公众信息服务系统设计Word文件下载.docx
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近年来，随着公众信息服务系统的飞速发展，越来越多的应用领域同GIS
技术建立了紧密的联系。
由于交通信息系统具有精度要求高、规则复杂、动态化、离散化等特点，原有的信息技术已经不能完全满足交通应用的需求，而借助于GIS的强大功能，可以实现交通信息化的时代要求。
交通领域中GIS的应用也越
来越受到重视。
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
将GIS应用于交通公众出行系统,
将成为出行系统的一大特色和亮点。
因此，对
GIS-T技术进行研究，解决GIS
-T技术所包括的最短路径算法、最佳路径算法、动态分段难题。
地理信息系统简称GIS（GIS—GeographicInformationSystem），它是指
为收集、管理、操作、分析和显示空间数据的计算机软、硬件系统。
GIS的发展始于本世纪60年代，是与计算机技术同步发展的。
今天的公众信息服务系统集成了计算机数据库技术和计算机图形处理技术，它不同于以往只
处理统计的数据库系统和处理非地球坐标的计算机图形辅助设计软件。
在对象处
理上比上述两类软件更加全面，即地理信息系统所处理的事务对象具有空间地理特征，也具有统计信息特征。
如一段公路，起迄点是它的地理特征，公路的造价、技术标准以及交通量等又具有统计数据特征。
这些统计数据在纸介质地图上是难以描述的。
公众信息服务系统中的交通地图的基本思想是将地球表层信息按其特性的不同进行分层（basemap，每个图层存储特征相同或相似的事物对象集，如河流、湖泊、道路、土地利用和建筑物等构成不同的图层，然后分层管理和存储。
这样每个图层都有一个唯一的数据库表与其相对应，这个数据库表成为属性数据库，库中内容称属性数据。
因此公众信息服务系统的交通地图是一种空间性数据库管理系统，然而它除了具备一般数据管理系统的数据输入、存储、查询和显示
输出等基本功能外，它更能够进行空间查询和空间分析，用户可以根据需要建立一个应用分析模型，通过动态分析为评价、管理和决策服务。
公众信息服务系统需要有一个主要的承载平台和发布方式，在线的电子地图
是公众服务系统的交通地图的最佳表现形式。
它以底层地理数据和属性数据为依托，充分利用各种网络技术如，HTML,Javascript,CSS,Ajax,XML以及网络编程
等实现了实时、快捷、可视的空间地物地图展现，并提供了良好的可操作性，用户可以实现漫游，放大，缩小，查询等常用功能，从而获取感兴趣的信息。
然而，电子地图的建立是一个庞大的工程，如著名的Googlemap,XX地图，Mapbar
等，都需要编写大量的代码，结构也很复杂。
美国Esri公司提供的Arcgisserver网络GIS平台，可以方便地发布和二次开发在线电子地图服务，而且提供强大的
GIS功能，国内也有类似的系统，如超图公司的SuperMapiServer2008。
地图由传统的静态记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。
它使交通主管部门对公路等基础设施的管理变得直观、简单和轻松。
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，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。
高速公路公众信息服务系统中的交通地图将采用该技术来满足大众对网络搜索、缩放/平移、测距和交通限行等功能的需求。
在GIS中很容易实现1：
5万电子地图提供全省国、省干线和县乡村的道路网络以及道路沿线交通设施的电子地图查询浏览功能，可以及时显示相应路段附近的乡镇、收费站、服务区、河流、主干道、高速公路等标识；
同时可以通过滑动鼠标滑轮来缩放地图以及按住鼠标左键不放来平移地图；
并且可是容易满足视野内模糊信息检索、测距和交通限行功能。
5.842动态路况信息服务
动态路况信息服务应当提供拥堵路况、突发事件、交通管制、施工占路、交通气象和拥堵预测六大服务模块。
为了保证该6大模块的及时性和准确性，
这就对路况信息的财采集和处理要求比较严格，要有比较完善的信息采集和处理体制，包括信息采集技术和数据处理交换技术。
信息采集包括：
交通信息采集和气象信息采集。
5.8.4.2.1交通信息采集
交通信息的釆集已成为交通管理智能化的前提，建立交通动态信息釆集系统也就成为交通管理智能化的首要任务。
只有提供真实、准确、实时的交通信
息（包括数据和图像等），才能够实行合理的交通管理；
才能够发布实时交通信息；
才能够快速响应处理交通事故现场；
才能够正确评价道路运行，为交通规划、建设和管理提供有力的决策支持。
交通信息采集是指利用各种技术手段对整个交通运输领域中所要求的动态和静态交通信息进行获取的过程。
由于静态交通信息是相对固定的，在一定时期内具有一定的稳定性，因此，全面、可靠
地采集动态交通信息已成为提高交通管理与交通出行决策科学性的关键。
目前世界各国采用的动态交通信息采集方式主要分为固定式和移动式、自动和非自动两种方式。
其中国内外普遍采用的是固定式自动化的交通信息采集方式。
非自动采集技术主要需要人工干预才能完成交通流信息的采集（如人工采集法，巡逻车移动调查等）；
自动采集技术完全依靠采集设备（包括硬件和软件）自动
感知道路状况、使用者的通过或存在，实现对交通流信息的全方位、实时的采集。
主要的自动采集技术有：
基于检测器的交通信息采集技术；
基于GPS的动态交通流信息米集技术；
基于电子标签的动态交通流信息米集技术和基于汽车牌照自动识别的动态交通流信息采集技术等。
交通情况信息采集技术主要有：
环形线圈感应式采集技术；
视频采集检测技术；
微波采集检测技术；
其他交通信息检测技术，如：
红外线传感器，超声波检测等。
（1）环形线圈感应式采集技术：
环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。
车辆通过埋设在路面下的环形线圈，引起线圈磁场的变化，检测器据此计算出车辆的流量、速度、车型、时间占有率和长
度等交通参数，并上传给各监控中心，以满足交通控制管理系统的需要。
此种方法技术成熟，易于掌握，数据精准度高，并有成本较低的优点。
（2）视频采集检测技术：
视频车辆检测系统是一种利用图像处理技术实现对公路交通目标进行检测和识别的计算机处理系统。
通过对公路交通状况与交通目标的各种行为的实时检测处理，实现自动统计公路路段上行驶车辆的数量、计算行驶车辆的速度以及识别行驶车辆的类别、交通事件等各种有关交通参数，达到可视化监测公路交通状况的作用。
系统主要由图像采集、图像存储、刷新显示、图像处理、图像输出和计算机接口等几大部分组成。
视频检测技术具有可视化、大区域、大信息量、多功能等特点。
（3）微波采集检测技术：
微波车辆检测器（RTMS，通过发射中心频率为10.525GHz或24.200GHz的连续频率调制微波（FMC）在检测路面上，投映一个宽度为3-4米，长度为64米的微波带。
每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTM3Z射一个微波信号，RTM股收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度和长度。
RTMS具有两种基本的使用模式，分别是路边侧向模式和前方正向模式。
由于微波具有绕射和衍射特性，所以不受天气或昼夜的改变而影响检测精度。
具有安装过程简单、免维护，高可靠性等特点。
（4）超声波检测技术：
检测器主要有脉冲波、谐振波和连续波三种。
脉冲
波型检测器悬挂在车道上方，向车道下方发射超声波能的脉冲，并接受回波，当有车辆从下面通过时，从车顶反射回波而不是从路面反射回波，缩短了回波的路程，使接受回波的时间缩短，从而检测出车辆的到达。
谐振波型检测器在车道两边分别安装相向对立的发射器和接受器，从发射器发射的谐振波横越车道，被对面的接收器接受，当车辆通过时截断了波束，从而检测出车辆。
连续波型检测器与连续波型雷达检测器的原理相同，当发射一个连续超声波能的波束射向驶近的车辆时，由于多普勒效应，引起来车反射能频率发生变化，于是就能检测出车辆的存在。
5.842.2气象信息采集
气象信息采集主要是获取当地气象部门的气象预测和气象站智能检测的有效数据。
在省局中心、地、州、市级气象局和气象站各设立核心节点。
其中，省局中心作为整网核心，关系到全省气象数据的正常传输，因此在省局中心设立两台核心服务器，一主一备。
主要是考虑到骨干网络是承载气象重要数据和承担其他政府重要部门的交换等功能，气象的基础数据是其他许多政府部门决策和执法的基础，因此需要网络设备可靠、稳定，另外，考虑到网络还可用来承载气象OA系统的需求，所以中心设备能很好的保障网络在未来几年的先进性和可扩展性。
例如，未来到各地市的带宽扩展到2个2M或者更多，此时只需要通过专线升级方式即可。
地市级主用通过光缆2M接入省气象中心的通信网络系统，同时,充分考虑到网络设计的安全性和可靠性。
在本次设计中，市局节点到各采集点除选用APN专线作为主用外，还选用了ADSL/ISDN网作为备份链路。
各采集点采用GPRSDTU设备接入，将采集到的各种气象数据通过GPR测络及时的送到地市级
气象中心，实现快速、稳定、可靠的网络构建。
公众信息服务系统则直接与当地气象部门交互，直接从气象部门网站采集气象数据。
而高速公路上的气象采集设备采集到的数据则是通过光纤收发器或者网络直接反馈给系统，然后系统处理之
后显示到界面。
5.842.3数据处理及界面显示
系统将对各种途径采集的各种交通信息、气象信息进行有效地分析和处理，
综合之后分类显示在电子地图的界面上。
也可以让带有全球定位系统GPS的车
辆提供速度、位置等要素信息到监控管理中心，管理中心再根据发送的交通信息，进行统计分析，得出实时交通路段流量信息，然后，可以将路段流量信息返回给车辆，或者公布到互联网上，这样就可以提供实时的路况信息。
由此可见，进行实时数据的存储、恢复、处理和分析需要更快的数据访问模式、更强大的空间数据融合技术以及动态路由算法。
动态路况信息服务主要分为拥堵路况、突发事件、交通管制、施工占路、交通气象和拥堵预测6大类。
1）拥堵路况：
界面上会显示具体路段名称，拥堵方向，拥堵原因等，例如：
某路段发生了拥堵，界面上首先用醒目颜色标识该路段拥堵及方向，并显示相应的原因，它可能是由于天气原因造成，也可能是由于事件原因造成，也可能两方面原因都有。
2）突发事件：
用红色标识，显示时间名称、地点、种类等信息。
主要突发事件有：
交通事故，车辆故障，火灾报警等。
3）交通管制：
界面会显示交通管制的具体原因和管制时间段，例如是因为气象
或者勤务造成的交通管制等。
4）施工站路：
界面会显示施工信息，包括施工路段名称，影响范围，施工完成
时间，道路全封闭还是封闭某车道等。
5）交通气象：
界面则会显示相应的气象信息及限速值。
包括晴天、雨天、雾天、
大风、结冰、降雪及其等级。
6）拥堵预测：
系统会根据车检器检测到的信息，在界面上显示可能会造成拥堵
的路段和交通枢纽。
5.843路径规划服务
该项服务将为出行者提供各种出行方式的比较分析。
出行者输入出行起点和
终点，系统将输出汽车、火车、航班等多种出行方式的所需时间，出发时间，价格，到达地距城市的距离等。
为自驾者提供最优路径的分析，基于出行的起、终点，公路及交通状况、行驶时间、里程收费情况等多方面因素，为公众提供出行最佳路径辅助决策。
同时需提供交通信息检索功能，出行者通过输入关键字，可以查询与之相关的交通信息，包括图片、文字、声音和视频信息等。
如：
自驾车出行者需要选择行驶路线，了解所经城市名称、行驶里程、公路等级、通行费用等与公路有关的信息，公共交通出行者需要了解途经城市名称、沿途服务区等信
息。
系统主要实现最短路线、收费最少路线和最舒适路线的查询功能。
5.8.4.3.1最短路线：
在国内外现有的公众信息服务系统中，使用最多的一种技术。
路径是定义了
属性的有序弧的集合（至少应包含某一条弧或其中的一部分），表示一个线形特
征。
最短路径问题是图论研究中的一个经典算法问题，旨在寻找图（由结点和路
径组成的）中两结点之间的最短路径。
算法具体的形式包括：
（1）确定起点的最短路径问题一一即已知起始结点，求最短路径的问题。
（2）确定终点的最短路径问题一一与确定起点的问题相反，该问题是已知终结结点，求最短路径的问题。
在无向图中该问题与确定起点的问题完全等同，在有向图中该问题等同于把所有路径方向反转的确定起点的问题。
（3）确定起点终点的最短路径问题一一即已知起点和终点，求两结点之间的最短路径。
（4）全局最短路径问题一一求图中所有的最短路径。
用于解决最短路径问题的算法被称做“最短路径算法”，有时被简称作“路径算法”。
最常用的路径算法有：
Dijkstra算法，A*算法，Bellman-Ford算法，Floyd-Warshall算法和Johnson算法。
DjkstraE.W.曾提出了一个按路径长度递增的次序产生最短路径的算法。
该算法的基本思路为：
假设网络D（V,A）每个结点vi都有一对标号（di,pi），其中di是从起点vs到该点的最短路径的长度，pi则是从起点vs到该点的最短路径中的vi的前一结点。
算法的基本过程为:
第一步：
初始化。
起点S设置为：
ds=O,ps=null;
其他所有点i:
di=00，记pi=null（未知）；
标记点k=S（S为起点的编号）。
第二步：
距离计算。
计算从所标记的点k到其他所有未作标记的点i的距离lki，并令di
=min[di，dk+lki]，同时修改各点的标号。
第三步：
选取下一点，并标记该点。
从上述未标记结点集中，选取di最小所对应的点为最短路径中的下一计算
点j，若存在多个最小值点，则分别进行计算，最后得出的最短距离肯定是一样的，但有可能产生多条最短路径。
若此时j点不是终点，标记j点，令k=j，执行步骤二，反之则结束计算。
第四步：
得出计算结果。
终点t所对应的d值即是所求得最短距离，我们根据终点标记的前一点，往起点方向跟踪，就可以得到最短路径。
5.843.2收费最少路线
所谓收费最少路线及最佳路径，是指网络两结点之间阻抗最小的路径。
“阻
抗最小”有多种理解，如基于单因素考虑的时间最短、费用最低、风景最好、
路况最佳、过桥最少、收费站最少、经过乡村最多等，和基于多因素综合考虑的风景最好且经过乡村较多，或时间较短、路况较佳、且收费站最少等。
最短路径问题是最优路径问题的一个单因素特例，即认为路径最短就是最优。
最佳路径的求解算法有几十种，这里主要介绍基于最大可靠性和最大容量的最优路径。
（1）最大可靠路径
设网络D（V,A）中的每条弧aij（vi，vj）的完好概率为pij，D中的任意
条路径P,其完好概率为：
p（P）」）
Pj
则网络D（V，A）中所有（vi，vj）路径中的完好概率最大的路径为（vi，
vj）的最大可靠路径
利用最短路径算法也可以求解最大可靠路径。
做法为：
定义网络D（V,A）中的每条弧aij（vi,vj）的权为：
wij=—Ln（pij）
因为0岂Pi<
1,所以wij》0。
从而可以用前述的Dijkstra算法求出关于权wij的最短路径，而且关于权wij的最短路径就是（vi,vj）的最大可靠路径。
（2）最大容量路径
设网络D（V,E,W中的任意一条路径P的容量定义为该路径中所有弧的容量cij的最小值，即：
c（P）=mincij
ey€E（P）
贝U网络D（V,A）中所有（Vs,Vt）路径中的容量最大的路径即为（Vs,Vt）的最大容量路径。
同样，可以将网络中每条边或弧的权值定义为通过该边或弧的时间，就可以求出时间最优路径；
若定义为该弧的费用，则所求出的为费用最优路径。
利用最短路径法可以解求。
5.843.3最舒适路线
所谓最舒适路线就是通行路线上路况较好的路线。
根据贵州全省的高速公路
和国道省道的具体路况划分多个路面路况等级。
然后根据不同路段的路况等级来
选择优先级较高的路段，同时不能改变行车终点方向且绕行距离不能太多，所以
我们这里采用了动态分段技术。
交通道路一般都是呈线状的，用桩号来描述道路上的具体位置，如在设施建设、事故点定位、交通规划中。
然而，GIS-T要求能
可视化的定位公路上的位置，能在信息系统中实时观察和管理动态的道路段信息。
这些功能的实现就要用到动态分段技术。
动态分段（DynamicSegmentation）思想是由美国威斯康星交通厅戴维.复莱特于1987年首先提出的。
该思想解决了传统的GIS在处理线性特征时所遇到
的问题，是一种新的线性特征的动态分析、现实和绘图技术。
它是在传统GIS
数据模型的基础上利用线性参考系统和相应算法，在需要分析、现实、查询及输出时，动态计算出属性数据的空间位置，即动态地完成各种属性数据集的显示、分析及绘图的一种方法。
动态分段功能将地图网络中的连线根据其属性将特征相
近的连线分段。
分段是动态进行的，因为它与当前连线的属性相对应，如果属性改变了，动态分段将创建一组新的分段。
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图5-8-2动态分段思想
动态分段具有如下特点：
无需重复数字化就可进行多个属性集的动态显示和分析，减少了数据冗余。
并没有按属性数据集对公路进行真正的分段，只是在需要分析、查询时，动
态地完成各种属性数据集的分段显示。
所有属性数据集都建立在同一公路位置描述的基础上，即属性数据组织独立于公路位置描述，独立于公路基础底图，因此易于数据的更新和维护。
可进行多个属性数据集的综合查询和分析。
动态分段的思想提出来以后，各GIS软件公司纷纷投入大量精力来研究动态分段技术。
目前，动态分段技术作为管理线性特征的重要功能已经嵌入到一些GIS软件中,女口：
Arc/Info，ArcView，TransCAD,MGE/Segment等。
这些
GIS软件采用的数据模型都是以弧段-结点模型为基础的数据模型，该模型由一组弧段组成，而弧段又由构成线性特征的一组有序坐标对组成，其中弧段的两
个端点称为结点。
与线性特征相关的属性信息储存在与弧段相关联的属性表
（AAT中。
如下图：
EventsTable
图5-8-3动态分段的数据模型
动态分段和线性参考系统是交通运输应用的关键部分。
它使得下列事情更便利：
路径规划与分析，自动车辆定位与跟踪，汽车站与设施编目，通讯和信号的维护，事故报告与分析，人口统计分析与路线重组，乘客量分析与报告，以及交通规划与建模。
在管理高速公路的时候，可以以多种不同的方式使用动态分段和线性参考系统。
例如，动态分段和现行定位对于评估路面状况，设施（如交通信号灯，路牌，护栏，收费亭和环路探测器等）的维护、管理和估价，组织桥梁管理信息，以及审查和协调建筑工程等都是有用的。
动态分段和线性参考系统也有助于创建一个交通规划人员、交通工程师和公共建设工程分析人员使用的、用于
跨学科决策支持的通用数据库。
5.844视频监控
提供贵州全省高速公路主要节点的视频图像，主要是出行者出行路线上的主
要节点的视频图像，但是考虑到流量压力，可采用实时视频图像和定位视频截图两种方式提供视频服务，视频截图刷新周期小于1分钟。
贵州省内所有高速、国道、省道等主干道的主要节点的视频图像直接接入到本地数字化设备，再由当地
数字化设备接入到大众信息服务系统的数字化设备，由系统提供的webserveice
服务供大众访问视频。
其视频接入模式如下图所示：
图5-8-4视频接入模式图
大众只需打开系统网页，选择需要出行的路段，然后选择需要查看的交通节点信息，打开视频即可观看相应的视频，关闭当前观看视频后即可选择其他交通节点的视频观看；
本系统不提供大众视频接环功能，具体操作如下图所示：
选择摄像机
5.845交通旅游服务
交通旅游服务主要包括：
旅游景点、酒店及特色小吃、热点旅游专题和旅游常识等模块。
根据贵州省、市旅游局和其他相关单位交互的实时数据来动态显示相关景区、景点的参观人数、票价、停车位等数据的变动情况。
此类信息一部分由贵州省、市旅游局和相关单位提供，另一部分则通过互联网获取。
为了降低采集成本，同时保
升级会员 