭、車行道限速文字標志。采用了ArcGIS Engine 9.2的接口函數以及VB 6.0的面向對象開發技術，以GeoDataBase為屬性數據庫，對廣東省珠海市部分示范區域路段進行交通標線布設方案自動生成的系統開發設計實驗。圖8為交通標線布設方案生成效果圖。

圖8 交通標線布設圖Fig.8 Traffic markings designing

該系統能夠根據不同的道路基礎路網數據，選擇相應的線性參考系統及不同的交通標線布設方案，生成滿足交通組織管理的各種交通標線布設方案，且該系統能夠支持標線位置與樣式的實時更改。

5 結語

采用經典的結點－弧段路網模型與線性參考技術，作為道路交通標線自動布設方案自動生成的理論基礎，便于系統的開發設計與具備更廣泛的工程應用前景。為支持對交通標線布設方案的描述及標線與基礎路網數據的關系表達，詳細地分析面向自動布設的交通標線概念數據模型。系統的開發實驗證明，所建立的交通標線數據模型能夠根據給定的基礎路網數據，生成各種道路交通標線的布設方案，并具有較好的可擴展性與普遍適用性，為道路交通標線信息化管理提供了重要的技術研究思路。

所建立的標線數據模型并不能很好地滿足諸如導流線、中心線圈等面狀的標線生成，而暫時把面狀標線歸類為點狀標線處理。因此，后期的工作展望是將是把道路交通標線歸類為縱向標線、橫向標線、點狀標線及面狀標線，并致力于面狀標線布設方案的自動生成研究。

［1］GB 5768—1999道路交通標志和標線［S］.

［2］李振霞，鄭延生.北京市道路交通設施規劃及信息管理可行性分析報告［J］.道路交通與安全，2005(2):35－38.

［3］戴繼鋒，陸化普，王曉坤.基于CAD的路口渠化方案輔助生成工具研究與開發［J］.中南公路工程，2004，29(4):37－41.

［4］劉杰，陳建陽.平面交叉口交通設計自動化研究［J］.交通與計算機，2007，25(2):111 －114

［5］周錢，陸化普，徐薇.城市道路交叉口設計系統的研究 與開發［J］.武漢理工大學學報:交通科學與工程版，2006，30(2):187－190.

［6］嚴國燦，胡繼華，熊志.面向自動布設的交叉口數據模型研究［J］. 交通與計算機，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.