論GIS在交通中的應用與發展
摘要：地理資訊科技的日臻成熟為ＧＩＳ在交通領域內的廣泛應用創造了一定基礎。本文總結了ＧＩＳ技術的特點，並介紹了ＧＩＳ在交通領域中的應用—ＧＩＳ－Ｔ。透過對ＧＩＳ－Ｔ中關鍵技術的分析，對其應用中面臨的實際問題作了一定研究，並提出瞭解決問題的方案。
關鍵詞：ＧＩＳ ＧＩＳ－Ｔ 關鍵技術
解決方案地理資訊系統是集現代計算機科學、地理學、資訊科學、管理科學和測繪科學為一體的一門新興學科。它採用資料庫、計算機圖形學、多媒體等最新技術，對地理資訊進行資料處理，能夠實時準確地採集、修改和更新地理空間資料和屬性資訊，為決策者提供視覺化的支援〔１〕。目前在很多領域中，ＧＩＳ技術已被廣泛應用。尤其是在交通領域，ＧＩＳ與傳統的交通訊息分析和處理技術緊密結合，延伸出了交通地理資訊系統（ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ），簡稱ＧＩＳ－Ｔ。
１ ＧＩＳ概述
ＧＩＳ最早起源於２０世紀６０年代“要把地圖變成數字形式的地圖，便於計算機處理分析”的目的。１９６３年，加拿大測量學家Ｒ．ＦＴｏｍｌｉｎｓｏｎ首先提出了ＧＩＳ這一術語，並用於自然資源的管理和規劃。後來的幾十年中間，伴隨著計算機技術和網路技術的迅猛發展，ＧＩＳ的應用也日趨深化和廣泛，在環境、資源、石油、電力、土地、交通、公安、航空、市政管理、城市規劃等領域成為常備的工作系統。
ＧＩＳ是圖形處理技術、可視技術及資料庫等技術的有機結合，並以其混合資料結構和強大的地理空間分析功能而獨樹一幟。它與ＣＡＤ系統和ＤＢＭＳ（資料庫管理系統）等有著很大的區別。ＣＡＤ系統雖具有強大的圖形處理能力，但其拓撲關係比較簡單，管理和分析大型地理資料庫的能力也有限；ＤＢＭＳ則側重於非圖形資料的最佳化儲存和查詢，而圖形查詢、顯示功能、資料分析功能均相對較弱。
眾所周知，ＧＩＳ中最基礎的也是最重要的部分是地理資料。ＧＩＳ能夠實現對大量複雜地理資料的輸入、儲存、操作和分析、輸出等一系列功能。
輸入：ＧＩＳ資料大多數來自現實世界，資料量比較大。目前被廣泛採用的資料輸入方法是傳統的手工數字化方法。同時，遙感資料正日益成為ＧＩＳ資料的重要來源，這標誌著ＧＩＳ資料輸入已經開始藉助於非地圖形式。另外，ＧＰＳ技術的日益成熟也促進了ＧＩＳ資料採集技術的發展。
儲存：ＧＩＳ對資料的儲存比較獨特，即在大多數的ＧＩＳ系統中普遍採用了分層技術，所以使用者在儲存這些資料時，只是處理涉及到層，而不是整幅地圖，因而能夠對使用者的要求作出快速反應。
操作和分析：ＧＩＳ充分繼承了ＣＡＤ和ＤＢＭＳ的圖形操作和資料處理的成熟技術。ＧＩＳ中空間資料與屬性資料有著緊密的聯絡，對資料的一致性要求較高，並且ＧＩＳ對地理資料有著強大的空間分析功能。這是ＧＩＳ的精華所在，也是ＧＩＳ技術能夠在很多領域中廣泛應用的關鍵。
輸出：ＧＩＳ能以合適的形式輸出使用者查詢結果或資料分析結果。對於輸出精度要求較高的應用領域，可以利用資料校正、編輯、圖形整飾、誤差消除、座標變換等技術來提高輸出質量。
由於ＧＩＳ中資料的處理比較繁瑣，工作量非常大，完全透過手工方式已經無法滿足當前的需求，因此必須充分利用計算機的處理能力，藉助於軟體系統來協助完成這些工作。目前ＧＩＳ領域比較成熟的軟體有美國ＥＳＲＩ公司的Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ，Ｍａｐｚｎｆｏ公司的ＭａｐＩｎｆｏ，Ｉｎｔｅｒｇｒａｐｈ公司的ＭＧＥ等。
２ ＧＩＳ在交通中的發展
近年來，隨著地理資訊系統的飛速發展，越來越多的應用領域同ＧＩＳ技術建立了緊密的聯絡。由於交通資訊系統具有精度要求高、規則複雜、動態化、離散化等特點，原有的資訊科技已經不能完全滿足部交通應用的需求，而藉助於ＧＩＳ的強大功能，可以實現交通訊息化的時代要求。交通領域中ＧＩＳ的應用也越來越受到研究者和開發者的重視。
交通地理資訊系統是收集、整理、儲存、管理、綜合分析和處理空間資訊和交通訊息的計算機軟硬體系統〔２〕，是ＧＩＳ技術在交通領域的延伸，是ＧＩＳ與多種交通訊息分析和處理技術的整合。ＧＩＳ－Ｔ具有強大的交通訊息服務和管理功能，它可以應用在交通管理的各個環節。在交通工程領域採用ＧＩＳ技術和方法研究交通規劃、交通建設和交通管理及其相關的問題，具有其他傳統方法無可比擬的優點。
２０世紀６０年代，美國人口統計局建立了ＤＩＭＥ以及後來的ＴＩＧＥＲ資料模型，當時他們就採用了基於點和線的一維線性網路來表達道路系統。在那些與點線相連的屬性表中，記錄了點線的各種屬性資訊。一直以來，這種模式都是道路交通系統表達模型的一個主流。但是隨著社會和經濟的發展，道路交通系統變得日益複雜，對交通地理資訊系統的要求越來越高，ＧＩＳ－Ｔ將面臨更多的挑戰。
３ ＧＩＳ－Ｔ關鍵技術
ＧＩＳ－Ｔ是改進了的ＧＩＳ和ＴＩＳ（交通資訊系統）的結合體。目前很多研究人員致力於ＧＩＳ－Ｔ的研究與開發，圍繞著ＧＩＳ－Ｔ產生了較多的研究課題，不同的研究課題涉及到的ＧＩＳ－Ｔ的功能也有所區別。為了進行詳細說明，可以透過定義３個功能組來獲得一個通用的框架，這３個功能組是：資料管理（實現資料儲存和維護）、資料操作（實現原始資料的創新）、資料分析或者建立可分析的模型。它們是相互依賴相互支援的，資料儲存是資料操作的前提，而資料的建模又是在前兩個的基礎上建立起來的。
３．１ 資料庫管理系統
長期以來，交通部門要使用和維護大量的資訊，在很多情況下都是多個交通資訊系統共存於同一個部門中，而且每一個交通資訊系統只能處理某一類資料資訊（如高速公路規劃網、公路管理系統以及事故資訊等）。ＧＩＳ－Ｔ的資料管理系統的關鍵技術在於透過建立資料模型和資料交換的框架，把上述不同的資料儲存於一個統一的資料管理系統中，任何部門都能訪問到該系統中符合本部門要求的資料，同時能對這些資料進行分析和建模，然後進行管理和決策。
３．２ 資料協同
交通資料一般都是由多個機構提供並維護，資料型別、資料標準難以統一。每個資料來源可能都有自己的.資料模型。資料模型的不同和使用方法的多樣性給資料管理分析造成了很大問題。由於資料位置、拓撲結構、分類、命名和屬性、線性測量的誤差，導致不同來源資料的統一過程比較複雜，結果存在很大的不確定性。要使ＧＩＳ技術在交通領域取得進展，必須藉助資料協同技術，從地圖的匹配演算法、交通資料的錯誤模型和錯誤傳播（尤其是一維資料模型）、資料質量標準和資料交換標準三個方面解決資料統一的問題。
隨著地理資料越來越廣泛的應用，協同性主題逐漸成為ＧＩＳ－Ｔ領域中的一個最為緊迫的課題。在詳細的數字街道資料庫、緊急事件的安排和排程系統、車輛導航系統以及ＩＴＳ（智慧交通系統）的各個部分（包括測量使用者和運輸控制中心或者資訊服務提供商之間的無線通訊）都必須應用資料協同技術。
３．３ 實時ＧＩＳ－Ｔ
地理資料的收集是一個持續的過程。近年來，已經開始出現實時基礎上的資料操作。例如，帶有全球定位系統ＧＰＳ的車輛提供速度、位置等要素資訊到運輸管理中心，管理中心再根據傳送的交通訊息將預測資訊返回給車輛，這樣就組成了地區的阻塞管理系統。由此可見，進行實時資料的儲存、恢復、處理和分析需要更快的資料訪問模式、更強大的空間資料融合技術以及動態路由演算法。
３．４ 龐大的資料集
現實世界的交通問題涉及到龐大的地理資料和複雜的網路。地理資訊科學對地理視覺化和資料採集的規則、技術發現和資料獲得的計算方法進行了研究和整合，同時也促進了ＧＩＳ－Ｔ的發展。
由於交通資料集大小的不同，就需要經常更新系統設計，這個系統設計包括了資訊顯示的精確性、速度上的最佳化、演算法執行時間與流程中的分析工具以及網路分析的最佳化。
３．５ 分散式計算
網際網路技術提供的可連線性改變了計算機、應用軟體、資料和使用者之間的關係。計算機已經形成了一個可移動的、分散式的、普遍存在的實體。基於網際網路的ＧＩＳ應用變得越來越普遍（包括在交通領域中）。以通訊網路技術為基礎的分散式計算技術可以有效地使用本地和遠端的計算資源，藉助完善的系統資源，實現適時應用的構想。
４ ＧＩＳ－Ｔ中面臨的問題及解決方案
４．１ 多格式資料來源整合問題
ＧＩＳ中最基礎的部分是資料，在ＧＩＳ－Ｔ中也不例外。但是多年來，一方面由於缺乏權威的專業資料公司製作並出售基礎的地理資料，所需的資料來源沒有保證，導致了大量的人力物力花費在製作基礎資料的工作上；另一方面，對已有的資料沒有充分加以利用，各部門積累下來的基礎資料由於資料格式和規劃不統一，難於共享利用，這樣不僅加大了成本，而且還延長了建設的週期。因此，實現多源資料整合、解決多格式資料來源整合是近年來ＧＩＳ－Ｔ系統研製開發的重要課題。目前，方案有以下３種：
（１）據格式轉換模式：把其它的資料格式經專門的資料轉換程式進行格式轉換後，複製到當前系統的資料庫或檔案中。
（２）資料互操作模式：這是ＯｐｅｎＧＩＳＣｏｎｓｏｒｔｉｕｍ（ＯＧＣ）制定的規範，ＧＩＳ互操作是指在異構資料庫和分散式計算的情況下，ＧＩＳ使用者在相互理解的基礎上，能夠透明地獲取所需的資訊。
（３）直接資料訪問模式：就是在一個ＧＩＳ軟體中實現對其它軟體資料格式的直接訪問，使用者可以使用單個ＧＩＳ軟體儲存多種資料格式。
４．２ 交通地理現象的表達
ＧＩＳ－Ｔ中涉及３類模型：①區域模型，即在跨越空間時代表連續變化的現象；②離散實體模型，也就是離散的實體（點、線或多邊形）及其相關屬性的集合的抽象表達；③網路模型，代表拓撲連線的嵌於地表的線性網路變化的抽象表達。由於交通系統自身的特性，應用於交通系統的資料模型幾乎都沒有超出上述的三種模型的範圍。
在對交通模型進行表達的時候，可以用許多具有多種屬性的線段代表道路網，用離散點代表各種道路網中的標誌性地物，用線性網路代數對交通網路進行分析，這些方法對實現道路交通系統的計算機表示起到了一定的作用。在交通領域中，圍繞以弧和點的概念建立的網路模型起的作用是最重要的。實際上，在許多交通應用中，只需要單個的表示資料的網路模型就可以了。這種應用的例子包括：
（１）人行道以及其它裝置管理系統；
（２）實時與下線行程安排；
（３）基於網路的交通資訊系統和行程計劃任務；
（４）導航系統；
（５）實時交通堵塞管理和事故發現等。
５ 結語
在交通領域，ＧＩＳ－Ｔ被公認為２１世紀的支柱性產業，是資訊產業的重要組成部分。隨著ＧＩＳ技術研究的進一步深入，目前ＧＩＳ－Ｔ中存在的問題會逐步得到解決，這必定會促進ＧＩＳ－Ｔ的各個方面的應用和發展，大大地改變交通現狀，帶動整個交通行業的突飛猛進，成為促進經濟發展的重要動力。
參考文獻
〔１〕鄔倫.地理資訊系統——原理、方法和應用.北京：科學出版社，２００１.２
〔２〕李躍軍.ＧＩＳ在交通領域中的應用，湖南交通科技，２００１.１２
〔３〕徐建剛、韓雪培.城市規劃資訊科技開發及應用.南京：東南大學出版社，２０００.９
〔４〕ＲｅｚａＢｅｈｅｓｈｔｉ，ＲａｌｐｈＭｉｃｈｅｌｓ．ＴｈｅｇｌｏｂａｌＧＩＳ：ａｃａｓｅｓｔｕｄｙ．ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉ-ｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，ＤｅｌｆｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ．２００１