太原理工大学GIS工程实践生产实习基于GIS的道路交通信息系统.docx
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太原理工大学GIS工程实践生产实习基于GIS的道路交通信息系统
成绩：
《GIS工程实践生产实习》
实习报告
——基于GIS的道路交通信息系统
专业：
地理信息系统
班级：
地信1201班
姓名：
郝晓锋
指导教师：
隋刚苏巧梅
二〇一五年一月
1.实习目的
GIS工程实践生产实习是配合“GIS设计与实现”课程教学而开设的实践环节，目的是让学生深入理解GIS设计与实现课程中讲述的内容，熟悉GIS工程的基本内容和实施GIS应用工程的一般过程；提高学生应用GIS工具分析问题、解决问题的能力。
2.实习题目描述和要求
2.1实习题目描述
基于GIS的交通道路信息管理系统
路的交通数据是城市交通管理必不可少的资料,目前道路交通管理部门通常将他们作为统计资料以表格的形式进行存储。
由于其数量大、关系复杂,管理部门很难系统管理这些表格,另外由于表格形式的数据无法表示空间位置,所以无论对于管理人员还是对于普通用户,这些资料都显得十分抽象。
因此我决定做一个基于GIS的交通管理信息系统。
2.2实习题目要求
GIS技术提供了可视化的一体化管理对象的空间位置和属性特征的数据库结构,利用GIS管理道路和交通数据使管理人员不但能系统地管理、查询和检索道路交通数据,更能利用道路空间数据和交通数据进行更高级深入的分析,例如最短路径搜索和表示、路段路口交通量和服务水平状况、交通小区间的出行情况、交通事故发生的件数和程度、道路的周边环境污染程度等。
3.实习报告内容
3.1道路交通系统可行性及需求分析
在现实生活中，有很多方面都需要对路径的分析，以寻求最短路径、最优路径，如出行路线的选择、管网和管线的设计。
在交通方面，无论是时间最快问题、费用最低问题，还是距离最短问题，这些问题的核心内容都是最短路径算法。
所以可以利用地理信息系统中的最短路径、最优路径空间分析方法解决这些实际问题。
可行性分析：
1.建立交通道路信息管理系统的必要可行性分析
交通问题一直是我国重点需要解决的一个问题，其中包括交通的流畅性不佳，交通事故频发，交通工具污染严重等等一系列的问题。
因此建立一个完善的交通道路管理系统是十分必要的，也是我们现在继续的。
2用户需求，使用可行性分析
随着中国汽车逐年增长，私家小轿车的普及已经是日益家庭化。
用户群的广大基础为系统的运用提供的可行性。
3技术方法和技术可行性分析
考虑到经费问题，选择独立开发模式，不依赖于任何GIS工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言VisualC＋＋，在一定的操作系统平台上编程实现。
学习阶段技术力量是单一的有限的，开发的产品会有很大的缺陷，需要今后的不断改善和提高。
地理信息系统行业最近几年的发展兴起了很多新技术，以及计算机技术的发展为GIS的发展提供了更多的技术。
拥有了很多开发的经验，现在的技术可以解决基于GIS的交通管理信息系统的大部分问题，不存在技术上的问题。
4经费估算
单人独立开发，产品属于学习作品，不具有任何商业价值，因而，本次的费用也就降到最低，可以忽略不计。
但在以后的实际生产中，费用是限制开发的第一大问题，要着重考虑。
3.2系统的总体设计
（1）系统功能设计
基于ArcGIS的区域交通信息系统是道路交通信息和城市空间信息的快速发布、查询检索以及相关统计分析的网络信息系统，因此，系统的设计和建设必须基于ArcGIS，该系统主要用户是道路交通管理部门，以后还可能会开放部分功能提供给广大的市民查询。
因此系统界面必须简单友好，功能全面。
基于ArcGIS的哈尔滨市区域交通信息系统紧密结合哈尔滨市城市道路交通信息管理的实际需求，遵循科学性、实用性、可扩展性和开放性等原则开发，该系统主要包括如下几个功能模块：
①地图管理及交通状况监视功能。
实现对地图图层的分层显示和管理、实现基本的放大、缩小、平移、漫游、地图查询、图层控制、鹰眼等操作；通过不同颜色实时显示道路交通流状况，分析目前的道路交通状况；对各个等级的道路路段进行统计。
地图上业务信息应该和地图位置保持同步。
②区域交通状态服务水平的多粒度评价以及展示，包括提供对经典区域划分的服务水平及指标展示和任意区域划分的服务水平及指标展示。
即依据经典的城区划分或经典的交通区域划分显示各区域的服务水平以及用户还可以根据自己的需求，进行的任意区域划分，系统会自动计算该区域划分中各区域的各项指标参数和服务水平，并展示出来。
③城区各主要道路和区域交通的短时预测预报，提供5分钟、10分钟、15分钟后的道路及区域交通状态的展示以及统计分析功能。
以及与当前状态的对照。
④专题地图。
按行政区域，以图文并茂、简单易懂的折线图、饼状统计图、柱状统计图来显示交通状态的变化趋势、交通指标参数以及服务水平统计信息等。
⑤用户管理以及权限控制。
用户管理主要是用户信息添加、用户信息删除、用户信息修改等。
用户权限控制主要是针对不同用户的请求作不同的权限设置。
对于系统管理员级别的用户可以使用系统的配置以及编辑功能对服务器的系统参数与数据更新、修改；而一般的用户可能只具备浏览、查询、统计制图等功能。
⑥其他功能。
如系统管理、公告管理、日志管理等。
（2）系统的非功能性需求
基于ArcGIS的区域交通信息系统应该满足的非功能性需求：
①系统性能
保证系统数据来源的可靠性和实时性，对信息查询的响应时间不应超过5秒。
②系统开放性需求
系统要求能够与不同的地理信息系统，不同格式的地理信息数据相容；系统提供的功能能够支持不同的语言操作系统的应用系统使用。
③系统的可移植性
整个系统应具有很高的可靠性、稳定性满足连续运行的要求。
④数据管理能力的要求
满足数据保存至当前两年内的数据的容量管理需求；支持三年内的数据增长的管理需求。
⑤数据采集频率需求
为了保证区域交通信息系统中能够对服务水平状态进行准确的监控,同时考虑到高峰时段的特殊情况，对于检测器数据釆集频率为每两分钟发送一次。
（2）系统原则设计
（a）保证数据的完整性、现势性，而不以系统检索、运行速度的大幅度减低为代价。
数据库设计过程中，对数据种类的设置和数据的存储组织方式要合理，并考虑运用索引、视图等手段对数据检索进行优化。
（b）保证系统运行的安全性，而不以牺牲系统的兼容性、共享性为代价。
选择适合的安全机制，控制用户及其他系统对数据的访问。
（c）软件功能的完善不以牺牲系统的易操作性为代价。
软件功能设计时考虑易操作性，软件在各种功能的调用方式和运行操作方式采用统一的菜单、工具栏等形式，在整体上形成易操作性。
（3）系统设计特点
在设计整个系统时，本着良好的开放性、可扩展性、以数据为核心、系统友好性、良好的安全性等作为设计的出发点。
1、系统的开放性
本系统釆用B/S结构模式，应用JZEE技术进行设计不仅从功能上体现了系统开放的特点，而且从体系上构造了一个开放的系统结构。
此外，本方案的开放式结构，坚持基于通用标准和用户定制的开发思想，利用数据库。
GIS等技术逐步实现数据和应用的标准化，通过标准数据接口形成开放、易集成的应用系统。
2、系统的可扩展性
在系统的结构设计上，始终遵循可扩展性的原则，在系统的数据库设计上，不仅考虑当前数据，还考虑到将可能添加或用到的相关数据;在数据管理层的设计上,还预留有对外部数据管理功能的接口，并且在功能上设计为用户自定义和系统定制相结合的方式，使用户可以自己对系统进行扩展;在数据应用层的设计上，将核心应用和前端应用进行了逻辑上的分离，核心应用力求灵活、全面、可扩展，而前端应用则提供给用户充分的自定义功能，使用户可以按实际需要进行系统功能的定制，特别是在指标运算模块和预测预报模块的设计上，系统采用模型库来存贮运算模型和公式，这样就为系统提供了理论上可无限扩展的指标运算功能。
3、以数据为核心
在GIS的应用中，数据始终是系统的核心，在本系统的设计中，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，最终目的是通过该系统的建设，能够为相关主管部门提供及时、准确、全面的有关道路交通状态的各种信息，以期为道路交通的管理、规划和决策提供依据。
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，通过空间数据存取引擎、查询统计引擎等一系列为提高系统数据处理质量和效率的功能模块的开发,从而实现了系统以数据为驱动，以应用为目的的最终目标。
4、系统的友好性
一个成功的应用系统，不仅要有强大的系统功能，友好的界面设计、方便的用户操作也是很重要的一面。
在本系统的设计中，用户定制的思想始终贯彻在整个过程中，系统以易用性、易扩充性和易维护性为根本出发点，通过固定框架、定制模板的方式，采用组件式开发技术实现相对自由的用户定制功能。
5、系统的安全性
在系统的安全性设计上，充分考虑到了对系统用户根据管理的需要将用户划分成不同的级别，最上层是超级管理员。
不同级别的管理员被赋予不同的权限。
管理员可以创建新用户，分配初始密码，将用户划分为不同的用户组方便进行管理。
系统将控制权限分成多个等级，可以根据需要灵活地分配给相应的用户和用户
（4）系统总体设计图
1.显示层为即为表示层，用户通过Web浏览器发送请求到服务器，与服务器进行交互，获得自己所需要的各种信息。
2.Web服务层，包含了系统所支持的web服务器，同时包括了一些道路交通管理信息系统所需要的专业化的服务和组件等，如路况分析与评价、预测预报等模块。
3.WebGIS服务层，负责接受客户端发送过来的请求进行负载平衡和服务管理，根据用户请求操作GIS数据库,为用户提供地理信息GIS服务，实现客户机与服务器的动态交互。
4.数据资源层，通过各种网络连接将各种异构分布的数据资源进行集成，为上层的服务调用提供各种数据支持"负责提供交通服务水平评价系统需要的各种必须的数据资源，包括地理信息空间数据!
业务数据!
动态交通流及服务水平评价结果数
（5）系统数据库准备
a交通事故数据库
以往的交通事故数据单独存放在关系型数据库中,由于只有数据和图片,管理维护和查询都不直观,如果与GIS结合起来,交通事故数据的管理、查询和分析将变得方便起来。
尤其是与路口路段信息查询功能结合使用后,可达到事倍功半的效果。
我们开发的交通事故数据库仍然采用Maplnfo和VB的OLE方式连接,MapBasic在Maplnfo后台运行,负责Maplnfo中的图形对象和属性表的处理,VB负责与外部数据库建立连接,显示和管理外部数据库,并提供照片显示和管理功能。
这样就实现可视化的点图查询、管理员与普通用户的权限分开、事故和照片数据库记录的人性化管理等。
b路口路段数据库
路口路段信息是以点和折线的形式在GIS数据库中出现的,这些点和折线是以1/10000的19基于GIS的城市道路交通管理信息系统——杨忠振孙卓比例形成的地形图为基础进行矢量化的,对应每一个路口路段我们又追加相应的名称、宽度、交通量、分叉数等属性特征,这些属性特征存在与矢量对象相对应的表中。
查询时采用稳定的OLE方式建立Maplnfo和VB程序之间的通讯。
用户可以对查询条件进行逻辑操作,还可使用高级查询按钮自行编辑查询条件。
查询结果显示Maplnfo中包含查询路口路段的属性表和相应的空间位置
C路口转弯数据库
字段名称
字段类型
字段长度
约束设置
编号
字符型
12
PRIMARYKEY
具体位置
字符型
12
道路类型
字符型
12
上段道路编号
数值型
10
下段道路编号
数值型
10
道路宽度
数值型
12
道路道数
数值型
12
转弯方向
字符型
12
道路坡度
数值型
8
道路材质
字符型
10
施工时间
日期型
10
UNIQUE
施工单位
字符型
12
断面形状
字符型
12
检修记录
字符型
16
坐标
浮点型
10
高程
浮点型
10
d路标站牌数据库
字段名称
字段类型
字段长度
约束设置
编号
字符型
12
PRIMARYKEY
X坐标
数值型
10
Y坐标
数值型
10
所属路标站牌编号
字符型
16
所属路标站牌名称
字符型
16
型号
字符型
12
路标站牌颜色
字符型
14
路标标高
数值型
10
所属路段
字符型
10
所属路段宽度
数值型
10
所属路段道数
数值型
12
使用年限
数值型
12
安装时间
日期型
8
投入使用时间
日期型
8
UNIQUE
e红绿灯数据库
字段名称
字段类型
字段长度
约束设置
红绿灯编号
字符型
12
PRIMARYKEY
坐标
数值型
14
具体位置
字符型
12
红绿灯类型
字符型
10
所属路段
字符型
12
红绿灯标高
数值型
12
红灯时间
数值型
12
路宽
数值型
10
施工时间
日期型
8
UNIQUE
所属路段编号
数值型
6
CHECK
所属路段名称
字符型
12
所属路段道路道数
数值型
12
红绿灯材料
字符型
12
红绿灯形状
字符型
14
红绿灯规格
字符型
14
施工单位
字符型
12
数据库创建说明
区域交通信息系统数据库由基础地理信息数据库、交通状态信息及指标数据信息数据库以及属性数据组成，基础地理信息数据库包括了行政区划、水系、绿地等数据，主要是作为北京显示；交通状态信息及指标数据信息数据库包括交通流的基本状态信息、评价指标信息数据等属性数据库主要包括了行政区划基本信息，城市道路属性信息、交通状态统计数据等。
针对该系统的数据类型的复杂性，从空间特性,包括结构化和非结构化数据；从存储方式，包含数据库数据和文件数据等。
如何使这些数据能够有效地管理和应用，是空间数据库设计的关键因素。
基于以上考虑，我们决定选用ESRI公司的空间数据库引擎ArcSDE作为数据管理引擎,ArcSDE可以用关系数据库（RDBMS）管理空间数据,在RDBMS中融入空间数据后，ArcSDE可以提供对空间、非空间数据进行高效操作的数据库服务，大大提高了系统数据库设计的科学合理性，还可以大大提高数据信息检索的速度。
城市基础地理信息数据库
空间数据（SpatialData）是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据。
它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。
定位是指在一个己知的坐标系里空间目标都具有唯一的空间位置;定性是指有关空间目标的自然属性，它伴随着目标的地理位置；时间是指空间目标是随时间的变化而变化;空间关系通常又称拓扑关系。
在空间数据中不可再分最小单元现象称为空间实体，空间实体是对存在于这个自然世界中地理实体的抽象，主要包括点!
线!
面以及实体等基本类型。
在本系统的空间数据釆用GIS软件平台Arclnfo进行管理和维护，各实体分别按照点、线、面等不同要素类进行分层存储，数据来源于北京市交通管理局电子地图第三版数据，其数据格式为shapefile，其内容如下:
点状数据:
餐饮服务、公司企业、科研院所、政府机关、购物、金融银行、加油站、医疗卫生、车站码头、旅游景点等。
线状数据:
一级、二级、三级、四级道路，主要道路，环路，地铁等。
面状数据:
行政区划、绿地、水系等。
交通状态基础数据表
（6）视图管理
视图管理包括视图调整、辅助定位和符号线型设置三类。
其中视图管理指
视图的放大、缩小、平移、漫游；辅助定位指系统提供网格等辅助手段协助用
户在视图中定位。
a属性录入和编辑
系统应为用户提供多种属性数据编辑方式，既可在工作界面中直接修改属
性窗口的显示内容，也可从其它格式数据库或文本文件中批量导入。
b图形编辑
软件可进行图形元素的添加、删除和移动。
增加或删除图形元素可以通过“创建工具条”或“编辑”菜单下的“创建对象”和“删除对象”选项。
分别代表管网中的检查井、雨水口、排水口等构筑物。
c查询分析
查询对象的选择可以用鼠标点取、框选等方式，可进行单一条件查询、复合条件查询。
d道路资料库和图档库
（7）系统用途
a实时监控
经过GSM网络的数字通道，将信号输送到车辆监控中心，监控中心通过差分技术换算位置信息，然后通过GIS将位置信号用地图语言显示出来，货主、物流企业可以随时了解车辆的运行状况、任务执行和安排情况，使得不同地方的流动运输设备变得透明而且可控。
另外还可能通过远程操作，断电锁车、超速报警对车辆行驶进行实时限速监管、偏移路线预警、疲劳驾驶预警、危险路段提示、紧急情况报警、求助信息发送等安全管理保障驾驶员、货物、车辆及客户财产安全
b指挥调度
客户经常会因突发性的变故而在车队出发后要求改变原定计划；有时公司在集中回程期间临时得到了新的货源信息；有时几个不同的物流项目要交叉调车。
在上述情况下，监控中心借助于GIS就可以根据车辆信息、位置、道路交通状况向车辆发出实时调度指令，用系统的观念运作企业业务，达到充分调度货物及车辆的目的，降低空载率，提高车辆运作效率。
如为某条供应链服务，则能够发挥第三方物流的作用，把整个供应链上的业务操作变得透明，为企业供应链管理打下基础
c规划车辆路径
目前主流的GIS应用开发平台大多集成了路径分析模块，运输企业可以根据送货车辆的装载量、客户分布、配送订单、送货线路交通状况等因素设定计算条件，利用该模块的功能，结合真实环境中所采集到的空间数据，分析客、货流量的变化情况，对公司的运输线路进行优化处理，可以便利地实现以费用最小或路径最短等目标为出发点的运输路径规划。
d定位跟踪
结合GIS技术实现实时快速的定位，这对于现代物流的高效率管理来说是非常核心的关键。
在主控中心的电子地图上选定跟踪车辆，将其运行位置在地图画面上保存，精确定位车辆的具体位置、行驶方向、瞬间时速，形成直观的运行轨迹。
并任意放大、缩小、还原、换图，可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上，利用该功能可对车辆和货物进行实时定位、跟踪，满足掌握车辆基本信息对车辆进行远程管理的需要另外轨迹回放功能也是GIS和GPS相结合的产物，也可以作为车辆跟踪功能的一个重要补充
e信息查询
货物发出以后，受控车辆所有的移动信息均被存储在控制中心计算机中——有序存档、方便查询；客户可以通过网络实时查询车辆运输途中的运行情况和所处的位置，了解货物在途中是否安全，是否能快速有效的到达。
接货方只需要通过发货方提供的相关资料和权限，就可通过网络实时查看车辆和货物的相关信息，掌握货物在途中的情况以及大概的到达时间。
以此来提前安排货物的接收，存放以及销售等环节，使货物的销售链可提前完成。
f辅助决策分析
在物流管理中，GIS会提供历史的、现在的、空间的、属性的等全方位信息，并集成各种信息进行销售分析、市场分析、选址分析以及潜在客户分析等空间分析。
另外，GIS与GPS的有效结合，再辅以车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等，可构建高度自动化、实时化和智能化的物流管理信息系统，这种系统不仅能够分析和运用数据，而且能为各种应用提供科学的决策依据，使物流变得实时并且成本最优
4总结
我国目前交通运输管理软件的开发模式有两种：
一是利用国外成熟的商业GIS平台进行系统的二次开发；二是直接针对具体应用中的空间问题开发与之相对应的综合管理信息系统。
但由于后者研发成本高，软件制作周期长，并且在具体应用环境中还存在系统可靠性等因素，故实际应用较少，主流应用仍为第一种方式。
目前基于GIS的物流运输管理软件本身的质量和市场的需求仍旧存在着一定的差距，主要体现在GIS技术的应用上，成本高昂也是GIS技术没能迅速在我国物流管理信息系统中取得广泛应用的主要原因。
由于各个部门、机构间缺乏数据共享机制，造成大量重复建设，成本居高不下。
GIS基础空间地理数据，无论从覆盖面、详细程度、市场价格等各个方面来说，还都不能很好的满足需求
本报告提供的方法对实现ArcGIS和智能交通行业中的分布式数据处理及ArcGIS在相关领域中的应用等具有一定的意义。
本报告首先分析了开发基于ArcGIS的北京市区域交通信息系统的重要性和必要性，然后详细的阐述了基于J2EE应用平台，利用ArcGIS技术开发北京市区域交通信息信息系统的设计，然后通过对北京市交管局提供的多年的交通流历史数据，按照平日早晚高峰和周末早晚高峰、经过分析和整理，构建出相应的概念模型和数学模型，提出了主要的预测预报算法。
并实现将交通信息数值计算结果可视化与网络实时发布，实现了在Web上北京市区域道路交通信息的可视化和图形化。
此外，还提供了功能强大的统计分析功能。
本系统的主要有如下特点：
1、釆用B/S模式设计，基于ArcGIS技术平台开发，在Internet上发布道路交通信息，具有适应性强、应用面广、实时性高、可移植性强等特点。
2、详细分析了基于ArcIMS地图发布平台的开发流程，以及ArdMS的体系结构,并对其开发方式进行了分析比较和优化。
3、系统结构合理!
功能完善，其中服务水平评价指标计算全面、真实、系统地实现了指标体系中微、中、宏观各项指标的计算以及服务水平等级的实时评价。
4、系统实现了区域交通服务水平的实时评价技术，基于时空信息融合的服务水平预报预测技术，并实现了区域交通服务水平分层次、多粒度时空表达。
展望
随着万维网（WWW）、地理信息系统（GIS）技术的飞速发展，在网络环境下实现基于ArcGIS的道路交通信息化系统，不仅可以满足道路交通管理部门对于道路交通服务水平的评价和道路交通管理的决策支持方面的需求，而且还可以为公众提供方便快捷的道理交通信息服务的实时查询，为公众选择合理的出行路线提供方便的服务。
这必将成为道路交通信息化领域的重要发展趋势。
本实习在这个方面作了初步的尝试，期望能将道路交通状态的信息化和公众化提高到更高的水平，但仍有很多问题没有解决好，期望能够在以后的研究中更好的完善。
以下是几个主要的可以改进和增强的地方：
1、本系统的空间分析方面功能有限，没有能够实现一些复杂的空间分析功能：
如矢栅叠加分析、路径分析和网络分析等。
2、本系统在提供辅助分析决策方案方面的功能的设计还不够完善，还没有实现缓解交通拥堵的建议方案功能，离真正的自动决策目标尚有一定的距离。
3、可以尝试将多媒体技术融入到系统中，将多媒体技术和GIS技术相结合起来,可以大大增强GIS的表现方式和效果，使系统的信息表达更加直观、更易于理解、与用户的交互也更加方便快捷。
4、系统的数据来源可以更加广泛，可以接入视频的数据、GPS数据，这样可以更加方便地查询到需要查询的道路，实时的视频数据。
本文现有的设计成果，存在着很多需要改进的地方：
（1）需要进行数据质量检测与查错机制的研究。
数据质量好坏直接影响到系统运行结果的准确程度，而在实际应用系统的建立过程中，不可避免地会由于数据采集方式和精度，数据格式转换方式，信息系统数据处理能力等原因造成数据质量参差不齐。
因此，有必要在信息系统中建立数据差错机制，从数据准确度方面保证系统的性能。
（2）进一步探讨对不同格式数据在数据库中的存储和兼
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