道路交通GIS管理系统毕业设计.docx
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道路交通GIS管理系统毕业设计
道路交通GIS管理系统毕业设计
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第一章绪论
1.1课题背景
随着时代的进步和社会的发展，目前公路上行驶的汽车的数量与日俱增，但是与之相应增长的是越来越多的由于交通安全隐患引起的社会问题，比如酒后驾驶和疲劳驾驶导致的交通事故频繁、交通拥堵等。
每年由于交通事故而导致的人身伤亡和财产损失不计其数。
所以道路交通的安全不仅是与每个交通参与者人身财产安全有着密切的联系，同时也是整个国民经济的发展和社会的进步的重要保障。
所以保证道路交通的安全、畅通、有序是所有的交通参与者从切身利益出发对交通部门提出的最根本的要求，也是时代赋予交通管理者的重要使命。
如何应用先进的管理方法和管理技术，切实地提高城市道路交通安全管理的水平，减少各种交通事故的发生，使事故对道路交通的通行量的影响最小化，并争取最有效且合理地分配交通流，需要先进的科学技术手段的支持。
我国的道路交通管理技术起步较慢，到目前为止发展相对比较落后，缺乏先进的现代化得交通管理控制手段，如交通事故监测、事故预测和快速事故处理的智能化系统。
目前，国大多数的城市的道路交通管理仍然是主要出于人工管理阶段，无法快速和准确的进行交通情况分析，动态交通调度和实时控制等。
大量的统计数据还无法在其中发挥其作用。
地理信息系统（GeographicInformationSystem简称GIS）具有能够将属性数据和地理空间数据结合起来进行分析的特点。
将它应用与道路交通领域，可以利用它将相应的地形数据、交通设施数据、道路数据、交通事故数据等各种不同的数据结合起来进行分析，并能提供直观的查询统计系统，进行事故预测和分析，通过与互联网相结合还能够提供交通控制指令和实时远程监控等强大的功能。
所以，应用GIS系统和互联网络技术开发和实现一套道路交通安全管理系统，为交通指挥部门提供卓有成效的指挥平台是完全有可能而且可行的。
我国的GIS相关的产业是在国家信息产业化的带动下发展起来的。
GIS在我国的最初的研究工作开始于20世纪80年代初期。
它以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个GIS研究室为标志。
在国早期的信息化浪潮中，以地理信息为对象的GIS应用技术一直停留在少数专门的领域中，并没有被市场所认识和接受，应用围相当的有限。
但是进入到21世纪以来，随着GIS信息技术本身的告诉发展和社会信息化的深入，对地理信息技术的需求不断地增大，其中道路交通管理领域的需求尤为明显。
虽然需求越来越大，但是由于国技术起步较慢，发展较慢，现在GIS应用围还是主要着重在道路信息查询、属性数据和空间数据的管理以及专题地图和报表的输出等领域中。
在当前以及接下来较长的一段时间，我国的GIS技术将会处于市场化告诉扩容的阶段，这主要体现在市场的需求量大，新公司的不断涌现和新产品的不断增加。
现阶段，国的GIS系统的市场具有两个较大的特点：
一是目前以及今后较长的一段时间，政府部门仍然会是GIS市场的一个大热点；政府部门的一系列鼓励发展高新科学技术的政策和GIS系统在相关政府部门的应用都在极推动着GIS技术的发展。
另外一个是非传统的GIS应用开始渐渐的成为了市场的新增长点，GIS系统的应用将面向更多的新领域。
GIS作为一门地理空间信息处理技术，已经渐渐的成为了数字城市和智能交通系统的重要技术支撑。
如今，GIS技术在道路交通管理领域中的应用，及GIS与GPS、RS，以及互联网技术的结合已经成为业界的热门话题，这也将为GIS的应用提供更加广阔的应用环境。
从GIS技术在目前道路交通管理领域上的应用看，总体来说交通情况分析和实时监控能力不强，还不能够不能高效切实有效地解决道路交通安全问题。
其主要的原因在于道路交通设计的因素众多，不仅包括道路交通状况、交通设施设备、还包括了车辆性能、驾驶员的生理和心理状态等。
其中道路交通状况和设施设备等属于静态因素，车辆性能以及驾驶员的生理和心理状态属于动态因素，而这两种因素之间的相互作用正是道路交通安全管理系统设计的特定和难点所在。
而现行的道路交通管理系统对动态信息数据的采集、分析和处理的能力都较差，无法实现对动态因素进行实时监控和管理，或者甚至是完全忽略这些因素的影响，这都导致了交通管理系统的性能无法满足日新月异的交通发展的要求。
同时，与道路交通管理相关的各个功能模块的集成度不高，并没有建立起统一的标准，这都间接地导致了道路交通管理系统的实现难度居高不下。
近几年，随着3G网络的快速发展，使得数据的远程无线实时传输成为了可能。
基于以上原因，建立一套能够实现强分析能力和实时远程监控的能力的道路交通GIS管理系统成为了可能，同时也是急切的社会需求。
1.2GIS技术国外发展现状
1963年加拿大测量学家R.FTomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个GIS（加拿理信息系统CGIS），并用于自然资源的管理和规划[1]。
不久后，美国哈佛大学提出了较完整的系统软件SYMAP。
这可算是GIS的起步[1]。
进入20世纪70年代之后，由于信息技术和计算机软硬件技术的高速发展，促使GIS朝着实用方向迅速发展，一些经济发达的国家先后建立了许多专业性的GIS，在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用,如1970－1976年期间，美国国家地质调查局就建成了50多个信息系统。
其他如加拿大、德国、瑞典和日本等国也相继发展了自己的GIS[2]。
现在GIS技术已经不再是门单一的技术，它已经可以展开为许许多多的技术分支，目前，应用较为广泛的GIS技术有以下五个分支：
1.组件式GIS（ComponentsGIS）
组件式GIS是一种新的GIS开发的思想,它是将GIS的各个功能模块分散制作成ActiveX控件和Automation,这些标准的ActiveX控件和Automation可以被任何支持它们的开发语言和开发环境来调用,以便可以在原有的或新开发出来的的信息系统中加入特定的GIS功能[1]。
目前在国际上比较流行的组件式GIS软件有ESRI的MapObjects和MapInfo公司的MapX等。
目前国外市场上流行的专用GIS软件有很多，比如作为工作站的版本有ARC/INFO,IntergRaph和MicroStation等；桌面GIS系统有MapInfo,Arcview,AutoDesk及国的MapGIS,GeoStar等。
这些系统的共同特点是它们可以将图形处理,空间查询与分析,属性管理及其它GIS功能都包含到一个比较庞大的系统中[1]。
对于一些普通用户来讲这可能是比较适宜的,但对大多数用户来讲可能会存在如下问题:
1）对于大多数用户来说,他们可能只是需要部分而不是全部GIS系统的功能,而用户必须为购买整个GIS软件系统而支付较高的费用,例如基于GPS和GIS的城市交通管理系统或者用于环境分析的GIS系统,可能就不需要很强的图形数据处理功能,而用于城市规划的GIS系统或者基于宗地的地籍管理系统则要求较强的图形处理功能,如果使用ComponentsGIS进行系统，那么开发用户就将不再需要购买整个GIS软件系统,而只要在GISComponents的基础上进行开发组装即可;2）由于绝大部分的GIS软件都需要进行二次开发后才能满足用户的特殊需要,而目前的GIS软件所用的开发工具有许多并非标准开发语言。
这对用户的使用提出了较高的要求,也对原有系统的改造带来许许多多不便。
而ComponentsGIS一般都支持国际标准的开发语言,如VisualBasic,VisualC++,Java等,这对专用系统的开发提供了更加快捷和便利的方法;3）利用Components技术更容易建立InternetGIS或IntranetGIS信息系统[3]。
2.Internet或InternetGIS
信息高速公路的建立也极方便了世界各地的用户间进行信息的交换和信息的查询。
由于GIS能够提供丰富的空间查询、空间分析及属性管理的功能，因此，GIS技术也正在成为Internet（国际互联网）或者Intranet（企业局域网）的一个主要的容。
建立InternetGIS的主要目的在于以下几个方面：
1）实现远距离空间数据共享与信息查询和交换；2）为公众提供必须的GIS服务；3）建立大规模甚至超大规模的空间网络信息系统；4）为其他学科的研究提供一些基础信息的资料[4]。
目前用于InternetGIS系统的开发工具主要有ESRI的MapObjectsIMS（InternetMapServer）和ArcViewIMS,MapInfo公司的MapXtreme以及网络版的Autodesk等。
3.3DGIS
地球以及地球上的各种物体都是以三维空间的形式存在的,因为目前二维GIS技术或二维半（平面X,Y坐标加高程）GIS对于完整的描述地球上的对象是有一定限制的。
需要用三维空间来描述的应用领域主要有如下几个方面:
气象学、地质学、采矿学、石油勘探与开发、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、医学影像和机器人学等。
一个三维GIS空间信息系统应该能够模拟、表示、管理、分析与三维实体相关的状态信息,并为用户提供决策支持[1]。
4．开放型GIS（OpenGIS）
目前有一种多用户且跨平台的OpenGIS技术正在被国外的许多研究机构、政府部门和高等院校所研究和开发利用。
开放型GIS的研究和应用使得各政府部门及企业之间不同格式的数据能够实现方便地互访,这有利于网络GIS及分布式GIS空间数据库的建立,并且使GIS的应用领域及其功能大大拓宽[5]。
5．虚拟现实技术
虚拟现实技术是目前GIS研究领域的另一重要的研究方向。
虚拟现实是对人类真实世界某一部分或某一过程进行的逼真模拟,能够给人提供视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉等信息,令人完全置身于虚拟世界中,却能够体验到与现实系统一致或接近的感觉,从而能让人产生一种虽幻犹真的沉浸感[1]。
美国MultiGen公司生产的MultiGen软件已经可以利用地理信息中心的数字地形海拔数据（DTED）、数字文化特征数据（DFAD）和与之配套的航空或卫星照片,快速高效地构造任何地区的地形地貌和文化特征。
我国GIS形容工作开始于20世纪80年代初，以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个GIS研究室为标志[6]。
从20世纪90年代开始，GIS在我国进入快速发展阶段。
目前，中国已经基本完成了覆盖全国的1：
100万和1：
25万基础的地理数据库的建设，即将开始投入建设的有1：
5万基础地理数据库和7大流域的1：
1万基础地理数据库项目；此外，中国已经完成了1100多个大、中型数据库以及难以计数的各类数字化地理基础图、专题图、城市地籍图等的建设。
但是，由于这些数据标准不一致，目前其兼容性较差，利用率也较低，所以必须建立完善的体制才能对这些有形资产进行统一管理[6]。
应该注意，我国现在GIS产业的总体规模仍然比较小，从事GIS的公司，无论从数量还是规模，都无法与一些发达国家的同类公司相比拟。
GIS产业仍然面临着数据资源不足、标准不全、专业应用模型缺乏和市场不规等问题。
全面规市场，推动以市场为主导的GIS技术行业的发展和应用，加快GIS相关标准和规的制定，并积极参与国际GIS市场的竞争，提升公司的素质和规模，是发展我国GIS产业的重要途径。
我国GIS技术的发展虽然较晚，但GIS技术已在许多部门和领域得到应用，并且得到了政府部门的高度重视。
从应用方面来看，地理信息系统已经在资源开发、环境保护、城市规划建设、交通、能源、地图测绘、土地管理、农作物调查与结产、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警公共汽车调度等方面得到了具体应用[2]。
近年来我国的GIS软件及产品也取得了长足的进步，国产GIS软件已经在国民经济建设中发挥重要的作用,例如，国产的软件MapGIS在我国“神舟号”发射中起了重要的作用；国产的软件GeoSTAR已经成功地用于七大江河流域DEM数据生产[7]。
代表GIS发展新方向的InternetGIS国产软件已经逐步成熟；越来越多的GIS软件产品采用组件化GIS空间和属性数据一体化存储、多用户协同工作等前沿技术，使得技术创新和市场开拓实现了良好的互动。
已经有一批高等院校设立了一些与GIS有关的专业或学科，还有一批专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。
此外，国还成立了“中国GIS协会”和“中国GPS技术应用协会”等。
21世纪，GIS应用的技术已经趋成熟，GIS应用的社会背景已经基本形成，无疑，在未来GIS会成为我国IT业中最为活跃的领域之一。
1.3本章小结
随着社会的发展和科技的进步，汽车的数量将越来越多，交通拥堵和交通事故等已经成为了不容忽视的社会问题。
为了能够缓解甚至解决这些问题，GIS应用技术已经渐渐的在发展起来。
现在GIS被广泛应用的社会背景已经基本形成了，但是还是存在有各种缺陷，所以设计一套功能相对完备的道路交通GIS管理系统已经成为一种必要。
第二章道路交通GIS系统介绍及方案选择
2.1系统简介
地理信息系统（GeographicInformationSystem简称GIS）是一项以计算机技术为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用已经形成了一门交叉性、边缘性的学科，是对空间数据进行管理和研究的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据进行有效的管理、研究各种空间实体之间的相互关系。
通过对多种因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用所需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示出处理的结果。
道路交通GIS管理系统的目的就是对道路交通的安全管理、事故预测和事故检测的实现提供一个方便快捷的方案。
系统的核心是实现对有异常情况的车辆实现精确定位，关于这点，初步的找出有以下三种设计方案：
方案一，利用嵌入GoogleMapApi，实现地图定位的输出；方案二，置地图图片，利用自定义的定位算法，实现地图定位输出；方案三，利用组件式GIS进行二次开发。
2.2GIS设计方案对比
2.2.1方案一：
嵌入GoogleMapApi进行开发
GoogleMapAPI是谷歌提供的一个基于Javascript技术的应用程序的接口，它对开发环境的要求并不高，只需要一个能够支持GoogleMapApi的浏览器即可（几乎目前所有主流的浏览器都支持）。
他提供给所有对GoogleMap有兴趣的用户一个设计自己地图网络或地图应用程序的服务，并且可以免费使用。
而且随着GoogleMapAPI的不断升级，完成的功能也越来越多。
GoogleMapAPI最新的版本是第三版，新版本的主要的特点是提高了执行的速度。
相对于第二版，新版本的API的主要功能有：
1）不再需要APIkeys,这样用户可以将代码集成进入RSS阅读器，并且不会有任何的错误出现；2）基于MVC（Model-View-Controller）的框架，这样可以减少Javascript的下载量，并且简单医用；3）能够自动开启默认的UI界面，并且提供默认的UI控件和方法供用户使用，这样使得用户开发的界面能够自动更新为最新的格式，当然用户也可以禁止该项功能等[8]。
虽然GoogleMapAPI有许多的优点，但是他的地图并不是置的，而是需要通过网络不断更新和下载的，而且地图数据较为庞大，当网络状态不佳的时候会出现地图跟性能速度慢，从而可能导致无法快速精确定位。
固该种方案不予以考虑。
2.2.2方案二：
置地图图片，采用自定义定位算法
将地图以图片的形式置与计算机中，能够对地图进行本地化，只需要在要显示顶图的时候将图片显示出来即可。
一般的地图图片的有bmp、jpg等多种不同的格式，都可以很方便的被应用程序所使用，但是一般这种数据格式的地图都不带有GPS数据在其中，所以，我们必须为其设计一定的定位算法：
在地图上随机选取几个点，然后利用GPS接收机等设备去实地地测试这几个点的真实GPS数据，然后利用这些数据和地图上这几个像素点的相对偏移量综合起来，能够计算出图片上每个特定的像素点所对应的GPS数据，制成一个图片与GPS数据的映射表，这样，就能够实现定位的功能，并且由于地图的本地化，所以位置变换和显示的速度不受当前网络状态的影响，是一种不错的方案。
虽然该方案有它一定的优势，但是它的劣势也是显而易见的。
一方面，图片格式的地图数据资源本来就相当的少，而且如果所要使用的地图围越大，图片也就越大，那么GPS数据与地图的映射表的制作也就越发困难，而且成本也越高，准确度也相应的越低。
以上种种的限制导致了以这种方案进行设计的难度大大的提高，并且适合度也大大的降低。
2.2.3方案三：
利用组件式GIS进行二次开发
组件式软件技术是当今软件技术的潮流之一，它的出现大大的改变了以往封闭、复杂、难以维护的软件开发模式。
ComGIS（即组件式GIS）便是顺应了这一潮流而出现的新一代的地理信息管理系统，是面向对象技术和组件技术在GIS领域的软件开发中的应用。
ComGIS的基本的思想是把GIS的功能有效地划分为多个模块，每个模块均以控件的形式存在，每个控件完成不同的功能。
在各个GIS的控件之间，以及GIS控件和其他的非GIS控件之间，可以方便的地通过各种可视化的软件开发工具集成在一起，以形成最终的GIS应用。
各个控件如果一堆各种各样的积木，可以分别实现完全不同的功能（它包括GIS功能和非GIS功能），再根据实际情况把实现各种所需要的功能的“积木”搭建起来，就能够构成地理信息管理系统的基础平台和应用系统。
ComGIS还有以下几个重要的优势：
1）与语言无关性。
首先，组件式GIS不需要专门的二次开发语言，只要按照一定的标准（如Microsoft的ActiveX控件标准）开发接口，提供一套实现GIS基本功能的函数构件。
换一句话说，就是GIS的开发者，不需要掌握专门的GIS开发语言，只需要熟悉基于Windows平台的通用的集成开发语言和开发环境（如VisualBasic,VisualC++，VisualFoxPorc,BorlandC++等），及组件式GIS各个构件的方法、事件和属性即可，就能够完成应用系统的开发和集成。
2）二次开发能力强。
一个完全组件化了的组件式GIS，它的二次开发能力是非常强大的。
因为它将GIS的每个功能模块都组件化了，并且它的功能既是提供给二次开发用户使用，同时也是组件GIS部调用的接口。
为了实现一个完整的GIS功能，各个功能模块的组件及接口必须是定义得很完备和详细。
3）开放性和扩展性。
组件GIS是不依赖于任何一种开发语言而存在的，可以嵌入到通用的开发环境中实现GIS功能。
专业模型则不仅可以使用这些通用的开发环境来实现，也可以通过插入专业模型的分析控件，这样能有效地克服了传统的GIS软件在系统集成上面存在的低效、“有缝”等缺陷，从而实现高效、无缝的系统集成。
4）大众化。
由于组件式技术已经渐渐的成为了行业的标准，即“组件”标准化，使得用户可以像使用其他的ActiveX控件一样来使用组件GIS的控件，这样，非专业的普通用户也能够集成和开发所需要的专用GIS应用系统，使得GIS从专家们的实验室开始走向社会，这样有力地促进了GIS的普及和大众化的进程。
5）低成本。
由于组件式GIS本身可以分解为若干个完全不同的功能的组件，使得用户可以根据实际需要选择必要的组件，同时，由于组件GIS只是提供GIS的通用的功能组件，其他非GIS的专业功能可以使用专业厂商提供的其他专门的功能控件，这样，就可以大大的减轻用户的经济负担，从而降低GIS软件的开发成本。
6）分布式多数据源的集成。
组件化使得GIS在应用中可以轻易地实现分布式多数据源的集成[9]。
7）互操作性。
互操作性的GIS还正处在与研究的阶段，但是组件化GIS是互操作GIS的基础[9]。
只有组件化的GIS的功能模块化、标准化，各个GIS厂商按照标准以组件的方式来实现各个功能模块，不同厂商的功能模块相互之间才可以系统工作和达到互操作的目的，从而使GIS的应用能够达到一个更加方便和大众化的水平。
8）能够操纵集成了GPS信息的地图图层。
大多数的组件式GIS均提供出了对加入了GPS数据信息的地图图层的处理，使得对地图的操作和车辆的定位变得方便和精确，并且能够实现地图的放大，缩小，漫游等等常用的功能。
而且支持地图数据本地化。
2.3最终方案
通过对比上面的三种解决方案可以看出，采用组件式GIS进行系统的二次开发，其支持本地化地图和对地图的操作功能的强大，克服了采用GoogleMapAPI时所受的当前网络状态的影响，也不用设计出非常复杂的映射表，并且，地图数据的来源非常广泛，目前，我国有许多专门制作可以给组件式GIS应用的地图数据，加个低廉，数据详细，基本上能遍及全国的各个街道。
目前，有关GIS开发都是使用专业的GIS控件进行开发的。
但是伴随着软件重用化的发展趋势，基本上主流GIS软件公司都提供了组件方式的GIS产品，用户可以利用这些组件，遵循相关的开发规，来实现强大的GIS功能。
同时，由于这些组件式控件可以无缝地嵌入各类编程语言和开发环境之中，开发者可以使用自己熟悉的程序语言和开发工具进行开发。
这样既沿用了专业GIS产品的强大的制图功能和图层处理功能，又可以按照用户的实际需求，灵活地实现各种管理功能，如此完全可以达到大多数用户的要求。
由于以上的优点，本系统决定采用MapX控件实现数字地图部分的功能。
在本次设计中，采用的方案是：
在WindowsXP操作系统下的VisualStudio2008开发环境中，嵌入组件式GIS控件，并采用VisualC++开发语言进行开发，利用MFC控件库设计相应的操作界面。
组件式GIS采用的MapInfo公司的MapInfoMapXv5.0。
MapX控件是MapInfo公司推出的基于ActiveX的可编程控件，基于32位系统平台，采用Inproc直接调用方式，所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统GIS软件逊色[10]．本系统在VisualStudio2008环境中进行开发，在VisualStudio2008中使用这类组件的时侯需要通过标准的自动化对象接口IDispatch对其成员函数进行调用，以此即可达到控制与操作电子航图的目的。
下面将对本次设计的方案进行一些简单的初步介绍，并在后面的章节中将会进行详细的介绍：
本次设计的道路交通GIS管理系统从软件功能上来看，能够分成以下几个模块：
网络监听模块、车辆调度模块、中央数据处理模块、操作界面、GPS/GIS地图定位模块、网络文件传输模块。
下面是系统的框架图：
图2.3.1系统框架图
1）GPS/GIS地图定位模块：
负责将车载终端传递来的GPS数据转换通过一定算法转换为GIS能够使用的数据，并且利用GIS组件实现地图图层的控制，显示对应车辆的当前位置，并能实现实时刷新车辆的位置，该模块是本次设计的核心功能模块，在后面的章节中将会有重点的介绍。
2）网络监听模块：
负责接收车载终端通过3G网络传递过来的信息，并将信息投递到中央数据处理模块。
该信息的类型可能为报警信息、请求语音通话信息、以及注册信息。
3）车辆调度模块：
负责将中央数据处理模块传递过来的用户从操作界面输入的调度命令通过3G网络发送到特定的车载终端。
4）网
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