研究项目名称：甘肃省交通地理信息系统规划及实施方案

项目起止时间：2002年5月—2003年4月

经 费 投 入：

项目负责人：李新 王建

承担单位名称：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所

项目组成员：26人

●研究项目的主要内容和意义：

依靠地理信息系统、遥感和GPS为主的空间信息技术，建立甘肃省交通地理信息系统，将加速我省交通信息化建设步伐，并为最终建立智能交通系统(1TS)提供地理信息数字化平台。本项目计划在全面的系统需求分析、数据资源和软硬件调研以及现状分析的基础上，广泛征求意见，制定我省交通地理信息系统建设的各项规范，完成数据库、系统功能和集成方案的详细设计，拟定实施方案，为全面开展甘肃省交通地理信息系统建设提供各种技术依据。同时，开展交通地理信息数字化试点工程建设，分别建立甘肃省1：10万和兰州市的和1：5000的交通电子地图。

●预期研究成果：

提交“甘肃省交通地理信息系统规划及实施方案”。具体包括：

1、需求分析报告。包括：①交通部门对地理信息方面的业务需求分析报告；②数据库调研分析报告；③软、硬件市场调研报告；④国内外交通地理信息系统研究现状调研报告。

2、甘肃省公路交通地理信息系统总体规划。包括：①系统总体设计；②系统软硬件和网络环境设计；③数据库详细设计；④功能详细设计；⑤系统集成方案详细设计。

3、甘肃省交通地理信息系统实施方案

4、l：100，000甘肃省公路交通电子地图和1：5000兰州市交通电子地图。

●研究项目的科学依据

交通与通讯是当今社会经济发展的两大支柱。其中交通问题日益引起广泛地重视，如交通拥挤，事故频繁及环境污染造成了大量的经济损失和人员伤亡。越来越多的人认识到，仅仅靠增加道路建设是不够的，必须依靠信息技术，达到加强交通管理的目的。同时，道路的修建、交通规则的制定也迫使人们要了解更多的路况信息。为了应对这些问题，与交通有关的各个部门相应建立了各种信息系统，但是这些信息系统多建立在表格数据库的基础上，无法与地理位置信息相联系。各种反映空间信息的图纸也难以进行计算机管理和检索，依然无法满足当今信息时代各方对交通信息的需求。因此，有必要建立一套实时的可视化的交通信息系统。

近年来，地理信息系统(Geographic lnformation System,GIS)技术得到空前的发展，其应用领域由自动制图、资源管理、土地利用发展到与地理相关的交通、邮电、军事等各个领域。交通运输是一个基础产业，与社会和国民经济发展紧密相关。交通地理信息系统是地理信息系统重要的一个分支。交通地理信息系统是建立在各种交通运输网络基础上，通过数据库与空间分析相结合的方法，描述交通运输网络和网上运输流，并反映运网中所存在的问题。交通规划、预测等模型与地理信息系统结合使之成为辅助决策支持系统。交通地理信息系统可以应用在国家、省、市等不同层次，也可应用在政府、交通运输规划管理设计部门。

GIS在国外公路管理中的应用极大地提高了现代化条件下的管理水平和交通网络的运行效率。同时也成为各国在公路规划建设管理中的一种模式。如加拿大Crippen Consultansts the ReidCollins and Associtates公司利用地理信息系统完成了道路通道选择和初步设计工作。该公路位于温哥华岛，长127公里、4车道、跨过37个主要河流、与10条公路相连，经过28个建筑物。地理信息系统在该项目中占有主要地位，主要解决信息管理、处理、提供分析工具满足决策的需要。美国印第安那州交通部采用交通地理信息系统管理全州9.2万英里长的公路，上千座桥梁，铁路、航道及民航机场。

国内各省市交通管理部门也纷纷与地理信息系统研究单位合作，采用GIS技术成功地开发了宏观交通管理信息系统、运营管理信息系统及更高层次的交通信息系统。如“黄山市综合交通地理信息系统”、“黑龙江省综合运输地理信息系统”、“广东省综合交通管理地理信息系统”、“广东省综合交通规划信息系统”、“全国客运地理信息系统(铁路)”、“江苏省智能化地理信息系统”等等。

交通地理信息系统(Geographic Information System For Transportation)简称GIS-T，是收集、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。它是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。交通地理信息系统涉及到地理信息系统、遥感、全球定位系统(即“3S”技术)以及现代通讯信息技术(包括Intenet技术及无限通信技术)等多项技术，它不但可以储存、管理和更新交通网络中的数据库，辅助交通路线规划，进行交通管理，而且可以建立广泛的、实时的数字交通信息服务体系，实现全数字化交通信息的实时发布，储存与检索，为交通实时管理、自动及智能导航、客货运输调度提供有效的技术支持。

地理信息系统是一个以地理坐标为基础的信息系统，具有强大的处理空间数据的能力，如地图数字化、矢量和图像的浏览查询、基于空间数据的分析、三维模拟、虚拟现实、地图输出等。是利用现代计算机信息技术，对各种空间信息进行收集、存储、分析和可视化表达的信息处理与管理系统。建立交通地理信息系统，就是把交通运输规划的各项工作同地理信息系统结合起来，充分利用计算机内存储的丰富信息资源和各种辅助设计工具，优质、快速的做好交通运输规划管理工作。GIS在交通领域中的运用十分广泛，具体包括：(1)GIS在交通规划中的应用，如：对交通规划数据和图形数据的管理，交通规划成果的管理，交通分析，优选设计方案，交通专题图的制作：(2)在道路工程中的运用，如：基础数据信息管理，道路选线，拆迁影响估算，直接从数字地图中提取设计线路的纵横断面信息及三维仿真模拟，土方估算，道路工程验收，竣工信息管理；(3)在交通管理中的运作，如：交通项目管理，交通网络控制及管理，车辆调度及管理。

全球定位系统(GlobGPS)是以卫星为基础的无线电导航定位系统，它具有全能性(海、陆、空)全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能，全球定位系统(GlobalPosition System,GPS)在交通中主要应用于车辆的定位和导航系统，GPS定位导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能，这些功能包括：车辆跟踪、提供出行路线规划和导航、信息指挥、紧急援助。

遥感(Remote Sensing,Rs)技术主要应用航天航空器拍摄的具有宏观、逼真、直观和信息丰富等特点的地面影像，为公路工程选线、工程可行性研究、路线工程地质条件评价和工程初步设计提供了有利的条件。应用遥感技术，犹如把野外现场搬回室内进行研究，不但能提高工路的选线质量，而且能够加快勘测设计速度，减少勘测费用，节省设计成本。在交通规划中，遥感基本可用在预研究阶段的遥感工程地质解译和工程可行性阶段的遥感工程地质条件评价。

本项目的创新点：

1、智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)是目前交通信息管理系统的主要发展方向。ITS主要由6个子系统组成：高级交通管理系统(包括道路规划和施工)，高级运行信息系统、高级车辆控制系统、商业车辆运行系统、车辆自动定位系统，以及车辆自动识别系统。开发甘肃省公路交通信息系统可以为我省最终建立智能交通系统提供数字化平台，此外甘肃省公路交通信息系统还具有以下创新点：

①采用空间数据管理代替表格数据和图纸，交通信息管理更加直观、快捷。

②采用强大的地形和三维分析手段，交通规划更加经济、合理。

③采用强大的分析管理方法，交通运营更加合理，能够产生最大的经济效益。

④采用互联网体系和分布式管理是，各部门的基础数据能够得到共享，交通管理系统因此具有持续性和可扩充性。

⑤采用GPS和监测设施的使用，能够对交通事故进行实时处理。

2、制作1：100，000覆盖全省、1：5000覆盖兰州市区公路交通电子地图，实现全省公路交通现状信息的自动查询。

●重点解决的科学问题

(一)系统建设需求分析

1、甘肃省公路交通部门业务需求分析

公路交通规划：调查公路交通规划部门对GIS技术在交通量调查分析、道路选线、拆迁影响、土石方计算、环境影响评价和道路工程验收及规划数据管理等方面的应用需求。

公路建设：通过调查分析，明确遥感技术对于公路选线的作用，着重确定公路建设过程中所需GIS基础数据的比例尺和遥感图像的精度(分辨率、几何配准误差等)。

公路养护：3S技术在公路养护中的作用体现在，①利用GIS查询路段状况；②利用遥感迅速调查受损路段状况(如泥石流、滑坡等灾情)：③工作现场的GPS定位，应调查和分析3S技术在以上应用领域的需求。

物流配送：调查和分析GIS和GPS技术在行车路径计划、车辆追踪与派遣、路径分析(最佳路径、最短路径)、设施和仓储管理的需求。

智能交通系统：GIS是智能交通系统的核心组成部分。应调查GIS和GPS技术在出行和交通管理、流量管理、电子支付系统(需统计行车里程)、紧急情况处理(空间定位)、高级车辆控制和安全系统等方面的需求

2、数据库调研分析

调研我省交通部门已建成的各类数据库，包括GIS空间数据库和关系型数据库；评价在拟建的甘肃省交通地理信息系统中对已有数据库进行升级的可能性，给出分析报告。

3、软、硬件市场调研

调查行业内最主要的GIS和交通GIS软件，给出各软件性价比的具体评价，初步确定甘肃省交通地理信息系统应采用的软件平台。要调查的软件包括：

Transcad,由美国Caliper公司开发，是唯一一个集GIS与运输规划模型为一体的交通运输服务软件。(http：//www.caliper.com／tcovu.htm.)

ArcGIS，由美国ESRI公司开发，是GIS领域内功能最强、市场占有份额最大的软件(www.ersi.com)。着重调研和分析ArcGIS中与交通有关的模块，如ArclogisticsRoute。

ERDASImagine，遥感领域内应用最为广泛的软件。

硬件的市场调研以车载GPS为主，其它硬件，如计算机等市场变化非常迅速，因此不在规划阶段进行调查。

4、国内外已建成和在建公路交通信息系统调研分析

通过文献查阅，走访相关单位、问卷调查等形式，调研和分析国内主要的交通信息系统，同时跟踪一些先进国家较为成功的交通信息系统和职能交通系统的例子，吸取它们成功的经验，找出可供借鉴的教训。

(二)甘肃省公路交通信息系统设计

1、系统总体设计

编制系统规范、数据库结构、系统功能和系统集成的总体设计书，制定地理数据编码、数据格式、元数据库、源代码编制、系统软硬件和网络环境等技术大纲，以及原有系统和数据库的升级方案。

2、软硬件及网络环境

确定甘肃省公路交通信息系统所采用的体系结构(客户／服务器体系或浏览器/服务器体系)。初步选定高性价比的软硬件平台，拟定用于管理部门的局域网和用省、市、县三级的广域网(Internet)的架设方案。

3、数据库设计

在系统需求分析的基础上，遴选数据项目，确定空间数据库和属性数据库所采用的数据模型和数据格式；设计空间数据属性表的数据库结构，确定地理联接码：按照国际和国家标准，制定数据地理编码方案；设计地图投影并确定数据比例尺和数据精度；拟定数据库实现方案。

4、功能及系统集成设计

坐标系统转换：公路里程和地图坐标之间的相互转换。

信息查询设计：采用按属性、地理坐标(大地坐标、高斯投影系统坐标、铁路里程数)的位置和范围、关键词查询的实现方案。

空间分析设计：包括网络分析、最佳路径分析、缓冲区分析等功能。

三维分析：包括三维交互式显示、三维飞行、三维叠加、三维计算等功能。

遥感集成：利用遥感技术提取公路信息以及将其集成到GIS中的集成方案。

GPS集成：GPS测量结果与整个系统的集成方案。

交通模型集成设计。

(三)甘肃省公路交通信息系统建设的进度和方案见意

1、系统建设进度规划

规划从①3S系统运用实验，到②建设甘肃省公路交通信息系统，再到⑧建立甘肃省职能交通信息系统的时间进程、阶段目标和应取得的成果。

2、信息系统建设机制

通过调研分析，推荐系统建设的参加单位和可能国内外合作伙伴，分析现有的人才储备状况：建议系统实施的组织管理机制和人才培训月I进计划。

(四)人员培训

在规划项目执行过程中，举办两次针对全省公路交通部门的培训班。其中，第一次培训内容为GIS和遥感的基本概念和原理；第二次为地理信息系统软件培训。

(五)甘肃省公路交通电子地图

制作1：100，000覆盖全甘肃省、1：5000覆盖兰州市区公路交通电子地图，实现全省公路交通现状信息的查询，内容包括：公路交通分布、公路等级、长度、宽度、公路桥梁和寒洞分布、政府及交通主管部门位置分布、重点公路交通枢纽分布、公路效能通讯点分布、公路道班分布(按等级)、公路抢修点分布等。电子地图具有修改、更新、地图输入与输出等功能。

1、用户需求调查的方法。采用需求调查——系统初设计——征求初设计修改意见——再修改设计报告的技术路线

2、遵循可行性原则。在系统设计时附加可行性报告内容，可行性内容包括理论分析，技术水平、社会效益和支持程度。

3、在设计阶段采用自顶向下的软件工程学方法，先解决全局问题，在完成总体设计后，咨询有关人员的意见，完善总体设计。再进行数据库、功能、系统集成等详细设计。

4、面向用户的原则，始终以交通部门的应用需求为出发点，成立主要由典型用户组成的设计报告评价小组，在课题实施中进行自评估。

5、实验和见意的原则，利用现有的各种条件进行实验，以验证规划设计的可行性，并尽可能提出最佳的实验途径。

6、电子地图的制作利用，现有的交通图或者地形图，通过扫描和质量控制输入到GIS软件平台。

经过数子化处理以及点状要素的覆盖，完成多层图形的叠加，编辑成图。

●研究工作进度

2002年5月，工作准备阶段。完成课题实施方案设计，鉴定合同书。动员人力，分解课题。

2002年6-7月，设计调查方案。设计三种调查方式(文献查阅、走访相关单位、问卷调查)的具体调查方案，设计调查问卷：总共近700地图扫描和质量检查。

2002年8-9月，需求分析调查并开始电子地图的数字化工作。

2002年10月，完成调研分析，撰写调查报告。开始信息系统设计。

2002年10—12月，信息系统设计；完成电子地图的数字化工作并进行编辑。

2003年1月，形成规划报告第一稿，提交审阅，征求专家组意见，修改报告。

2003年2月，形成报告第二稿，完成电子地图的点状要素编辑、全部电子地图的质量检查。

2003年3月，提交第二稿，并根据反馈意见进一步修改；完成电子地图的制作。

2003年4月，提交最终报告。