第十二讲 交通地理信息系统实现的关键技术

1. 第十二讲 交通地理信息系统实现的关键技术 城市建设系

2. 本章重难点 • 课 题：交通地理信息系统实现的关键技术 • 目的要求：掌握交通信息的特点，理解线性参照系统的概念及其主要的线性参照方法，掌握动态分段技术的概念，理解其思想及其实现 • 教学重点： 线性参照系统 动态分段技术 • 教学难点： 线性参照系统的基本思想的理解 动态分段技术具体实现的方法 • 教学课时：2课时 • 教学方法：讲授 • 本次课涉及的学术前沿： GIS-T数据模型

3. 主要内容 • 交通信息特点 • 线性参照系统 • 大地坐标与里程的相互转换 • 动态分段技术 • GIS-T数据模型

4. §1交通信息特点 • 一、信息与交通信息 1、线路 交通系统考虑 与研究的对象 2、交通工具 3、交通工具在线路上的运行状况

5. §1 交通信息特点 • 二、交通信息特点 • 1）、交通信息的空间特征：交通工具和交通工具在线路上的运行状况都具有鲜明的地理特征。 • 2）交通信息的线性多层分布特征 • 线性：指信息沿地理路径呈线状分布，且与里程相关。 • 多层：同一线路有着多层的信息，每层信息都有着不同的里程分段表现。

6. §1 交通信息特点 二、交通信息特点 3）交通网络多重性：多条线路组成网络 包括 ①物理网络 ②逻辑网络：可以一对多 4）时变 交通信息变化非常快，如交通道路的扩建，新建，交通节点如站点的变更等。 这要求： ①交通信息获取要及时，并长期更新 ②要从其变化过程中研究其变化规律，作预测预报。

7. §2 线性参照系统 一、为什么要建立线性参照系统？ ①由于交通信息具有特殊性，其相关信息都存在或发生在交通网络系统中的某一路段或某一点，这些现象可以视为一维线性分布而不是常规的二维分布，常规的坐标参考不适合于建立企业化的GIS-T系统 ②多种不同的线性参照方法（LRM）被不同部门的采用，缺乏相互转换的基准，共享困难 而其根本原因是在基础地图上直接构筑GIS-T，由受传统GIS空间数据结构限制，使得信息的显示、查询、统计、分析和定位都依赖于特定比例尺的地图和软件。

8. §2 线性参照系统 • 解决上述难题的方案即建立线性参照系统。 二、线性参照系统 • 1、概念： • 指各种公路信息按照起讫点里程进行空间定位的方法。 • 2、线性参照系统概念模型组成部分 • 基线网、拓扑网、线性参照方法 • （参见教材167 图7-1 线性参照系统的概念模型） • 从该概念模型中可以看出，基准在线性参照系统中的重要性，它是建立模型世界和现实世界之间关联的关键。

9. §2 线性参照系统 • 根据不同事件的特征，可以在同一拓扑网络上采用不同的线性参照方法。 • 根据实际工作需要建立世界与线性参照方法的联系，这种数据模型实际上是面向事件的数据模型。 • 线性数据模型的主要思想是在线性参照基准支持下对不同应用领域的多重网络模型和多重制图要素进行表达。 • 在该模型中，地图仅用作绘图显示，一个基线网可以采用多种不同来源的地图表示。在各个拓扑网络上可以构建多种不同的线性参照方法，运输信息以事件的形式按照一定的参照方法定位到基线网上。

10. §2 线性参照系统 • 3、线性参照系统的两个重要思想： • （1）空间数据库与地图分离 • 在线性参照系统中，运输系统中的设施、现象、事故等信息采用线性定位方法，以事件的形式建立在拓扑层上，使得空间数据库的建立不再依赖于基础地图，脱离了与地图中的空间要素的直接联系。

11. §2 线性参照系统 • 3、线性参照系统的两个重要思想： • （2）拓扑网与地图分离 • 在线性参照系统中，拓扑网直接建立在基线网上，而不像传统的GIS那样建立在地图上，突破了传统平面拓扑数据结构的限制，解决了运输网络的上跨下穿等空间问题，使得托扑网的应用更加灵活和符合实际。

12. §2 线性参照系统 • 4、、基线网：运输设施的一个抽象层，提供了不同线性参照方法间的定位参照及相互转换基准。由锚固点和锚固段线组成。 • 锚固点：在道路上实地选取的控制点，它具有准确无误定位描述信息的特点，它是同时定位于平面直角坐标系与里程桩线性参照系的一系列公路中心特征点。 • 一方面它是公路沿线设施进行里程桩线性定位的已知里程桩参考点； • 另一方面它是直角坐标与里程桩系统之间的联系点，通过它进行两个参照系统的转换。

13. §2 线性参照系统 • 锚固段：是由前后两个锚固点组成的具有方向和准确长度的连线，用它进行线性定位参照系统长度量测的精度控制检测。 • 基线网通过锚固段与基础地图中线要素的对应关系在地图上予以表示。

14. §2 线性参照系统 5、拓扑网 • 建立在基线网肾功能，由节点和连线组成，可以描述交通管理中常用的网络。网络中的连线具有权重。 • 拓扑网为应用层，管理部门可根据其需要在同一基线网上建立多种不同的拓扑网。运输信息以事件的形式，通过线性参照方法建立在拓扑网上，同时拓扑网可用于网络分析。

15. §2 线性参照系统 三、线性参照方法 根据已知点确定公路上任意未知点点位的方法。 参照点法，连线-节点法、里程桩法、分段法等。 在线性参照系统中，每一种运输事件都通过特定的线性参照方法与拓扑网建立联系，多种定位方法间可以通过基线网相互转换。

16. §2 线性参照系统 四、LRS的功能 ①实际位置的确定（Locate） ②实际位置在数据库中映射（position） ③定位（place） ④线性参照方法的转换（tranform）

17. §2 线性参照系统 • 五、LRS的优点： • GIS-T需要一个统一的位置参考系统，LRS最适合 • 减轻空间数据输入的工作量 • 避免由于空间数据间不同精确度而产生的误差 • 查询比较灵活

18. §3 动态分段技术 • 动态分段（Dynamic segmentation）的思想由美国威斯康星交通厅戴维·弗莱特1987年首先提出的。 • 该思想解决了传统GIS在处理线性特征时所遇到的问题，是一种新的线性特征的动态分析、显示和绘图技术，可以极大地增强线性特征的处理功能，动态分段技术的出现为GIS在公路、铁路、河流和管道等领域中的应用开辟了广阔的前景。

19. §3 动态分段技术 一、问题提出 • GIS只能处理一个属性数据集，交通属性具有多重属性特征 传统的GIS处理交通数据的方法： • 等长分段法 • 变长分段法

20. §3 动态分段技术 1、等长分段法： 预先分成若干个等长的小段分别数字化，设施属性数据的采集按这些小段进行。 缺点： ①由于等长小路段没有明确标记，难以确定小线段起止点，精度难以保证 ②数据的冗余度大，维护困难 ③应用困难

21. §3 动态分段技术 2、变长分段法： 根据交通设施属性的不同，将交通设施按每一个属性进行分段。 缺点： ①不同属性数据集划分的路段在基础地图上没有明确的标记，难以保证数字化精度 ②必须对不同的属性数据集重复数字化 ③当某一属性发生变化时，必须相应更新路段的划分，继而重新数字化。 ④不能进行各种数据集的综合空间分析和显示

22. §3 动态分段技术 二、动态分段的思想和特点 • 1、传统GIS在公路信息管理领域得到很好应用的两个基本障碍： • 传统GIS的弧段及其属性数据记录是一一对应的 • 传统的GIS只能处理一个固定的属性集。

23. §3 动态分段技术 二、动态分段的思想和特点 • 2、动态分段：是一种新的线性特征的动态分析、显示和绘图技术，它是传统GIS数据模型的基础上利用线性参照系统和相应算法，在需要分析、显示、查询及输出时，动态地计算出属性数据的空间位置，即动态地完成各种属性数据集的显示、分析及绘图的一种方法。

24. §3 动态分段技术 二、动态分段的思想和特点 3、特点： • （1）无须重复数字化就可进行多个属性集的动态显示和分析，减少了数据冗余。 • （2）分段显示 • （3）属性数据组织独立于公路位置描述 • （4）可集成综合查询和分析。

25. §3 动态分段技术 三、动态分段的基本概念 1、相关术语 • 事件：点、线、面事件 2、基本概念 按网络重叠的概念发展出来的，其做法是在拓扑图形上建立路线系统，路线是建立在拓扑图形上的一种逻辑组合，并不是真正的实体。

26. §3 动态分段技术 动态分段涉及GIS三个方面的数据处理方法：联结、分段以及显示和空间分析 ①联结：指GIS可将线性对象与以距离为参照系统的属性信息建立关联 ②分段：指GIS能根据属性信息的查询条件，自动分割线段生成新的点状或线性对象。 ③显示和空间分析：指的是GIS能够根据联结及分段的结果，将线性对象在二维空间中精确表示，并能进行进一步的空间分析。

27. §3 动态分段技术 • 四、具体实现 • 使公路信息以动态分段的思想来组织，必须实现以下几点： • 1）建立独立于属性数据组织的空间数据库 • 2）通过拓扑关系建立上述空间数据库一般意义上的属性表，并一一对应。 • 3）基于线性参照系组织属性数据。

28. §3 动态分段技术 • 空间分析 • 叠置分析：两个或两个以上的表叠加生成一个结果事件表。 • 1、空间分析 • 将线性目标描述为路径和时间，诗意哦那个里程表达路径之间的距离，事件则为沿着路径分布的属性集。 • 2、叠置分析：线-线、点-线、点-点。

29. 作业及思考题 • 1、简述动态分段的思想及实现手段。 • 2、在GIS中，地理实体内容的确定主要通过选择若干重要属性来概括描述，这些属性称之为主导属性。请定义记录城市道路的主导属性数据项。 • 3、在以道路形成的网络中，权重是网络分析的重要参数，道路的哪些属性可作为权重考虑？为什么？