交通規劃決策支持系統的設計與開發

周運林

(深圳市勘察研究院有限公司，廣東深圳 518026)

1 前言

交通規劃決策支持系統是一個充分利用計算機技術、管理信息系統(MIS)、地理信息系統(GIS)、決策支持系統(DSS)、數據庫技術、數學模型和算法、交通建設技術規范等一系列高新技術的規模龐大、涉及面廣的大型軟件工程。該系統面向交通規劃業務人員和交通廳工作人員，提供了交通規劃專業信息的查詢、編輯、統計、分析、預測等功能。

針對現行交通規劃目標眾多，空間決策問題尚不能通過快速有效的方法予以解決的現狀，我們利用數據庫管理系統、計算機網絡、地理信息系統(GIS)的有關理論、方法和技術，建立多尺度、多時態交通空間數據庫，著重利用時空數據查詢、時空分析、空間統計、空間推理等功能，通過理論分析、模型建立與影響因子選定、數據庫開發、應用程序設計等步驟，建立一個能為交通規劃決策者提供有效支持的、以GIS為基礎的交通規劃決策支持系統。結合交通規劃和建設實際，為交通規劃工作提供準確的、全面的、多尺度多方位的空間和屬性數據，為交通規劃工作搭建全面完整的信息化平臺。

2 系統總體設計

2.1 系統目標

系統的建設目標是建立基于GIS技術、DB技術和MIS技術的交通規劃決策支持系統平臺，來集成全省的交通專題數據，實現全省交通規劃信息資源的整合與共享，并針對空間數據和屬性數據提供查詢、編輯、統計、分析和預測功能，將全省各項交通規劃工作納入信息化、科學化、規范化和系統化的軌道。

2.2 系統總體結構

本系統架構基于C/S和B/S混合模式進行設計。服務器采用大型商用數據庫SQL Server 2000加空間數據引擎ArcSDE管理交通專題的空間數據和屬性數據，通過ODBC與應用程序相連，充分保證數據庫系統的穩定性、安全性、高效性和海量數據存儲及快速訪問能力。在Windows XP操作系統環境下，基于ArcEngine組件和Visual C++開發環境編程實現客戶端應用程序以及后臺用戶管理和數據源管理平臺。系統界面基于Windows標準界面，是基于菜單、工具條、狀態條、按鈕、對話框的風格，通過鼠標和鍵盤操作本系統。

系統是基于C/S和B/S的混合模式的系統。系統的C/S架構部分主要用于實現省交通廳規劃業務應用，B/S架構部分主要用于今后各地市縣交通數據上報、發布和更新，如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

2.3 系統功能設計

系統由兩個子系統組成，分別為:交通規劃決策支持業務應用子系統和后臺管理子系統。交通規劃決策支持業務應用子系統的主要功能為:更新交通路網信息、路網查詢、路網評價及空間分析等。后臺管理子系統只提供給系統管理員使用，用于管理用戶、配置系統環境、數據源管理配置等。

(1)基本應用功能模塊

基本應用功能模塊主要實現一些基本的GIS功能，具體包括:視圖控制、圖層管理、空間量算、空間查詢、地圖編輯、打印輸出。

(2)業務功能模塊

業務功能模塊主要實現交通規劃相關的交通專題功能，具體包括:專題查詢、統計分析、交通規劃以及模型評價。其中交通規劃以交通專題數據、社會經濟數據等數據為基礎，運用交通規劃決策支持算法，得出交通規劃的建議，再通過專家的人工干預調整，形成最后的交通規劃結果。模型評價:包括利用一些指標模型提供對公路網現狀、港航現狀和交通可持續發展的評價。

(3)系統配置及安全功能模塊

①用戶管理:包括對用戶登錄名及密碼，用戶分組的管理。

②系統連接配置:配置服務器名稱等連接參數。

③數據源配置:配置系統數據源以及圖層、符號。

基本應用功能模塊和業務功能模塊包含在交通規劃決策支持系統主系統中，系統配置及安全功能模塊包含在后臺管理子系統中。

2.4 數據庫系統設計

參考交通部門的相關統計資料并結合項目實際，本系統涉及的數據主要分為矢量圖形數據、業務專題數據和后臺管理配置數據三大類，具體劃分如下:

(1)矢量圖形數據

主要是1∶250000公路矢量數據，與相應資料對照整理后通過ArcSDE分圖層導入到SQL Server 2000數據庫服務器中。矢量數據主要包括各交通要素，如道路、橋梁、隧道、航道、通航建筑物、港口、港區、碼頭、渡口、站場、收費站等。

(2)交通業務屬性數據

按照業務管理內容進行分類整理。主要可分為公路、水路、社會經濟和其他4大類。業務屬性數據按照規劃業務實際需求，以現有業務資料為依據進行整理入庫。業務專題數據中，公路專題數據包括各市州的運輸量、各條道路的交通量、各市州的公路運輸工具數據、各市州的道路里程數據、各市州的道路里程分布數據等;水路專題數據包括各市州的航道里程數據、各市州的通航航道里程分布數據、各市州的航道運輸量數據、各市州的航道運輸工具數據等;社會經濟專題數據主要指各地市州的人口、地域面積、收入和相關經濟指標等數據。其他專題數據主要指一些多媒體影音數據。業務專題數據均以數據庫表的形式物理存儲在業務專題數據庫中。

(3)后臺用戶和數據源管理數據

主要是用戶分組信息、權限信息、數據源管理信息等配置數據，主要用于保存后臺管理子系統的配置信息，以數據庫表的形式物理存儲在后臺管理數據庫中。

從上述對三大數據的分類可知，本系統管理的數據庫包括管理矢量圖形數據的空間數據庫、管理交通專題業務的屬性數據庫和管理后臺管理配置數據的用戶數據庫。矢量數據的各個地物對象通過其唯一的地理編碼與屬性數據庫中的數據形成關聯。獨立的用戶數據庫可以增強對數據庫訪問的安全性，方便用戶權限及角色的設置和分配。

交通要素的矢量空間數據通過ArcSDE存儲在矢量空間數據庫中;交通業務數據存儲在交通專題業務屬性數據庫中;用戶信息、權限信息、數據源信息存儲在用戶及數據源管理數據庫中。三個數據庫由位于服務器端的SQLServer數據庫管理系統統一管理，構成一個完整的數據庫系統。空間數據庫中的空間對象通過唯一地理編碼與屬性數據庫的記錄形成關聯，用戶數據庫存儲用戶信息、用戶權限、系統角色和系統配置信息，保證用戶能夠順利進入系統，進行符合自身權限的系統功能操作。

3 系統實現的關鍵點和難點

系統實現的關鍵點和難點包括:圖形數據的完備性;屬性數據組織結構、存取過程;統計圖表的生成;配置文件、中間計算結果的存取;最優路徑計算;交通評價模型的建立和算法實現;路網二維模擬顯示的實現。由于篇幅原因，此處只詳述使用了GIS的空間分析、空間統計和空間推理的方法，通過模型建立與影響因子選定的手段來實現的三個難點:最優路徑分析、公路網密度評價和道路迂回率評價。

3.1 最優路徑分析

最優路徑計算是本系統的核心技術之一。本系統中的最優路徑包括距離最短路徑、時間最短路徑和費用最少路徑。

距離最短路徑算法中給每條道路賦的值是道路長度;時間最短路徑算法中給每條道路賦的值是通過道路花費的時間(根據路況、路面等級、道路擁擠度等指標確定同一道路不同路段的平均車速，從而得出平均通過時間);費用最少路徑算法中給每條道路賦的值是通過道路花費的費用(根據各道路收費站收費標準、車型、車座數等參數確定該車通過此道路上收費站所花費用)。

本系統最優路徑算法的實現基于ArcEngine網絡擴展模塊提供的各種接口和方法。在進行幾何網絡分析前，首先要對FeatureClass進行幾何網絡的建立，然后利用這個幾何網絡進行最優路徑分析。執行最優路徑查找時，首先在網絡上定位兩個點，用于確定最優路徑的起始點和終點。本系統中，用戶可以在地圖上通過鼠標人機交互點選擇起始點，也可以通過點位名稱來選擇。

3.2 公路網密度評價

公路網平均密度是公路網當量里程與區域面積之比。當量里程是指各級公路按適應交通量換算成當量二級公路的總里程。具體計算方法及計算公式如下:

①當量里程計算

當量里程是對照各等級公路適應交通量表將各等級公路里程換算成二級公路里程，再累加得到當量總里程。公式如下:

其中:Qi—i路段對應的等級適應交通量，如i路段為高速四車道，則對應Qi為高速四車道適應交通量;

Q—二級公路對應的適應交通量;

Li—i路段里程。

各等級公路適應交通量表如表1所示:

等級公路適應交通量表 表1

②區域面積

區域面積是使用空間幾何網絡自動構面的算法將路網所在區域形成閉合區域，計算其面積。

③公路網平均密度

公路網平均密度是公路網當量里程與區域面積之比。公式如下:

公路網平均密度:E=Ld/R

其中:R—區域面積;Ld—公路網當量里程。

3.3 道路迂回率

道路迂回率是研究相鄰結點之間的連接相對直線作何種程度的迂回。用實際連接距離和假想直線連接距離之比表示。實際連接距離通過道路長度可以得出，假想直線連接距離是指定點之間通過空間連接的方式構建的兩點之間直線的長度。如果迂回率的計算結果大于2.0，則該連接屬于高迂回率，表明兩點間需要新建公路連接，是新公路網連通的對象。

其中:Ls—相鄰兩點間的實際連接距離;

Lj—相鄰兩點間的假想直線連接距離。

4 應用效果

該系統集成了湖北省的交通專題數據，實現了全省交通規劃信息資源的整合與共享，面向交通規劃業務人員和省交通廳工作人員，提供了交通規劃專業信息的查詢、編輯、統計、分析、預測等功能，今后還可以在該項目基礎上提供面向公眾的信息發布功能和面向各地市縣級交通部門的數據上報、數據匯總和信息分發等功能，如圖2所示。目前該系統已作為湖北省交通廳的辦公業務軟件，在全省交通規劃工作中發揮了重要的作用。

圖2 系統運行界面

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