基于GIS技术的道路查询软件设计的核心技术.doc

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1、目 录中文摘要中文关键词英文摘要英文关键词正 文1问题的提出31.1 研究背景31.2 研究的目的和意义42 文献综述42.1 地理信息系统的相关概念综述52.2 交通地理信息系统的研究综述62.3 交通地理信息系统国内外研究的成果72.4本文的技术要点和研究思路103 黄冈道路要素设计103.1地图的选取与校正103.2 道路要素的分类123.3主干道的提取和缓冲区的建立133.4 分支道路的提取和缓冲区的建立163.5 分支道路信息提取应注意的问题173.6 小区面要素的提取和缓冲区的建立203.7 综合叠加分析选取优势条件204 “最短路径”模型构建214.1 “最短路径”评价指标体系的

2、构建214.2 “最短路径”模型的建立和计算224.3 “最短路径”模型运算模型编程与运算235 结束语29参考文献31致 谢32 摘要：近年来，交通行业迅速发展，各种交通道路建设正在如火如荼的展开。经济和交通基建的发展对道路的交通的管理方式和管理技术提出了更高的要求。因此，开发交通管理系统，提高交通管理指挥能力，充分发挥交通业在经济发展中的积极作用就成当前交通管理工作的重要任务之一。本文中主要借助GIS技术的空间数据库管理和查询，分析和数据可视化输出功能，利用ArcGIS Engine和面向对象的集成开发环境的Visual C开发基于GIS交通选择网路分析系统。为数据管理，数据编辑，网络分析

3、和网络查询提供一个一体化平台。关键词：GIS； Visual C； 空间分析； 路线查询 The Route query based on GIS 0902 class, Department of Geographical Science; Chen Bo(Instructor: Huang Yongqi)Abstract：In recent years, the rapid development of transport sector, road construction is in full swing. National economy and transport infrastru

4、cture development to the management of road traffic management methods and technologies put forward higher requirements. Therefore, development of traffic management systems, improving the traffic management command, transport workers into full play active role in economic development has become one

5、 of the important tasks of the current traffic management. This article mainly thanks to the technology of GIS Spatial database management and query analysis and data visualization output, using ArcGIS Engine and object-oriented integrated development environment for Visual Basic, Visual c, c develo

6、pment of a GIS-based analysis of road network system, data management, data editing, Web Analytics and Web query provides an integration platform.Keywords: GIS；spatial analysis of GIS； Visual c ；route query.II1.问题的提出1.1研究的背景近年来，交通运输业在我国经济发展和人们平时生活的发挥的作用也越来越大。由于交通运输业与我们的生活息息相关，交通系统的管理问题也迫切的摆在我们面前。交通系

7、统问题，是一个涉及因素众多，建设变化速度快，网络复杂的问题。例如一条道路的规模，道宽，路长，承受力，分接点，枝干道数量，交叉点数，交通灯数，和有和外界链接点情况，这些数据繁杂，量大，再和全局的道路网信息有机的相连才能构成一个区域的交通信息系统。这就需要借助计算机系统来进行管理。但是道路问题有其独特性，它依赖其地理空间，以及其空间位置关联性。一般的数据管理系统不能胜任分析，分类，更新等要求。1.1.1 GIS系统在交通系统中的应用现状20世纪60年代，GIS体系在加拿大提出。随后，美国，英国，加拿大等国家相续建立GIS系统，并在应用中不断完善它的功能。至80年代，软件工程的发展促进了GIS数据库

8、系统的开发。至此，数据库系统也在交通系统的发展中，占据的功能性作用越来越重。 但是，这时候大多数欧美国家多是用CAD系统来储存和管理空间数据的。到90年代，大功能储存磁盘的诞生，为地理空间数据的录入，储存，检索，分析和输出提供了强大的支持手段。GIS的功能也随着计算机技术的发展，而向使用方便迅速发展。各国的地理技术人员纷纷制作了不同种类，不同规模，不同功能的专题地图，来为城市建设和交通规划提供借鉴。 随着GIS软件可以很好的与关系型数据库的结合，可以通过ODBC连接MS ACCESS,SQL Server Oracle,DB2,可进行空间数据和属性数据的统一储存。使数据转化和建库同时进行1。国

9、内的GIS落后于国外，我们应用于交通的数据库，还是单纯的应用于计算机的软件统计操作系统，如：Word，excel, AUTUCAD体统。但是国内的高校和科研单位也在开发自己的GIS体统，如;map/GIS，geostar和cityscape等。1.1.2 GIS技术在交通信息中应用的必要性 交通地理信息系统（GIS-T）是收集、整理、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统，是GIS技术在交通领域的延伸，是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成。GIS-T具有强大的交通信息服务和管理功能，它可以应用在交通管理的各个环节。在交通工程领域采用GIS技术和方法研究交通规划、交

10、通建设和交通管理及其相关的问题，具有其他传统方法无可比拟的优点。 诸多有关城市地理信息的应用中，城市交通地理信息系统的发展越来越受到城市管理者的关注。交通数据的种类繁多（包括属性数据、空间数据、影像数据等），数据量大，操作复杂，人工管理难度大。交通地理信息系统的出现为交通数据的自动化管理提供了一个可行的途径。随着GIS的产生与发展，为处理交通数据设计提供了科学的方法，它既能管理和处理海量数据，又能减少重复性的工作，方便数据修改与调整，避免人为错误，GIS技术必将成为交通规划中科学高效的工具。1.2 研究的目的和意义 GIS凭借其强大的地理分析能力，已经被用于各个行业。近年来，在交通方面的应用，

11、已经逐步形成一门新型学科交通地理信息系统。本文主要是结合GIS在空间运算方面的研究和城市交通地理信息成熟的理论，对道路的查询和最短路径的计算方面进行相应的研究，以期望在交通信息系统查询功能方面上有一定的突破。2.文献综述2.1 地理信息系统的相关概念综述地理信息系统（Geographic Information System，GIS)是在计算机软硬件技术支持下，以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统，是集计算机科学、地理学、测绘、环境科学、空间科学、地球科学、信息科学和管理科学为一体的多学科新兴边缘学科。它以空间数据为研究对象

12、，以计算机为工具，通过人的参与进行一系列空间操作和分析，为地球科学，环境科学和工程设计及至企业、公司经营等提供规划管理和决策有用的信息2。 城市地理信息系统，简称“UGIS”。它是GIS 的一个分支，是一种运用计算机硬、软件及网络技术，实现对城市各种空间和非空间数据的输入、存贮、查询、检索、处理、分析、显示、更新和提供应用，以处理城市各种空间实体及其关系为主，满足城市建设、企业管理、居民生活对空间信息的需求，同时借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策的技术系统。它是城市基础设施之一，也是一种城市现代化管理、规划和科学决策的先进工具。其应用由各个业务应用系统、电信基础设施、互联网

13、和网站群、信息化终端、城市空间基础信息平台、城市综合信息平台等要素组成。 2.2 交通地理信息系统的研究综述2.2.1 交通地理信息系统的概念 交通地理信息系GIS-T(Geography Information System -Transportation)是GIS在勘测设计、规划、管理等交通领域中的具体应用。交通地理信息系统是收集、整理、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统，是GIS技术在交通领域的延伸，是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成3。2.2.2 GIS-T系统功能和具体应用2.2.2.1系统功能 系统基本功能包括：地图浏览、数据编辑、数据格式转换、

14、信息查询显示、动态信息发布功能、显示控制功能、专题图制作、网络分析、地图打印输出等GIS常见功能。2.2.2.2具体应用2.2.2.2.1 交通勤务管理: 建立与系统时钟相一致的勤务管理方案，该图层的管理方式是随值勤民警下岗的时间不同而改变。 交通勤务管理系统的建立，改变传统的勤务管理方法，通过地理信息系统电子地图界面可视化，科学布置警力。2.2.2.2.2 交通设备查询及定位: 系统提供交通设备查询定位功能，在查询中可以设置查询的多种条件，如设备类型、设备编码、空间范围。在查询时，可以组合多个查询条件进行交通设备的查询。2.2.2.2.3 流量监测功能: 系统根据路口流量检测设备监测到的数据

15、，在电子地图上用可视化的方式显示路段车流量的变化。对受监控的路段，根据监测到的汽车流量数据，用不同的颜色来标识该路段的道路状况是流畅还是拥堵等。2.2.2.2.4 专题图制作 专题地图是指使用各种图形风格（例如颜色或填充模式）图形化的显示地图的基础信息某方面特征的一类地图，要求通过专题图的制作，可以更好地体现出不同图层的特点及本图层在整张地图中的特色。2.2.2.2.5 电子地图 交通管理工作变得轻松直观由于采用空间数据和数据库挂接，改变了传统的信息管理方法，地图由传统的静态纪录变为信息丰富多样的动态的电子地图，实现了数据可视化。如通过直接对地图实体进行查询，可以获得公路线路的空间位置和走向，

16、技术标准，交通流量等多方位的信息。通过综合统计和分析各种交通数据以及采用丰富多样的图表显示，可以为决策提供科学快捷的支持。 2.2.2.2.6公路网规划手段更加强大公路网规划和路线选择是GIS-T应用发展的重点领域之一。 目前基于GIS-T的交通规划模型软件已经开发成功并进入商业化应用阶段，这些软件包括全部的GIS软件功能，其应用模型与GIS集成为一体，它使交通规划的手段更加强大。 由于应用GIS-T能够更好的考虑和评估公路对环境的影响，因此在公路路线的选择和初步设计中GIS-T将得到广泛应用。加拿大已经成功地应用GIS完成了在温哥华岛的一条127公里、4车道的公路通道选择和初步设计。在此项目

17、中GIS很好地解决了项目涉及的环境分析、公路选址等问题，包括野生动物、森林、水、土壤、植被和土地利用等。 2.2.2.2.7 道路设计和养护GIS-T为道路工程的计算机辅助设计CAD提供了强大的数字化地理平台，正是基于此，CAD已有早期的平面二维设计跨入了三维设计，进入了可视化设计时代，这是CAD领域的突破性发展。 GIS-T还与路面管理系统、桥梁管理系统等公路养护管理系统相关连，借助先进的路面和桥梁检测设备和数据搜集手段，使道路养护管理更加科学合理，经济高效。 如加拿大的Alberta省建立了公路维护地理信息系统，该系统使用专用检测车辆，定期检测路面的平整度和损坏程度等；这些指标由车载全球定

18、位仪（GPS）定位装置准确确定道路的位置，检测数据传输到公路养护地理信息系统，养护模块自动生成路段养护报告。2.3 交通地理信息系统国内外研究的成果2.3.1 交通地理信息系统研究的主要方向关于交通地理信息系统研究的问题，不同学者有不同的认识。国内外学者关于交通地理信息系统的认识如下表： 表1 国内外不同学者对交通地理信息系统的研究学者研究内容黄杏元 马劲松道路信息的提取，点，线，面信息的提取和处理。道路信息的缓冲区的建立和叠置分析。道理信息的建模，出行分布预测的建模。“最短路径”的三种运算模型。交通适宜性分析。刘学军 徐鹏GIS-T数据采集 。 GIS-T数据模型及其组织。 GIS-T分析模

19、型 GIS-T设计与开发 交通规划GIS支持系统 公路工程建设项目管理信息系统 公路养护信息系统 公路路政GIS 公路图文档案资料管理系统 公共交通管理信息系统 区域性道路客运综合服务信息系统 交通管理设施信息系统 车辆/驾驶员管理信息系统 道路交通指挥与调度管理系统陈雪明交通信息系统在美国交通的运用。道路土地与gis的结合，gps在交通信息定位和跟踪分析的优势。郭云开 赵喜安交通地理信息系统开发模式 交通地理信息系统开发策略 交通地理信息系统开发步骤。交通地理信息系统的软件开发平台 交通地理信息系统开发实例公路养护地理信息系统 理查森J马克交通地理信息系统在互联网上综合提取数据和提供决策支持

20、。综合看来，国内更加注重现阶段我国的道路信息的提取和建库，目前我国的道路信息系统还依赖以gis系统软件的开发的发展，主要是从传统的技术层面上来开发道路信息系统的功能.例如：道路的维护，道路主题地图的制作，公路网的规划等等。国外更加注重道路信息在互联网平台上的操作，建立全球道路一体化，和3S系统的综合运用。国外在环境，资源和地质监测方面和道路监测上的结合使用上的研究走在我国的前列。2.3.2 GIS在交通信息运用中临的问题2.3.2.1 多格式数据源集成问题GIS中最基础的部分是数据，在GIS-T中也不例外。但是多年来，一方面由于缺乏权威的专业数据公司制作并出售基础的地理数据，所需的数据来源没有

21、保证，导致了大量的人力物力花费在制作基础数据的工作上；另一方面，对已有的数据没有充分加以利用，各部门积累下来的基础数据由于数据格式和规划不统一，难于共享利用，这样不仅加大了成本，而且还延长了建设的周期。因此，实现多源数据集成、解决多格式数据源集成是近年来GIS系统研制开发的重要课题4。目前，针对上面的难题，解决方案有以下3种：a.据格式转换模式：把其它的数据格式经专门的数据转换程序进行格式转换后，复制到当前系统的数据库或文件中。 b.数据互操作模式：这是Open GIS Consortium（OGC）制定的规范，GIS互操作是指在异构数据库和分布式计算的情况下，GIS用户在相互理解的基础上，能

22、够透明地获取所需的信息。 c.直接数据访问模式：就是在一个GIS软件中实现对其它软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存储多种数据格式。2.3.2.2交通地理现象的表达问题GIS-T中涉及3类模型：区域模型，即在跨越空间时代表连续变化的现象；离散实体模型，也就是离散的实体（点、线或多边形）及其相关属性的集合的抽象表达；网络模型，代表拓扑连接的嵌于地表的线性网络变化的抽象表达。由于交通系统自身的特性，应用于交通系统的数据模型几乎都没有超出上述的三种模型的范围。 在对交通模型进行表达的时候，可以用许多具有多种属性的线段代表道路网，用离散点代表各种道路网中的标志性地物，用线性网络代数对交

23、通网络进行分析，这些方法对实现道路交通系统的计算机表示起到了一定的作用。在交通领域中，围绕以弧和点的概念建立的网络模型起的作用是最重要的。实际上，在许多交通应用中，只需要单个的表示数据的网络模型就可以了。这种应用的例子包括：人行道以及其它设备管理系统,实时与下线行程安排,基于网络的交通信息系统和行程计划任务,导航系统,实时交通堵塞管理和事故发现等。2.3.3 交通地理信息系统的研究常用模型系统模型主要从以下几个方面上进行建模;一方面是交通适宜性上建建模，充分考虑交通中的各个要素量，设计不同的权重进行建模。二是交通的线性回归上建模。提取各种道路的信息，在我们对目标的要求上（如：时间，花费，站点等

24、）进行线性回归建模。三是“最短路径”的建模。这涉及到不同的数学运算的建模和选择问题。2.3.4交通地理信息系统的数学运算方法吴立新, 史文中5的 地理信息系统原理与算法这本书中重点介绍了几个“最短路径”的方法。一是Dijkstra 算法，这是最经典的，也是我们最常用的方法，它的优点是可以更好的实现计算机程序的编程，以及简单易懂的数学模型。二是Floyd算法。这种算法是求多源、无负权边的最短路。用矩阵记录图。时效性较差，时间复杂度O(V3)。Floyd-Warshall算法（Floyd-Warshall algorithm）是解决任意两点间的最短路径的一种算法，可以正确处理有向图或负权的最短路径

25、问题。Floyd-Warshall算法的时间复杂度为O(N3)，空间复杂度为O(N2)。三是SPFA算法。这种算法是Bellman-Ford的队列优化，时效性相对好，时间复杂度O（kE）（kV）。与Bellman-ford算法类似，SPFA算法采用一系列的松弛操作以得到从某一个节点出发到达图中其它所有节点的最短路径。所不同的是，SPFA算法通过维护一个队列，使得一个节点的当前最短路径被更新之后没有必要立刻去更新其他的节点，从而大大减少了重复的操作次数。SPFA算法可以用于存在负数边权的图，这与Dijkstra算法是不同的。与Dijkstra算法与Bellman-ford算法都不同，SPFA的算

26、法时间效率是不稳定的，即它对于不同的图所需要的时间有很大的差别。2.4本文的技术要点和研究思路本文主要是综合了我国在交通道路信息系统研究中的优缺点，充分运用黄杏元在道路信息提取方面的优势技术，以黄冈地区为例建立数据库。同时，借助刘学军在交通信息系统研究上的模型成熟，选取最合适的交通模型。还有，为实现在日常生活中出行难问题（如：最短出行路程，最短出行时间，最合适交通工具的选择等问题）的解决，综合了郭云开，吴立新的路径选择算法中的最优Dijkstra 算法，利用Visual C+开发GIS系统进行数据运算和查询。 3.黄冈道路要素设计3.1地图的选取与校正本文以黄冈市黄州市区道路网为例，首先创建黄

27、州市区的道路数据库，主要选取市区的主干道以及分支小区道路两个层次。利用GIS的build network模块创建网络和各个要素的拓扑关系。从而使用Network Analyst Tools模块完成最便捷，最方便路程的查询.以黄冈市区为研究对象建立数据库，数据库可以分为基础数据库和专题数据库；3.1.1图像选取 根据黄冈地区的特殊性，将选取黄冈市的黄州区的城区道路作为研究对象。研究对象的经纬区域大小，以经纬网地图为准，在地图上选择实际大小为5公里5公里的区域。对地图矢量化，然后提取想要的道路信息。图1 黄冈市区道路截取图3.1.2 地形图的配准加载数据和影像配准工具 打开ArcMap，右键单击空

28、白工具栏处，添加“georeferncing”（ 影像配准）工具栏。单击工具栏上的“add data”（增加数据）图标，选择需要进行配准的影像mapoflyg.Tif后单击“add”。在弹出的对话框中选择“no”即可。单击“Georeferncing”工具栏的下拉菜单，将“auto just”左侧的勾去掉。 图2 影像配准图像3.1.3.输入控制点 在“影像配准”工具栏上，点击“添加控制点”按钮。使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，如下图所示： 图3 配准控点图用相同的方法，在影像上增加多个控制点（大于7 个），输入它们的实际坐标。点击“影像配准”工

29、具栏上的“查看链接表”按钮。 图4 配准点精准坐标属性图 增加所有控制点，并检查均方差（RMS）后，在“georeferncing”（ 影像配准）菜单下，点击“update georeferncing”后再单击“fit display”。执行菜单命令“rectify”，打开“save as ”（另存为）对话框。设置相应的属性，完成后单击“save”（保存）按钮。注意：在“format”一栏的下拉列表框中选择“TIFF”。3.2 道路要素的分类利用GIS的ArcMapGIS中的功能，首先划分黄冈市区主要的交通干线，将黄岗市区，主要交通道路用不同的线色，进行分类，例如国道用红色，省道用黄色，城市道

30、路用蓝色等。将主干道进行编号。建立主干道数据库，在arccatalog储存。图5黄冈城区主干道的提取标记图 图6 黄冈城区主干道提取标记集合图3.3 主干道的提取和缓冲区的建立标记缓冲区类的标志物，建立实体点数据，录取坐标数据，属性数据，进行编号。为主干道的与分支道路的交叉点为节点，建立点线关系，线线关系数据。构建一号数据库。3.3.1 首先建立缓冲区的点坐标，以道路沿途的标志建筑物为点坐标。 图7 矢量图点实物的标记 图8 矢量图点文件提取操作截图3.3.2 其次建立道路的缓冲区的方法 从原理上来说，缓冲区的建立相当的简单，对点状要素直接以其为圆心，以要求的缓冲区距离大小为半径绘圆，所包容的

31、区域即为所要求区域，对点状要素因为是在一维区域里所以较为简单；而线状要素和面状要素则比较复杂，它们缓冲区的建立是以线状要素或面状要素的边线为参考线，来做其平行线，并考虑其端点处建立的原则，即可建立缓冲区， 但是在实际中处理起来要复杂的多。按照其建立的原理来可以介绍如下5： a.角平分线法 该算法的原理是首先对边线做其平行线，然后 在线状要素的首尾点处，作其垂线并按缓冲区半径r 截出左右边线的起止点，在其它的折点处，用与该点相关联的两个相邻线 。 图9 角平分线法的缓冲区图该方法的缺点是在折点处，无法保证双线的等 宽性，而且当折点处的夹角越大，d 的距离就越大， 故而误差就越大，所以要有相应得补

32、充判别方案来进行校正处理。b.凸角圆弧法 该算法的原理是首先对边线做其平行线，然后在线状要素的首尾点处，作其垂线并按缓冲区半径r 截出左右边线的起止点，然后以r 为半径分别以首尾点为圆心，以垂线截出的起止点为圆得起点和终点作半圆弧，在其它的折点处，首先判断该点的凹凸性，在凸侧用圆弧弥合，在凹侧用与该点相关联的两个相邻线段的平行线的交点来确定。 图10 凸角圆弧法的线缓冲区图该方法在理论上保证了等宽性，减少了异常情况发生了概率，该算法在计算机实现自动化时非常重要的一点是对凹凸点的判断，需要图10凸角圆弧法算法我们采用角平分线法对黄冈地区的道路进行缓冲区的划分； 图11 黄州大道的缓冲区图 3.4

33、 分支道路的提取和缓冲区的建立建立分支干道的线数据，以及点数据（主要是沿途的标志性建筑物）。同时进行建立枝干道的缓冲区，构建主干道的子数据库。 图12 黄冈市区分支干道的数据库3.5 分支道路信息提取应注意的问题在数据处理的过程中，特别是道路处理中，还应该注意下 公交网络空间数据库特点GIS中的数据（如道路、管网、线路等）要进行最短路径的计算，就必须首先按公交线路的空间数据的特点，将其按节点和边的关系抽象为图的结构，这在GIS中称为构建网络的拓扑关系，由于这里的计算与面无关，所以拓扑关系中只记录了线与节点的关系而无线与面的关系, 公交网络空间数据库特点如下:3.5.1 连通性城市道路网络中的道

34、路交叉点无差异地连接着与该路口连通的多条路段，而两路公交线路的站点在同一点时，同路公交路段的连通性和不同公交线路的连通性是有差别的6。这是因为两路不同公交线路在空间上的同一站点的连通，要换车而增加了时间消耗，另外，多条公交线路虽然可以相交与空间上的同一个点，但该点不一定是公交停靠站点，或者不是同时有站点，因而不同公交线路在此是不连通的。3.5.2 节点的特征虽然不同的公交线路在行程上有重叠，但是各自的站点不可能是完全的几何重叠，因而要做有效的站点间叠加分析，在实际通勤中必然要求在不同线路之间实现换车以达到目的地，这就要求相对应的网络图上不同属性的边在节点上的连通，这是公交网络分析的意义。公交网

35、络叠加分析时，要求把空间上相近的异线站点合理抽象成图上的相关节点，来模拟不同公交线之间的可换车情况7，节点抽象是公交网络抽象的关键。针对公交网络空间数据库的特点，在将公交网络抽象为图的结构过程中，为了节省存储空间，要求将适当距离内可能换车的多个站点抽象成一个节点，实际上同一公交线路两个方向上的同名站点也是不重合的，但在几何图上将其归为同一点，在网络图上对应一个节点，不同道路的站点分布更为复杂，如何归并这些紧邻和邻近站点就摆在人们面前，所谓紧邻和邻近是两个半定量的距离概念，用以描述公交站点间空间位置的距离关系。目的是模拟人们在不同线路间的换车情况，把可以换车的不同线路的紧邻和邻近站点抽象成同一节

36、点，以利于最短路径算法的计算，所谓对紧邻和邻近站点的归并需遵循以下原则：a. 如果某一站点只有一个紧邻站点或邻近站点，并且站点与紧邻站点或邻近站点之间具有相通性，则该站点与紧邻站点或邻近站点归并，否则，分别存储；b.如果有3个或更多个互为近邻的站点，且这些站点之间具有相通性，这些站点可归并为图上一个节点，根据站点的个数确定与该节点相邻的边数，如果这些站点之间不具有相通性则分别存储；c.某一站点a有两个近邻站点b和c，而b 和c 相互之间不是近邻的，这样如果按第二种情况将a,b,c 合并成一个节点，则就不能反映b、c之间的空间关系，在转换为网络图过程当中采取把a 点同时归并b和c,b所在节点和c

37、 所在节点有关a的属性相同，同时设置节点b和c之间关于a的边的权值为零。相邻的站点 抽象成节点 图13 两种不同节点的示意图一般情况下都可应用上述原则解决站点与节点关系问题，但有一点基本原则就是在归并站点时，同一节点不能包含大于近邻距离的两个站点。在网络图节点的抽象过程中，可由计算机模拟构造图，为取得更好的效果，在数据收集和预处理时需进行人工干预，将相邻节点的路段抽象成边。3.5.3 交叉口的处理公交线路与公路在管理和交通功能上有很大不同的地方在于公交线路交叉频繁，交叉口众多，在公路路网分析规划或交通规划研究中，交叉口仅作为路的交叉点或控制段的节点来考虑，其长度等几何要素也要记入里程，但相对而

38、言叉口的宽度属于比较次要的位置，但对城市公交来说，交叉口宽度占所有道路的 5以上，这样交叉口就不能忽略，同时由于城市的历史变迁并不规整，许多交叉口是多路或畸形交叉，所以在GIS中对城市道路基础图的修正与编辑关键为交叉口定义图形编辑原则8。在此主要考虑三种情况：一是两条路的十字交叉，这样在交叉口的中心断开，二是两条路的T 型交叉，同样也是在交叉口断开，三是多路或畸形交叉，这要根据实际情况进行处理。3.5.4 最短路径的意义道路网络上的最短路径和公交网络上最短路径的意义也不同，道路网络中的最短路径值要求两点之间路径距离最短即可，或者参考道路的速度权值，获得最优路径，有关文献指出，用层次空间模型来解

39、决道路最短路径问题，在不同等级道路的交叉口上不增加时间消耗，对应于图上在边界节点上不增加权值，公交网络中每一条公交线路在这只能理解为一个层次，从一条公交线路到另一条公交线路的换车活动是有时间消耗的，因而就不能为寻找简单的路径距离的最短而随意换车，因为换车时间成本也是构成路径最优性的关键之一9。另外，把每一条公交线路理解为一个层次的原因是每条线路的拥挤程度不同，我们不能只一味追求路程的最短而忽略拥挤，因为它对最终到达目的地的时间影响十分明显，这也增加了时间成本。3.5.5 公交网络属性数据库建立城市公共交通道路复杂，交通规章多，有双行、单行、禁行以及分时通行道路之分，有快速路、主干道、次干道和支

40、路之分，从空间角度考虑，道路由曲线组成的，这要求在矢量化过程建立空间数据库时严格遵守上述公交网络空间数据库的特点，以建立合适的空间数据库。对于不能在空间数据库中反映的必须在属性数据库中得以体现，本文的属性数据库主要由路段信息表和节点信息表组成，在此要强调的一点是在路段长度中根据交叉口的类型加入交叉口的宽度。具体字段见表14、表15。 表2 路段信息表字段名称字段类型字段宽度表示意义Roadcode字符型5路段代码Roadname字符型50路段名称Roaddirection字符型10行车方向Roadgrade字符型10路段等级Roadwidth长整型4路段宽度Roadlength长整型4路段长度

41、Roadcrowd字符型10拥挤程度Roadstartpoint字符型5路段起点Roadendpoint字符型5路段终点Roadcross字符型5交叉口类型Crosstime长整型4交叉口延时 表3 路段节点属性 字段名称字段类型字段宽度表示意义NodeID长整型5路段节点代码Nodename字符型50路段节点名称roaddirection字符型10节点行车方向对于表14 中字段拥挤程度、交叉口延时是根据每一条道路以往的拥挤程度及以往交叉口车辆对时间的影响而统计出来得，更准确的方法是对每一条道路进行实时监测，这也就增加了成本。3.6 小区面要素的提取和缓冲区的建立以小区为独立单位，建立缓冲区。

42、标记其小区类实物点数据。小区以三角网，或多边形为主。建立点的属性数据，把小区进行编号,构建2号数据库。将我们的面，进行缓冲区设置，编辑数据； 图16 小区面域的提取图提取数据后，我们将进行面的缓冲区设置；设置面的缓冲区的数据设置借鉴道路设置的方法。3.7 综合叠加分析选取优势条件叠置分析是地理信息系统中常用的用来提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，同一地带，还必

43、须查验叠加层面之间的基准面是否相同。从原理上来说，叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，其中往往涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差等的运算。根据操作要素的不同，叠置分析可以分成点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加；根据操作形式的不同，叠置分析可以分为图层擦除，识别叠加，交集操作，均匀差值，图层合并和修正更新，以下六种形式分别叠加分析操作。要注意的是这里也要对属性进行一定的操作，所指的属性是较为简单的属性值，注解属性，尺度属性，网格属性等不能作为输入的属性值。其中在arcgis中可以进行叠置分析的数据格式有coverage，shapefile，geodatabase中的数

44、据要素等，这里主要以shapefile文件为主。将主干道缓冲区与小区的缓冲区，进行叠加，找出叠加后最相关的主干道。单独呈现主干道的线图。将枝干道的缓冲区与小区的缓冲区进行叠加，找出最相关的枝干道。将小区的点与枝干道的线，点相连进行计算，找出最近的道路,与主干道线图相关联突出枝干道的线图。4.“最短路径”的模型构建4.1“最短路径”评价指标体系的构建以最短路径为主的最优路径问题一直是计算机科学、运筹学、交通工程学、地理信息科学等学科的一个研究热点。最短路径不仅仅指一般地理意义上的距离最短，还可以引申到其他的度量，如时间、费用、线路容量等。相应地，最短路径问题就成为最快路径问题、最低费用问题等。同

45、时最短路径问题也是资源分配，路线设计及分析等优化问题的基础。由于最短路径问题在实际中常用于汽车导航系统以及各种应急系统等（如110 报警、119 火警以及医疗救护系统），这些系统一般要求计算出到出事地点的最佳路线的时间应该在1s3s 内，在行车过程中还需要实时计算出车辆前方的行驶路线，这就决定了最短路径问题的实现应该是高效率的。具体的物流配送最短路径问题一方面涉及交通网络图的建设，在此以公交网络空间数据库为基础；另一方面涉及最短路径算法。物流配送最短路径相似与图论中求节点间的最短路径，但它有自己的约束条件，这在后面建立空间数据库和属性数据库中都要予以体现。4.2“最短路径”模型的建立和计算4.

46、2.1 本文采用经典的最短路径算法Dijkstra 算法它是目前多数系统解决最短路径问题采用的理论基础,其经典算法过程如下：设最短距离已确定的顶点集合为红点集，最短距离尚未确立的顶点集合称作蓝点集，初始时，只有源点集的最短距离是已知的，所以红点集包含源点，蓝点集包含其他顶点。循环以下算法，按照路径长度递增顺序产生蓝顶点的最短路径：在当前蓝点集中选择一个距离最小的蓝点来扩充红点集，以保证算法按路径长度递增的顺序产生各顶点集的最短路径。没扩充一个蓝点到红点集中，则将蓝点集中剩余的蓝点路径按照新加入的红点作为中间顶点进行修正，一旦加入新的红点使得蓝点的路径长度变短，则用变短的路径代替原来的蓝点路径长度。直到蓝点集中仅剩下最短聚集为无穷大的蓝点，或者所需求的蓝点以扩充到红点时，算法结束10。Dijkstra 算法的具体思路是：假如每一点都有一对标号(dj, Pj)，其中dj是从起源点s 到点j的最短路径的长度（从一个