GIS在道理管理上的应用.docx
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GIS在道理管理上的应用
目录：
一.GIS定义3
二．GIS在道路管理中的具体应用3
2.1道路交通安全3
2.1.1事故分析3
2.1.2道路实时监测预警5
2.1.3事故的救援5
2.2GIS路网地图服务6
2.2.1WebGIS系统体系构架6
2.2.2WebGIS系统功能7
2.2.3智能交通系统中的数字道路地图8
2.3GIS在道路养护上的应用9
2.3.1公路养护信息化9
2.3.2公路养护管理地理信息系统10
2.4GIS与城市道路网评价11
2.4.1路网评价指标计算12
一.GIS定义
图1GIS系统简图
GIS（GeographicInformationSystem）及地理信息系统，指的是在计算机软、硬件系统的支持下，对现实世界资源与环境各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
GIS系统主要可以分为人员、数据、硬件、软件和过程五个部分。
因此准确的说，GIS属于信息系统的一类，不同在于它能运作和处理地理参照数据。
地理参照数据描述地球表面空间位置和属性，在GIS中的两种地理数据成分：
空间数据和属性数据，分别表征和描述空间的几何要素和提供空间要素的信息。
而在本文中，主要探讨GIS系统在道路管理方面的应用，道路管理涉及的方面主要包括道路的交通安全（事故分析）、道路养护、公路的地图服务（最短路径查询等），以及城市道路的评价等方面。
而本文则将着重对地图服务、道路交通安全两个方面重点介绍。
二．GIS在道路管理中的具体应用
2.1道路交通安全
GIS在道路交通安全的应用主要是在道路事故的分析处理、对道路和交通状况等的监测预警，以及事故发生后的救援等等方面。
而应用方法主要是通过对实地的空间资料和属性资料的采集，在数据库对数据进行分析，以及用户对实时信息的获取等。
2.1.1事故分析
在事故分析方面，GIS系统运作的流程主要是：
图2事故分析GIS流程图
首先，通过数据采集系统（卫星、摄像头）等，通过数据分类编码、扫描数字化、图像自动判读和监控数据读取等系统采集到历史数据、近期数据和实时的监测数据。
然后通过空间数据确定事故地点的地理信息，通过属性资料确定事故发生的车速、车辆尺寸，交通流参数等，并导入到数据库管理系统，最后相关人员可以通过数据库的查询系统对统计数据进行分析，生成事故统计报表等和能够反映空间位置的事故信息查询。
而在数据的分析中，主要从三个层次对事故进行逐一分析：
首先是对现状和趋势进行分析，通过实际获得的空间和属性资料，通过数学方法的预测，分析事故发生与交通流、设施等因素之间的关系，从而尽量能够从宏观上了解和控制交通事故的发生。
其次是对交通事故的区域分布分析，及通过统计某一区域交通事故的特征、频数等因素，分析事故的发生是否具有很强的区域性，然后再分析该区域空间与交通设置的缺陷，从而控制事故发生。
最后是对交通事故的微观分析，及通过GIS中采集系统对某些具体参数（车辆行驶轨迹、车速等）的采集，通过对事故发生从开始到结束全过程的分析，包括通过三维技术对事故过程的模拟，以及相关参数的影响，研究事故发生的机理和规律，分析是由于人为的失误还是设施布置上的不足导致事故的发生，从而能够对事故发生地段提出相应的改善措施和安全对策。
综上所述，在事故分析方面，GIS能够为道路安全管理者提供全面的信息和决策支持，整体来看，GIS的作用主要体现在：
1、能顾建立信息和数据的采集管理系统，能够方便管理者进行查询、统计、分析。
2、能够通过GIS对道路实时的监测获得道路实时的更新数据，并且可根据空间数据的采集，将相关指标以直观图的形式在地图上表示。
3、能够通过GIS的运算和统计能力智能识别事故黑点、并同时显示、分析和评价。
主要是通过统计各个路段、交叉口等区域的事故情况，根据一定标准，自动筛选事故黑点，并标识在地图上，同时能够通过微观分析进行事故成因分析，对事故进行分析评价。
2.1.2道路实时监测预警
在道路实时监测预警方面，GIS系统主要是通过各个设备的实时监控，然后整合获取的信息判断路况、安全信息等，然后通过LED板，GPS导航等设施实时的将信息传递给用户，保障用户能够安全的行驶。
预警系统主要包括三部分：
数据采集、数据库的数据分析、信息传递和显示
图3监测预警流程图
数据采集主要是采集实时的路况、交通量、事故发生，以及相应的地理位置信息等，然后传递到数据库中通过对信息的甄选和分析处理，根据不同的地理位置将相关信息反映到LED板等显示设备上，将信息传递给用户，更进一步的系统，可以通过实测信息，能够为用户选择一条能够避让交通拥挤、事故多发点和路况较差区域的线路，通过GPS导航仪等设备传达给用户，或者将相关信息直接进行传递，从而减少了事故发生的来源，也就降低了事故的发生机率，保障了道路交通安全。
2.1.3事故的救援
在道路管理方面，避免事故的发生必然重要，但是事故发生后，实时的救援则显得更加重要。
因此可以将GIS技术引入道路交通事故的救援中，提高救援的效率。
GIS在救援方面的应用首先是在事故的判定方面，事故的判定主要可依据事故地段上下游的车辆占有率，如果GIS设备检测到某个地区上游车辆不断增加，而下游车辆明显偏少，通过在系统中确定相应的阙值，若多次观测后发现车辆依然超过阙值，即可判断该处有交通事故发生，然后可通过相应的GPS数据定位事故发生地。
救援路线的选定方面，以及救援路线的绘制。
关于救援路线的选定，与后文提及的最短路径类似，但是也存在不同，一般的路径有确切的起点和目的地，而在救援路线的选定方面，目的地并不唯一，包括医院、消防等，同时与一般路径相比，救援路线选定要求的数据更多，包括交叉口信息、路况信息、道路信息等。
因此在电子地图的绘制中，可通过不同的图层反映相关信息，然后确定参数，通过相关的数学模型计算事故救援的最短路径。
下图为VC++环境下调用MapInfo计算最短路径的流程示意图：
图4事故救援路线计算路径流程图
2.2GIS路网地图服务
GIS在城市道路的管理系统中，通常采用WebGIS（互联网地理信息系统）为道路服务，及一Web页面作为GIS软件的用户界面，为各种应用提供功能。
用户能够通过地图实时了解道路状况，合理选择路径，分流疏散。
而在当今时代，用户们可以通过各种方式连接互联网，随时随地能够通过网络获得相关信息，并通过浏览器方便的进行浏览和查询，相对于以往高成本的GIS设备，WEBGIS成为了真正意义上的大众化的GIS。
2.2.1WebGIS系统体系构架
就目前而言，WebGIS系统采用目前较为流行的三级结构，集客户端浏览器、WebGIS服务器和GIS数据库服务器。
客户端主要是以浏览器的方式与最终用户交互，同时用户可以相应的进行操作，将操作转为HTTP请求，通过互联网将指令发给WebGIS服务器处理，然后用户可通过浏览器获得处理后的结果。
在运行过程中，相应的ActiveX控件会实现对面积和长度的测量，统计分析，道路通达性分析，专题制图等来分析各条道路的现状，以及给行人分析行走路线或者给政府部门进行各种整顿工作，实现辅助决策支持。
而客户端的种类可以有很多种，包括个人pc、GIS设备、以及各种移动终端等，这些客户端均能通过浏览器来将信息传递给用户。
图5WebGIS结构示意简图
WebGIS服务器位于系统的中间，是系统的枢纽与核心部分。
在基于ASP技术实现的WebGIS中，ASP程序工作在WebGIS服务器端，用户通过Web浏览器用HTTP协议向Internet信息服务器（IIS）发出请求，WebGIS服务器响应该请求并调用ASP引擎执行该文件，并通过具有空间数据操作功能的自定义ActiveX控件实现空间数据的访问，而属性数据和空间数据可通过共同的ID进行连接，实现双向查询，最后ASP依据访问GIS数据库的结果集自动生成页面发送到客户浏览器。
GIS数据库服务器位于系统的后端，它是系统原始地理信息的储备基地，在GIS数据库服务器端，对数据库的访问是WebGIS实现的关键，基于ASP的WebGIS系统的优点之一就是能够通过ADO实现对GIS属性数据库的高效率访问，这就大大提高了整个系统的运行效率。
2.2.2WebGIS系统功能
WebGIS系统功能主要包括四方面：
地理信息的空间分布式获取，地理信息的空间查询、检索、联机处理，空间模型的分析服务，以及互联网上的资源共享。
地理信息的获取主要是通过GPS、卫星图像等方法获取地理信息（位置、形状等），然后通过处理器将图形信息转换为数据，作为WebGIS的基础数据，便于数据共享和数据传输。
地理信息的查询主要是基于之前获取的相应信息，利用浏览器的交互能力，WebGIS能够实线图形和属性数据的查询检索，因此用户可以通过客户端来操作这些数据。
空间模型的分析即在高性能的服务器端提供各种应用模型的分析与方法，首先服务器接受客户端传递的有效信息，然后根据相应的地理信息进行分析计算，然后将运算结果以文字或图形的方式返回至浏览器端。
而对于资源共享，WebGIS可通过互联网上大量具有空间分布特征的信息进行分析和调用，提高资源的利用率和共享程度。
2.2.3智能交通系统中的数字道路地图
智能交通系统中的数字道路地图主要是面向用户设计，而数字道路地图的使用主要是依靠WebGIS的应用，使得用户与服务器之间能够良好的交互。
因此在实际应用中它包括了以下几个功能。
1.地址匹配：
根据传感器提供的经纬度来确定车辆在街道中的位置。
而在地图服务中，大部分用户知道他们所处的实际地址而不是它的地理坐标，同时也希望获得目的地的地址信息而不是目的地的地理坐标。
因此在地图服务中最重要的是要将地址和地理坐标相互转换，通过相应的距离单位代替经纬度坐标，便于用户能够迅速准确的确定位置。
同时为提高地址精度，应当加入GPS全球定位系统来加以确定。
2.地图匹配：
地图匹配的前提是车辆的位置在道路上，当定位系统输出的坐标不在路径链上时，地图匹配算法找到路径链上最近的点把车辆标注在路径链上。
在车辆行驶时，地图匹配算法应用方向和距离变化来决定行驶路径的形状，在道路网络中对车辆进行定位。
一个好的地图匹配算法一般是基于数字道路地图，定位精度高，通常小于30米。
在推估算法中，应用传感器来测定车辆的方位和距离变化，计算出车辆位置的相对变化，地图匹配算法在这种情况下起着决定性的作用，它还用于消除GPS或传感器的系统噪音。
3.最佳路径计算
在车辆导航的准备阶段，司机可能既想自己确定一条行车路线又想得到别人的帮助，得到一条最理想的行车路线。
带有最佳路径算法的数字道路地图可以根据时间最短法则、距离最短法则或其它法则为用户提供一条最佳路径。
在GIS系统中，通常可采用Dijkstra算法等计算最短路径，将车速信息、路程、交叉口红绿灯等信息输入GIS系统中，再根据目前车辆的地理位置信息与目的地信息，可以分析计算出时间最短的路径，并能够通过webGIS的客户端将路径信息在地图上表示出来。
最佳路径的结果是以行车路径指南的方法表示的，它告诉司机从出发地到目的地的一切转向信息。
最佳路径计算需要高质量的地图信息，数字地图必须包括每条路径链的限速，方向和转弯限制，这样，行驶中就不会有非法转弯或错上单行道。
同时，高等级的数字道路地图还应当能够实时的读取道路的路况和交通信息，能够智能的将路况信息考虑进去，避免出现堵塞的状况，使得行驶效率最大化。
4.路径指南
一旦司机自己或用最佳路径算法选择了一条行车路径，导航系统会引导司机沿着指定路径行驶。
路径指南有两种模式，前置型和实时型。
前置型路径指南模式包括显示下列信息:
到门和转弯到转弯的街道名、行车距离、转弯方向、路标等。
相比之下，由于要用到定位、地址匹配、路径计算等数字地图的功能，实时型路径指南模式对软件要求更高。
车辆行驶时，车辆位置实时显示在电子地图上，这时，导航系统具有识别车辆在路径中的位置和车辆行驶方向的能力，当需要转弯时，路径指南功能会用听觉或视觉信号提示司机，说明要进行的操作。
在特殊情况下，在该转弯时如果司机没有转弯，系统会在计划航线之外显示出当前车辆的位置，并立即启动路径查询和计算程序计算出一条从当前位置到目的地的最佳路径。
同时，沿新路径的路径指南会显示出来。
上面所述的四个功能都依赖数字道路地图库中的特定要素，如果数字道路地图支持路径查询和路径指南功能，可以称为可导航电子地图。
在全球的导航系统中，地图相关功能不同程度的应用，显示出了精确的数字道路地图在导航系统中的重要作用，它的发展地制约着导航系统的发展。
2.3GIS在道路养护上的应用
2.3.1公路养护信息化
随着我国公路交通基础设施建设的飞速发展，传统的养护管理方法和模式已很难适应现代养护管理的需求。
而国家公路网结构日趋完善，养护管理在整个公路系统中的主导地位将逐渐建立起来，这对我国高等级公路的养护提出了更高的要求。
现代信息技术的发展为养护管理科学化提供了技术手段和保证。
各种高新电子信息技术集成形成的公路管理信息系统，具有强大的分析和数据管理功能，不仅能够适应各种层次管理部门随时了解已有公路现状的需要，同时还能够通过强大的空间分析功能和丰富的图层展示实现公路养护管理的电子化，成为公路养护管理不可缺少的工具。
而GIS在公路养护管理上的运用就是一个非常有前景的发展方向。
在道路养护上，相对于道路安全和地图服务，GIS虽然并不能够完全起到决策性的作用，但是却能够在一定程度上辅助管理部门对道路的及时维护以及损坏预警等。
近几年来，地理信息系统在公路养护管理中开始得到应用,已开发出一些比较成功的公路地理信息系统。
这些项目一般都针对公路养护管理的特点,根据公路养护对信息处理，实际需要和公路养护管理的地方特点,综合运用了地理信息系统和现代数据库技术，增加了道路养护管理的便捷性。
2.3.2公路养护管理地理信息系统
高速公路病害和路产，都具有一定的空间特征，将GIS应用于公路的养护管理中，能够有效地解决对这些空间特征的存储、描述和分析的问题。
基于GIS的公路养护管理地理信息系统的开发对于实现我国公路管理与综合运用以及为公路养护管理和评价提供了科学化的现代信息技术手段。
在进行道路的养护管理过程中，一般会将地理信息系统与路面养护管理信息系统或者路面质量评价系统一起运用。
将公路的属性数据和空间数据联系起来，既可以从地图上的路段、桥涵等地理要素中查询相应对象的数字、文档、图形、图像及视频、音频信息，也可以由路段编号、桥梁编号等标识信息查询得到其空间方面的信息。
而对于公路养护管理中检测结果及调查得到的路面病害等动态信息，通过运用可视化技术将这些数据拟合到地理要素上，进而得到直观的复合地图。
让技术管理人员详细地了解道路或桥梁的质量，为他们制定养护管理方案提供全面的参考。
同时，公路养护管理中也出现了许多比较成功的应用软件。
新近研制的公路管理信息系统一般都选用关系数据库管理系统和地理信息系统作为软件开发工具。
这些系统还包含有数据应用和图形处理等子系统，通过利用复杂数据模型、动态分析等技术，使公路属性数据与图形有机的结合，实现了图形、图像和数据的综合分析和处理，可实现了公路沿线定位与地理定位的转换，可在地图上对公路静态和动态的信息进行查询、统计和分析，亦可根据需要绘制全部或局部不同比例尺的公路网络图和统计图。
该系统的逻辑结构一般为：
图6公路养护GIS系统逻辑结构
目前此类系统在公路养护统计管理中已实现了以下方面的运用。
（1）采集路基路面桥涵构造物及沿线设施损坏情况，采集的数据利用GIS技术直接传输到路面管理系统，通过系统程序计算公路技术状况指数MQI及分项指标，得出科学的评价结果。
（2）利用GIS技术和桥梁管理系统对辖区内管养的大中小桥按路线编码进行定期检查评定。
（3）利用动态GPS进行公路定位，结合GIS技术对列养路线及桥涵的地理位置起止桩号长度宽度交叉路口重复路段及沿线设施等基础数据进行采集更新。
（4）统计人员根据路线地理分布，进行里程统计、桥涵构造物及沿线设施统计，将数据进行直观的可视化的分析和查询。
这些方面的运用革新了公路养护管理工作的方式，提高了工作的效率和对数据分析处理的能力，创造了一定的社会经济效益。
基于GIS的公路养护管理系统能完成一般意义的管理信息系统的各种功能，并且可以利用它的空间数据管理能力，做到及时发现养护和路产管理中的问题，分析出养护的重点，也能对某些路产进行更优的布置或者其它的决策支持，从而在整体上提高管理的水平，促进我国高速公路事业的健康发展。
2.4GIS与城市道路网评价
城市道路网是城市交通系统的重要组成部分，而城市道路网的管理和评价也是道路管理部门重要的工作之一，以往的路网管理需要通过技术人员实地测量、考察，并且管理人员需要通过单独计算对城市道路的路网做出评价和决策。
而现在，可通过GIS系统对路网的实时监测以及数据的采集来替代以往人工的测量和考察，并且通过后端的服务器对路网进行分析就按，做出评价和决策。
城市道路网的评价主要集中在相关评价指标的智能计算
2.4.1路网评价指标计算
相关评价指标主要包括路网面积率计算、路网密度的计算以及非直线系数的计算等
1.路网密度：
衡量城市总平面骨架的道路数量、长度、间距等能否与城市道路交通相适应。
路网密度的定义为城市道路总长度与城市道路用地面积之比。
即：
2.路网面积率：
路网面积率考虑各类道路不同宽度对交通的影响，以及其他道路设施对交通的影响，
其定义为城市道路用地面积与城市用地面积的比值。
即：
3.非直线系数
非直线系数是衡量路线便捷程度的一个指标，及道路起讫点之间实际交通距离与直线距离的比值。
即：
由于以上三个评价指标的计算主要与道路的几何指标有关，但是数据量庞大，人工测量的话工作量极大，但是通过GIS系统，可以通过卫星、GPS等获得道路的地理信息，然后在GIS内部的服务器中可以对道路的几何参数进行分析计算，计算功能需要包括两个模块：
面积分析模块和测距模块。
面积分析主要是通过地图将不同区域分割开来，并计算出该区域的实际面积，而测距功能主要是通过道路中两点的地理坐标计算出实地距离。
从而能能够智能计算出城市道路路网的评价指标，同时服务器可以通过计算出的指标，采用一定算法，智能为城市路网的规划与管理作出决策，从而能够实现测量，评价、决策的一体化。
三．总结
参考文献：
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