iCenroView系统中的GIS设计与实现.doc

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1、iCentroView系统中的GIS设计与实现 摘 要 城市交通监控与管理系统（iCentroView）是根据我国城市交通的基本情况和智能交通的发展现状而设计实现的智能交通系统，地理信息系统（GIS）是iCentroView系统的基础，本文根据iCentroView系统的需求，设计实现了一个GIS系统，并且在实际运行中对iCentroView系统很好地支持，效果良好。关键词 GIS, iCentroView, 智能交通系统The Design and Implementation of GIS in the iCentroView SystemLu Ming-Wei, Qin Ming-Gui

2、, Zhu Yang-Yong(Shanghai Baosight Software Co., Ltd. Shanghai 201203, China)(Department of Computer Information and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China)(biby1101)Abstract The Urban Traffic Supervision and Management System(iCentroView) is an Intelligent Transportation System(ITS), w

3、hich is designed and implemented based on the basic condition of urban traffic and the development of ITS in our country. Geographic Information System(GIS) is the foundation of the iCentroView system. The paper has designed and implemented a GIS according to the requirements of the iCentroView syst

4、em. The GIS offers a very good support for the iCentroView system and obtain a high performance in actually running. Key words GIS, iCentroView, Intelligent Transportation System51. 引 言电子信息产业部发展基金资助项目上海信息专业资金项目基金编号：信部运2003446号智能交通系统（ITS）将先进的信息技术、 数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面运输管理体系，从而

5、建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理体系1。城市交通监控与管理系统（iCentroView）正是根据我国城市交通的基本情况和智能交通的发展现状而设计实现的ITS2。iCentroView系统最基础的数据是交通信息,而众所周知，交通信息与地理信息密切相关，因此地理信息系统（GIS）很自然便成为获取和处理地理信息的最佳选择。并且，GIS能够把数字信号和模拟信号显示在计算机屏幕上，iCentroView系统的大部分信息通过GIS来表示是非常方便和直观的。自然，GIS成为整个iCentroView系统的框架，它的各项显示功能都被有机集成在GIS的显示功能之中，目标

6、的定位，查询都要通过GIS完成。因此，GIS是iCentroView系统最重要的、不可或缺的子系统之一。iCentroView系统利用GIS技术构筑智能交通管理系统的共用信息平台，不但能够使交通信息在空间上直观明了地显示出来，并能为这些信息的深层次挖掘和后续信息服务及辅助决策提供空间属性上的支持。GIS是集计算机科学、地理学、测绘遥感、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的计算机应用系统，它采用数据库、计算机图形学、多媒体等最新技术，对地理信息进行数据处理，能够实时准确地采集、修改和更新地理空间数据和属性信息，为决策者提供可视化的支持3。在iCentroView系统中GIS主

7、要有两方面作用：一是多维地图的静态显示和动态显示作用；二是动态环境下数据库之间的交流作用。两方面相互作用，共同完成GIS中空间数据视觉化的任务。iCentroView系统中的GIS作为空间信息特别是交通信息的可视化产品，将交通路线及周围环境以视觉甚至是听觉感受的方式传输给用户，成为iCentroView系统与用户交流的最重要工具，因此，GIS应用的好坏，直接影响iCentroView系统的成败。本文根据iCentroView系统对GIS的需求，设计实现了一个GIS系统，并且在实际运行中对iCentroView系统很好地支持，效果良好。文章第二部分描述了iCentroView系统中GIS的需求，

8、第三部分介绍GIS的设计与实现，最后一部分是总结和对未来的未来展望。2. 系统需求根据iCentroView系统的设计需求，作为其框架、为其提供基础数据的GIS至少需要实现如下功能：1) GIS基本功能，包括电子地图的查看、放大、缩小等；2) 地理信息查询，需包含地图位置查询和交通信息查询；3) 路径查询，可查询最短路径、最优路径；4) 距离查询，可查询地图上任意两点间的直线距离；5) 快速定位，可以快速、准确地定位出目标的位置；6) 警力部署，可以协助指导警察如何部署警力；7) 统计分析，对各区域的案发数量等属性的统计报告；3. 系统设计与实现对于任何GIS，数据始终是系统的核心，在本文设计

9、实现的系统中，也充分体现了这一思想。整个系统的设计是建立在对数据的处理和分析的基础之上的，最终目的是为iCentroView系统提供准确、有效的数据及直观、清晰的视图支持。因而在系统的设计中，始终是以数据的获取、处理和分析为中心，通过数据存取引擎、查询统计引擎等实现一系列功能模块的开发，建成的GIS采用矢量化电子地图，包含基础地理信息数据和警用专业数据。其中基础地理信息数据包括行政区划、道路、铁路、桥梁、水系、植被、等高线等矢量图层数据；警用专业数据包括重点保护目标分布、电视监视摄像机分布、派出所警力分布、卡口分布等数据。系统包括多个子系统，下面将详细介绍各个子系统的设计与实现：WEB地图查询

10、子系统WEB地图查询子系统是通过Internet向用户提供地图查询功能并为iCentroView系统提供显示功能的应用系统，系统是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，结合计算机应用技术、多媒体技术进行设计的，实现了对电子地图的查询、浏览、放大、缩小、漫游、恢复等GIS系统的基本功能，用户还可以对查询的地图进行保存或者打印，也可以通过输入电子邮件地址将地图发送出去。如下图所示：WEB地图查询地理信息查询子系统地理信息查询子系统为iCentroView系统提供地理位置查询和交通信息查询的功能，是iCentroView系统的核心子系统之一。子系统中电子地图采用矢量图，支持分块、多级、多层的

11、地图显示，清晰明了。采用索引图，用户可以快速定位地图。提供单一条件查询和复合条件查询，可以通过点击图中相关设施获取其信息。还支持属性以及模糊查询直接定位地图。子系统包括地理位置查询和交通信息查询两部分。3.2.1 地理位置查询地理位置查询基于对地理信息数据库的查询，可以根据地名进行精确查找和模糊查找。根据用户的需要可以查找出道路，商业设施，公园，文教设施，住宅区，河流,行政区在地图中的位置，并以醒目的颜色为用户显示查找到的目标。快速定位功能是核心功能，通过矢量电子地图进行快速定位。交通指挥系统在接到110报警以后，可以利用电子地图系统快速确定位置。此外地图可以通过漫游、缩放方式查看。根据接警信

12、息, 利用电子地图系统准确地定位出目标位置，再结合路径信息查询子系统确保警察能够在最短的时间里到达事故现场。3.2.2 交通信息查询系统通过空间数据库与专题数据库的交流作用，获得实时的交通信息，交通信息包括静态信息和动态信息。静态信息包括城市路网、车辆分布与构成、交警岗亭、警力分布、警区划分、交通设施、交通标志、交通检测点与监视点的分布、电子警察分布、辖区政府、公安局位置、交警支队、大队的位置、人数、管辖范围、巡逻路线、执勤岗点等。动态信息包括路况视频信息、GPS巡逻警车信息、路口违章车辆信息等。用户可以通过点击在电子地图上相关的设施后立刻显示相关的数据，也可以通过简单的输入来获得以上信息，查

13、询结果将根据需要以各种直观的形式显示给用户。路径信息查询子系统路径信息查询子系统提供的功能包括查询最短路径，最优路径，查询两点间直线距离。查询最短路径，任意给出地图上两个可以到达的位置，系统将扫描矢量电子地图，利用Dijkstra最短路径算法找出两点间的一条最短路径，并在地图上用不同颜色标记出来，同时详细显示此路径的信息，包括以下三种：路径长度、经过主要道路名称、经过主要道口名称。查询最优路径，任意给出电子地图上的两点，系统根据当时路网的堵塞情况给没条道路加上一个时间权值，再用最短路径算法找出最优路径，保证工作人员在最短时间内赶到现场4。距离查询实现的功能是快速求出地图上任意两点的直线距离，单

14、位精确到米，并采用图形方式表示出来。最短路径信息查询警力部署子系统警力部署子系统主要是根据实际的交通路线和警力状况，部署包围圈及疏散圈，从而达到瓮中捉鳖的效果。包围圈和疏散圈分析是一种警力部署思想，系统首先根据案发地点的地理交通情况，确定特定范围内的所有道路及路口，分析罪犯可能的潜逃路线，然后系统给出一个确定半径的包围圈，警方将根据包围圈及实际的警力配备情况给出一种最有效的部署警力的方案。疏散圈则是根据案发地点的地理交通情况，分析如何以最快、最有效的方法安排市民快速疏包围圈分析散，离开事故现场，以保证市民的安全以及方便警方对罪犯的追捕。系统根据包含有主要交通路线、警点等信息的矢量电子地图，利用

15、缓冲区分析引擎，按照与案发位置一定的距离范围建立起缓冲区，查询距离案发地点一定范围内的所有交通道路及路口，并根据警力配备情况形成包围圈。而且，系统可以在图层中显示出110接处警等系统获得的现场资料，包括罪犯是徒步、骑车还是驾驶车辆，是否携带武器、炸药等，并根据这些数据设计包围圈和疏散圈，建议是否进行人员分组、是否穿戴避弹衣等。警力部署流程统计分析子系统统计分析子系统主要是对区域的各种交通属性进行分析统计。系统根据矢量电子地图的索引以及相关数据库，利用数据分析引擎，可以对特定地点的不同交通对象包括车道、路段、卡口等及其不同的数据类型包括车流量、车辆饱和度等进行分析比较，分析比较的交通对象、数据类

16、型、时间粒度等参数由用户选择输入，系统根据输入的参数将各种数据以柱状图，饼状图等各种直观、清晰的视图返回给用户，用户可以进行各种分析比较。本子系统还可以结合iCentroView系统的预测分析模块，给交通指挥部门提供交通信息的预测，交警指挥员可以根据系统所提供的信息，及时调整各道路的车流量，从而避免交通拥堵。系统架构的设计与实现iCentroView系统中，GIS作为共用平台，是整个系统的枢纽，担负着信息汇总、融合和中转的职责。基于GIS的指挥调度系统的支撑软件平台包括基于TCP/IP协议网络、操作系统、数据库平台、地理信息系统平台、系统开发工具。系统采用Client/Serve和Browse

17、r/Web Server/Database Server两种体系结构。充分发挥两种体系结构的优点，使两种体系结构优势互补。信息发布采用BS结构，保持了瘦客户端的优点。客户机的软件可以采用统一的WWW浏览器。而且由于WWW浏览器和网络综合服务器都是基于工业标准，可以在所有的平台上工作。数据库端采用CS结构，通过JDBC连接。这一部分只涉及到系统维护、数据更新等，不存在完全采用CS结构带来的客户端维护工作量大等缺点。并且在客户端可以构造非常复杂的应用，界面友好灵活，易于操作，能解决许多BS存在的固有缺点。（1）基于C/S体系结构C/S结构模式技术可以减少对小型机和大型机依赖，增加应用的灵活性，改善

18、网络和系统的性能。通过将应用资源在前端和后端系统的分离，降低网络系统上的开销，提高系统响应速度。对于调度指挥中心内部来说，系统的处理准确、响应快速显得至关重要，因此采用C/S结构体系，可以确保动态数据的采集和在电子地图上显示的实时性，为指挥调度赢得时间。（2）基于B/S体系结构BS结构模式的主要特点是分布性强、维护方便、开发简单且共享性强，由于客户端采用WWW浏览器，总体拥有成本低。iContoView系统对数据库访问量极大，数据更新频繁，采用B/S三层结构把业务逻辑处理放在中间层服务器处理，能有效缓解后台数据库的压力，提高数据库访问效率。4. 总结和未来展望本文介绍的城市交通监控和管理系统中

19、的GIS系统，通过在福建、浙江多个城市的实际应用，证明所设计的GIS系统可以很好地支持城市交通监控和管理系统的运行。GIS系统作为城市交通监控和管理系统的一部分，随着对GIS系统的进一步研究和对我国交通状况的不断深入的了解，GIS系统将通过不断的改进更好地支持iContoView系统地运行，使其发展成全面的智能交通系统，从而使有限的道路交通资源得到更合理得利用，进一步缓解我国各大城市的交通拥挤状况。参 考 文 献1. Ichiro Masaki. A brief History of ITSR. USA: Massachusetts Institute of Technology, 1999.

20、2. 覃明贵,崔中发,崔岩,尚宁,王亚琴,朱扬勇.iCentroView：城市交通监控与管理系统.计算机应用与软件. 已录用. 3. 邬伦.地理信息系统原理、方法和应用.北京:科学出版社,2001.2.4. 王开义,赵春江,胥桂仙,朱晓宇. GIS领域最短路径搜索问题的一种高效实现.中国图象图形学报, 2003,8:951-956.5. 李建军,陈涛. GPSGIS在城市公共交通调度系统中的应用研究. 交通科技与经济.2004, 000(001),56-58.作者简介：姓名单位职务学历研究方向陆明伟复旦大学软件学院学生硕士数据挖掘理论及应用崔中发上海宝信软件股份有限公司研究开发部ITS部经理硕士智能交通应用与工程覃明贵上海宝信软件股份有限公司研究开发部总经理硕士软件工程，智能交通系统应用崔岩上海宝信软件股份有限公司研究开发部ITS部项目经理硕士智能交通应用与仿真朱扬勇复旦大学计算机与信息技术系教授博士数据挖掘理论及应用