基于GIS的城市三維交通路線查詢(xún)系統(tǒng)——以重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)為例

宋新碩

(西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715)

基于GIS的城市三維交通路線查詢(xún)系統(tǒng)
——以重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)為例

宋新碩

(西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715)

現(xiàn)在，隨著校園的交通線路的完善和教學(xué)建筑的越1來(lái)越復(fù)雜，交通車(chē)是多數(shù)人出行的首選方式。本文的目的在于怎樣才能方便人們出行時(shí)對(duì)交通路線選擇和查找以及實(shí)現(xiàn)對(duì)地物查詢(xún)。首先通過(guò)ArcMap、Arcsence、Sketchup等GIS相關(guān)軟件設(shè)計(jì)出三維校園模型，構(gòu)建校園交通網(wǎng)模型，并在三維中添加交通站點(diǎn)以及設(shè)計(jì)地物數(shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)之上提供不同建筑物的查找和定位，并根據(jù)交通站點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)建立不同的交通路線乘坐方案和交通路線查詢(xún)。方便人們的出行，操作簡(jiǎn)單，直觀的桌面系統(tǒng)。本文也提出三維交通線路在城市應(yīng)用的思想。

ArcScene;校園公交;查詢(xún)系統(tǒng)

1、引言

隨著數(shù)字地球的提出，中國(guó)也在加緊數(shù)字城市的建設(shè)［1］。三維數(shù)字校園作為數(shù)字城市的微觀表現(xiàn)，是數(shù)字城市在某一小區(qū)域的放大效果。也可以說(shuō)，三維數(shù)字校園是數(shù)字地球的理論、技術(shù)和戰(zhàn)略應(yīng)用到小范圍的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化建設(shè)的具體體現(xiàn)［2］。

近年來(lái)城市人口的增加，交通設(shè)施的也逐步健全，越來(lái)越多的人選擇乘坐公交車(chē)輛出行。然而對(duì)于不熟悉當(dāng)?shù)爻鞘械娜藖?lái)說(shuō)出行非常不便，尤其是在地勢(shì)復(fù)雜的西南地區(qū)。因此設(shè)計(jì)一個(gè)更接近日常生活的、更符合人的直接感官的三維地圖及交通查詢(xún)系統(tǒng)十分必要。本文以重慶西南大學(xué)為例提出了校園三維化的快速實(shí)現(xiàn)方法，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了交通查詢(xún)系統(tǒng)。

2、技術(shù)路線設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 技術(shù)路線設(shè)計(jì)。三維交通查詢(xún)系統(tǒng)應(yīng)用GIS相關(guān)軟件和C#語(yǔ)言設(shè)計(jì)而成的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的路線:首先，在ArcMap里通過(guò)遙感圖勾畫(huà)出校園建筑物，并且給建筑物添加名稱(chēng)、高度、位置等屬性，再勾畫(huà)出道路，并且附上相應(yīng)的屬性值;其次，將生成的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Sketchup，在Sketchup里設(shè)計(jì)三維圖，設(shè)計(jì)好三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ArcScene;最后，在VS.net設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的界面，并且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，通過(guò)三維數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)交通路線查詢(xún)和建筑物查詢(xún)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)介紹。Google Sketchup是一套直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作過(guò)程的設(shè)計(jì)工具，其能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)師的思想，也使得設(shè)計(jì)師可以直接在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思，是三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。

ArcGISEngine是ESRI在ArcGIS9版本才開(kāi)始推出的新產(chǎn)品，它是一套完備的嵌入式GIS組件庫(kù)和工具庫(kù)，使用ArcGIS Engine開(kāi)發(fā)的GIS應(yīng)用程序可以脫離ArcGISDesktop而運(yùn)行。

VS.net是Visual Studio.NET的簡(jiǎn)稱(chēng)，微軟公司研發(fā)的一個(gè)可視化開(kāi)發(fā)工具，它給程序員提供解決方案、源代碼管理和編譯調(diào)試等環(huán)境.包括Visual C#.net、Visual J#.net、Visual C++.net、Visual Basic.net。

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 功能設(shè)計(jì)。通常，人們?cè)诔俗＼?chē)之前，最想知道的信息有:本人所在位置、周邊最近站點(diǎn)、目的地附近站點(diǎn)、某次公交運(yùn)行路線等。因此，本次研究以西南大學(xué)為例，將校車(chē)信息查詢(xún)系統(tǒng)的功能初步設(shè)計(jì)為以下幾個(gè)方面:

(1)地圖瀏覽:提供西南大學(xué)三維圖瀏覽功能，實(shí)現(xiàn)地圖的基本操作，如放大、縮小、漫游等;(2)圖層控制:將地圖信息分類(lèi)，形成不同的圖層，用戶(hù)根據(jù)需要顯示不同圖層;(3)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的相互查詢(xún):提供各方面與公交相關(guān)的信息查詢(xún)，包括公交站點(diǎn)、公交路線和教學(xué)樓的查詢(xún);(4)公交換乘查詢(xún):進(jìn)行任意兩個(gè)站點(diǎn)之間相關(guān)的公交換乘信息查詢(xún)。

3.2 體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)按照用戶(hù)界面、查詢(xún)系統(tǒng)、功能模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)等不同層面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)的管理包括對(duì)交通站點(diǎn)的數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)管理，即對(duì)基本地理信息進(jìn)行管理和維護(hù)。本系統(tǒng)采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器 (Client/Server，C/S)體系結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。C/S結(jié)構(gòu)3層結(jié)構(gòu)，第1層是客戶(hù)界面，提供用戶(hù)和系統(tǒng)的友好交互;第2層是服務(wù)器，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn);第3層是數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、訪問(wèn)及優(yōu)化［2］。

4、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 三維圖的制作

4.1.1 地圖配準(zhǔn)。(1)把西南大學(xué)的地形圖定義好投影信息加載到ArcMap中，使用Georeferencing模塊選取圖上的控制點(diǎn)對(duì)地圖進(jìn)行校正，使之在屏幕上正確的顯示，并且具有正確的坐標(biāo)和單位;(2)利用同樣的方法校正西南大學(xué)遙感圖像，把遙感圖像中特殊點(diǎn)校正到與地形圖相對(duì)應(yīng)的位置。

4.1.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。(1)打開(kāi)Editor工具欄，在已經(jīng)配準(zhǔn)好了的遙感圖像上矢量化出校園的建筑，草坪，湖泊等元素;(2)對(duì)于校園的道路，可以大致勾勒出了的位置，利用生成緩沖區(qū)的方法，生成道路，在道路上在增加一些校園車(chē)的站點(diǎn)，在每一個(gè)站點(diǎn)增加一個(gè)StationName;(3)打開(kāi)矢量化后的數(shù)據(jù)的屬性表，增加一個(gè)height字段，給每一個(gè)數(shù)據(jù)都附上相應(yīng)的高度值，對(duì)于道路增加一個(gè)StartID(起始點(diǎn))字段與FinishedID(終止點(diǎn))字段［3］;(4)在進(jìn)行三維模型貼圖以前，先對(duì)西南大學(xué)校園場(chǎng)景素材圖進(jìn)行處理。

4.1.3 轉(zhuǎn)出數(shù)據(jù)。在ArcMap中使用SketchUp插件選中要轉(zhuǎn)出的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為.sk文件，并利用剛才新添加的height字段作為導(dǎo)出的三維模型的高度。

4.1.4 添加材質(zhì)

(1)在SketchUp軟件中打開(kāi)轉(zhuǎn)出的三維模型，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的修改和優(yōu)化;(2)給生成的模型貼上材質(zhì) (使用西南大學(xué)校園場(chǎng)景素材圖，如果沒(méi)有，可以選擇軟件自帶的材質(zhì));(3)在基本完成的基礎(chǔ)上，可以利用SketchUp模板中的素材對(duì)校園添加樹(shù)木、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、電燈、椅子等素材。

4.1.5 把數(shù)據(jù)導(dǎo)出到ArcScene中顯示

(1)在ArcCatalog中新建一個(gè)GeoDatabase，并在Geodatabase中新建多個(gè)FetureClass，把SketchUp中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到數(shù)據(jù)庫(kù)中 (選擇少量數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，避免導(dǎo)出錯(cuò)誤);(2)把導(dǎo)出的文件加載到ArcScene中顯示最終的校園三維圖。

4.1.6 最終結(jié)果圖

4.2 圖層控制功能的實(shí)現(xiàn)。ArcGIS Enging axTOOlbarControl提供了實(shí)現(xiàn)三維圖瀏覽功能的多個(gè)控件，包括專(zhuān)門(mén)用于圖層控制功能的控件——axToCControl，它可以呈現(xiàn)和修改當(dāng)前發(fā)布的地圖圖層，為了減緩服務(wù)器的負(fù)荷，你可以根據(jù)需要的來(lái)選擇應(yīng)該顯示的圖層。

4.3 交通線路查詢(xún)實(shí)現(xiàn)。交通路線查詢(xún)采用站點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)直接查詢(xún)，當(dāng)用戶(hù)在站點(diǎn)文本框中輸入路線名時(shí)，系統(tǒng)直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)顯示該站點(diǎn)的詳細(xì)信息，包括開(kāi)班時(shí)間，收班時(shí)間，和該路線所經(jīng)過(guò)的站點(diǎn)等信息。

用戶(hù)乘車(chē)時(shí)可能有兩種情況，第一種情況直達(dá)不需要轉(zhuǎn)站，當(dāng)用戶(hù)在文本框里輸入從哪到哪的站點(diǎn)名時(shí)，系統(tǒng)直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢(xún)同時(shí)有出發(fā)點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的路線，這幾個(gè)就是所要查詢(xún)的乘坐的交通路線。第二種情況通過(guò)轉(zhuǎn)車(chē)到結(jié)束點(diǎn)，當(dāng)用戶(hù)在文本框里輸入出發(fā)點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)時(shí)，首先找到具有出發(fā)點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的所有的交通線路，再找出這些交通線路中有具有交叉的站點(diǎn) (即具有a的站)，最后查到這些站點(diǎn)重復(fù)的站點(diǎn)，這些重復(fù)點(diǎn)就是中轉(zhuǎn)點(diǎn)［4］。

找到中轉(zhuǎn)站以后，通過(guò)出發(fā)站和中轉(zhuǎn)站查到開(kāi)始乘的車(chē)，在通過(guò)中轉(zhuǎn)站和結(jié)束站找到要轉(zhuǎn)的車(chē)。例如:從西南大學(xué)的6號(hào)門(mén)到橘園需要到地科院轉(zhuǎn)車(chē)，首先找出經(jīng)過(guò)6號(hào)門(mén)的交通線路有一、二路線路，查找出在一線路交叉路口的站點(diǎn)有地科院、田家炳、就業(yè)中心、培訓(xùn)學(xué)院，在二線路的交叉路口的站點(diǎn)有地科院、田家炳、培訓(xùn)學(xué)院，其次找出經(jīng)過(guò)橘園的交通線路有三線路，查找出在三線路交叉路口的站點(diǎn)有地科院、就業(yè)中心、培訓(xùn)學(xué)院。然后，一、二線路中的交叉站點(diǎn)與三線路的交叉站點(diǎn)做比較，找出具有相同的交叉站點(diǎn)地科院 (找出每個(gè)線路第一個(gè)相同的交叉站點(diǎn)即可)，地科院就是所要中轉(zhuǎn)站 (如圖6)。最后，將6號(hào)門(mén)作為出發(fā)點(diǎn)，地科院作為結(jié)束點(diǎn)，直接查詢(xún)交通線路，再將地科院作為出發(fā)點(diǎn)，橘園作為結(jié)束點(diǎn)，直接查詢(xún)交通路線，將兩個(gè)結(jié)果連接起來(lái)就是想要的結(jié)果［5］。

用戶(hù)查看建筑，有兩種方式，第一種方式直接在圖上通過(guò)鼠標(biāo)移到建筑物上，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用ILayer里showsTips和DisplayField兩個(gè)接口顯示建筑物名［6］。第二種方式是輸入對(duì)象名稱(chēng)，用VS.net中的Tooltips提供的shows方法，通過(guò)IScene-Graph接口將屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成三維坐標(biāo)作為參數(shù)傳到shows方法里，Tooltips將定位于所要查詢(xún)的建筑物上并顯示建筑物名。

5.結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)借助三維技術(shù)管理校園交通共用信息平臺(tái)中的公交信息，實(shí)現(xiàn)了公交信息管理的可視化與三維性，也有助于城市公交信息的數(shù)據(jù)挖掘和交通管理的輔助決策，如果在城市交通線路與站點(diǎn)建數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可以對(duì)處于交叉路口的站點(diǎn)加一特殊屬性，這樣在深度搜索是減少數(shù)據(jù)量。但是本系統(tǒng)是基于三維的校園的交通查詢(xún)，要擴(kuò)展到三維交通線路查詢(xún)［7］，需考慮社會(huì)城市交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，以及對(duì)乘車(chē)多次換乘和最短路徑不同影響乘車(chē)因素考慮，而且三維在網(wǎng)上發(fā)布需要更深層次的研究。

指導(dǎo)老師:陳俊華

［1］錢(qián)健，譚偉賢.數(shù)字城市建設(shè)［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［2］鄔倫，劉瑜，張晶等.地理信息系統(tǒng):原理、方法與應(yīng)用［M］.科學(xué)出版社，2001，18-86.