摘 要： 針對當前交通流量分析技術的新發(fā)展趨勢，結合Web GIS系統(tǒng)的技術特點，從理論和工程實踐的角度出發(fā)，設計并實現了基于Web GIS技術的交通流量分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能模塊包括數據接收及管理、地圖數據處理及分析、地圖及數據的發(fā)布。該系統(tǒng)的實現及應用不僅可以對交通數據進行直觀、生動的顯示，還可以提供最新的查詢和分析,進而為交通流量分析提供決策和支持。
關鍵詞: 交通流量分析系統(tǒng); Web GIS; ArcGIS Server; ASP.NET
隨著中國城市化進程的加速，城市規(guī)模的不斷擴大以及城市車輛的不斷增加，導致道路負荷日益加重，城市交通擁堵情況越來越嚴重。這種現象不僅制約了社會發(fā)展的速度，而且給城市的建設者、管理者提出了一系列的難題[1-3]。為解決這一難題，交通流量分析系統(tǒng)應運而生，隨著現代科技的發(fā)展，該系統(tǒng)在智能交通系統(tǒng)(ITS)領域占了很重要的部分。但是目前我國公路交通流量分析工作比較薄弱，所提供的交通流量信息無法滿足公路管理的需求，在新的外界環(huán)境下，如何進一步利用現有的新技術，使得交通流量分析系統(tǒng)更好地服務于交通運輸安全及環(huán)境，已經成為交通信息化討論的一個熱點問題。
1 相關技術
1.1交通狀況分析理論
交通狀況分析即公路服務水平分析，一般指以下三方面內容：小時服務水平、實時服務水平、全天服務水平。道路的交通流量、占有率和擁擠度之間存在一定的模糊關系，擁擠度可以用暢通、正常、擁擠、堵塞、嚴重堵塞來描述。
1.2 Web GIS技術
Web GIS即基于Internet的地理信息系統(tǒng)，它是Internet和WWW技術應用于GIS開發(fā)的產物[4]，并且是一個交互式的、分布式的、動態(tài)的地理信息系統(tǒng)，由多個主機、數據庫、客戶端與服務器端相連所組成。使用它可以跨企業(yè)或者跨互聯(lián)網以網絡服務的形式構建Web應用、Web服務以及其他多種應用，并允許多種客戶端使用這些資源。
1.3 ASP.NET技術
ASP．NET是一種動態(tài)網頁開發(fā)技術，它提供了構建企業(yè)級Web應用程序所需的服務、編程模型和軟件基礎架構。做為Microsoft.NET平臺的一部分，ASP.NET提供了一種基于組件的、可擴展且易于使用的方式來構建、部署及運行面向任意瀏覽器或移動設備的Web應用程序。
2 交通流量分析系統(tǒng)的基本結構
2.1系統(tǒng)基本結構
通過上述相關技術的可行性分析及論證，設計了基于Web GIS技術的交通流量分析系統(tǒng)，其結構如圖1所示。
(1) 數據層：該層主要任務是完成數據信息的獲取、處理、管理并為業(yè)務層提供數據源。主要功能包括：①保存空間信息、地理信息數據及基本的屬性數據；②保存實時數據，例如實時接受每天從各個觀測點的觀測設備發(fā)送過來的數據；③備份歷史數據。
(2) 業(yè)務層：該層的主要功能包括：①GIS應用服務及相關業(yè)務；②二次開發(fā)的網絡應用服務。本系統(tǒng)Web GIS平臺選用了Arc GIS Server10[5]，它是一個基于Web的企業(yè)級GIS解決方案，包含兩個主要部件：GIS服務(GIS Server)和應用程序開發(fā)框架ADF(Application Developer Framework)。
(3) 表現層：該層的主要功能是將業(yè)務層的運算結果通過各種方式與設備展示給用戶，完成交互。
2.2系統(tǒng)需求分析
交通流量分析系統(tǒng)的使用者有3種：(1)專職的交通流量數據監(jiān)測、分析人員，他們對該系統(tǒng)的功能需求主要包括：公路服務水平計算；交通流量數據的監(jiān)測、查詢、分析與判斷；交通量實時變化曲線在線模擬。(2)系統(tǒng)管理員，主要功能需求為：用戶、角色、權限管理；角色、權限配置；數據庫及數據管理。(3)普通用戶，主要使用GIS標準功能或交通流量查詢服務。
3系統(tǒng)設計
本文設計實現的基于Web GIS技術的交通流量分析系統(tǒng)功能結構如圖2所示。
系統(tǒng)的數據流圖如圖3所示。觀測點采集的交通數據信息通過通信線路傳送到系統(tǒng)的接收處理單元，數據經過校驗與整理后存儲到系統(tǒng)的數據庫中,并更新后臺GIS子系統(tǒng)的地圖數據與其所對應的屬性內容。地圖處理、分析單元更新與之相關的結果集，并將結果通過發(fā)布系統(tǒng)進行展示。
4 系統(tǒng)實現
本系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境采用了ArcGIS Server10、ArcMap、Visual C#.NET、VS2008開發(fā)平臺及SQL Server2005數據庫。
4.1系統(tǒng)數據庫部分的實現
本系統(tǒng)采用不同的數據模型分別對屬性數據、空間數據和其他數據進行存儲和管理。空間數據及地理數據信息采用ArcSDE的Geodatabase模型概念，它采用標準關系數據庫技術來存儲和管理地理信息，例如地圖背景基礎數據和公路交通專題數據。基礎數據包括市區(qū)地物、河流、綠地等；公路交通專題數據主要由一些道路線路組成，包括國道、省道、市區(qū)道路、市區(qū)雜路、高架引橋等。對于實時數據的存儲，采用了關系模型，使用MS SQL Server建立，用來保存來自于監(jiān)測點的實時信息等。
對數據庫需要實現的功能包括：創(chuàng)建數據庫，數據文件或信息導入，數據獲取、存儲及管理。
4.2系統(tǒng)軟件部分的實現
Arc Server作為一個GIS平臺軟件，提供了一系列的GIS解決方案。因此，它的二次開發(fā)模型也非常多，在本系統(tǒng)的實現過程中，使用了ArcGIS Server .NET Web ADF來創(chuàng)建應用程序。
(1) Web GIS地圖數據發(fā)布與顯示模塊
地圖數據發(fā)布與顯示功能模塊可以為具有不同權限等級的用戶提供不同層次的服務功能。例如，專職的交通流量監(jiān)測人員可使用本模塊的全部功能,而普通用戶則只能使用部分功能，例如地圖瀏覽與地圖基本操作、道路流量查詢等。為實現這一目標，基于用戶角色權限(RBAC)技術，動態(tài)地為其定制數據發(fā)布與顯示端的內容。
本系統(tǒng)所具備的基本圖形操作功能包括圖形的放大、縮小、移動或距離測量，其工作過程為：應用服務器接收到客戶端帶有命令參數的請求之后，實現圖形的放大、縮小、全圖、平移等基本操作功能，最后將處理結果通過網絡反饋給各種形式的客戶端。
關鍵點標記功能主要是對一些容易發(fā)生交通堵塞或者交通事故的地理位置在地圖上進行標記，在進行流量分析時，系統(tǒng)可在這些關鍵點的各主干道方向上重點進行流量分析，并為歷史信息查詢提供儲備。
(2) 交通流量查詢分析模塊
該子模塊可進行的查詢分析包括日交通量查詢、點圖查詢、路線查詢[5]或按照地區(qū)進行的查詢，系統(tǒng)可根據不同的查詢條件生成相應的路況信息，并顯示在系統(tǒng)界面。在最終顯示中，使用綠色表示暢通路段，黃色表示擁擠，紅色表示堵塞。
(3) 地圖處理模塊
地圖處理子模塊需實現的主要功能包括制作地圖文檔、地圖分段模塊設置、地圖屬性的自動更新處理等。這里說明地圖文檔的制作與發(fā)布過程:首先，通過網絡資源獲取所需的空間數據，經過轉換處理為編程通用的格式,再通過ArcMap工具對其屬性的顯示進行設置并保存,最后,在ArcGIS Server Manager中發(fā)布地圖服務。
(4) 數據接收及數據管理模塊
數據采集與接收[6]：架設在各個交通路段上的前端攝像機根據特定的要求采集所監(jiān)控區(qū)域的實時圖像信號，通過算法的提取獲得各種交通數據信息，再通過通信接口及傳輸線路傳輸到遠端數據中心。
數據管理模塊功能包括數據文件入庫、特征數據集入庫及空間數據拓撲檢查。其中一項最重要的功能即矢量數據文件入庫，此系統(tǒng)使用了ArcObjects提供的接口來實現本功能。例如將shp數據文件導入至Geodatabase，其實現流程為:創(chuàng)建源工作空間；創(chuàng)建源數據集；創(chuàng)建目標工作空間；創(chuàng)建目標數據集；獲取源數據集的字段集并驗證；得到空間字段的定義和索引,完成導入。
本文針對城市交通流量分析需求，設計開發(fā)了一個基于Web GIS技術的交通流量分析系統(tǒng)，實現了基礎地圖數據發(fā)布，提供了多種交通流量的查詢方式，并利用Web GIS平臺實現了對交通量、擁擠度以及平均車速等多種交通流量統(tǒng)計數據的形象查詢和顯示。未來的工作將集中在：(1)隨著系統(tǒng)的運行，交通流量數據勢必會隨之增長，如何增強海量數據的存儲及處理速度值得考慮；(2)如何將交通流量分析環(huán)節(jié)做到更豐富，如何提高交通流量分析系統(tǒng)的智能化，也是需要考慮的問題。
參考文獻
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