摘  要： 針對當前交通流量分析技術(shù)的新發(fā)展趨勢，結(jié)合Web GIS系統(tǒng)的技術(shù)特點，從理論和工程實踐的角度出發(fā)，設(shè)計并實現(xiàn)了基于Web GIS技術(shù)的交通流量分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能模塊包括數(shù)據(jù)接收及管理、地圖數(shù)據(jù)處理及分析、地圖及數(shù)據(jù)的發(fā)布。該系統(tǒng)的實現(xiàn)及應(yīng)用不僅可以對交通數(shù)據(jù)進行直觀、生動的顯示，還可以提供最新的查詢和分析,進而為交通流量分析提供決策和支持。

　　關(guān)鍵詞: 交通流量分析系統(tǒng); Web GIS; ArcGIS Server; ASP.NET

　　隨著中國城市化進程的加速，城市規(guī)模的不斷擴大以及城市車輛的不斷增加，導致道路負荷日益加重，城市交通擁堵情況越來越嚴重。這種現(xiàn)象不僅制約了社會發(fā)展的速度，而且給城市的建設(shè)者、管理者提出了一系列的難題[1-3]。為解決這一難題，交通流量分析系統(tǒng)應(yīng)運而生，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，該系統(tǒng)在智能交通系統(tǒng)(ITS)領(lǐng)域占了很重要的部分。但是目前我國公路交通流量分析工作比較薄弱，所提供的交通流量信息無法滿足公路管理的需求，在新的外界環(huán)境下，如何進一步利用現(xiàn)有的新技術(shù)，使得交通流量分析系統(tǒng)更好地服務(wù)于交通運輸安全及環(huán)境，已經(jīng)成為交通信息化討論的一個熱點問題。

　　1 相關(guān)技術(shù)

　　1.1交通狀況分析理論

　　交通狀況分析即公路服務(wù)水平分析，一般指以下三方面內(nèi)容：小時服務(wù)水平、實時服務(wù)水平、全天服務(wù)水平。道路的交通流量、占有率和擁擠度之間存在一定的模糊關(guān)系，擁擠度可以用暢通、正常、擁擠、堵塞、嚴重堵塞來描述。

　　1.2 Web GIS技術(shù)

　　Web GIS即基于Internet的地理信息系統(tǒng)，它是Internet和WWW技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物[4]，并且是一個交互式的、分布式的、動態(tài)的地理信息系統(tǒng)，由多個主機、數(shù)據(jù)庫、客戶端與服務(wù)器端相連所組成。使用它可以跨企業(yè)或者跨互聯(lián)網(wǎng)以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的形式構(gòu)建Web應(yīng)用、Web服務(wù)以及其他多種應(yīng)用，并允許多種客戶端使用這些資源。

　　1.3 ASP.NET技術(shù)

　　ASP．NET是一種動態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)，它提供了構(gòu)建企業(yè)級Web應(yīng)用程序所需的服務(wù)、編程模型和軟件基礎(chǔ)架構(gòu)。做為Microsoft.NET平臺的一部分，ASP.NET提供了一種基于組件的、可擴展且易于使用的方式來構(gòu)建、部署及運行面向任意瀏覽器或移動設(shè)備的Web應(yīng)用程序。

　　2 交通流量分析系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

　　2.1系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

　　通過上述相關(guān)技術(shù)的可行性分析及論證，設(shè)計了基于Web GIS技術(shù)的交通流量分析系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　(1) 數(shù)據(jù)層：該層主要任務(wù)是完成數(shù)據(jù)信息的獲取、處理、管理并為業(yè)務(wù)層提供數(shù)據(jù)源。主要功能包括：①保存空間信息、地理信息數(shù)據(jù)及基本的屬性數(shù)據(jù)；②保存實時數(shù)據(jù)，例如實時接受每天從各個觀測點的觀測設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)；③備份歷史數(shù)據(jù)。

　　(2) 業(yè)務(wù)層：該層的主要功能包括：①GIS應(yīng)用服務(wù)及相關(guān)業(yè)務(wù)；②二次開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。本系統(tǒng)Web GIS平臺選用了Arc GIS Server10[5]，它是一個基于Web的企業(yè)級GIS解決方案，包含兩個主要部件：GIS服務(wù)(GIS Server)和應(yīng)用程序開發(fā)框架ADF(Application Developer Framework)。

　　(3) 表現(xiàn)層：該層的主要功能是將業(yè)務(wù)層的運算結(jié)果通過各種方式與設(shè)備展示給用戶，完成交互。

　　2.2系統(tǒng)需求分析

　　交通流量分析系統(tǒng)的使用者有3種：(1)專職的交通流量數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析人員，他們對該系統(tǒng)的功能需求主要包括：公路服務(wù)水平計算；交通流量數(shù)據(jù)的監(jiān)測、查詢、分析與判斷；交通量實時變化曲線在線模擬。(2)系統(tǒng)管理員，主要功能需求為：用戶、角色、權(quán)限管理；角色、權(quán)限配置；數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)管理。(3)普通用戶，主要使用GIS標準功能或交通流量查詢服務(wù)。

　　3系統(tǒng)設(shè)計

　　本文設(shè)計實現(xiàn)的基于Web GIS技術(shù)的交通流量分析系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。觀測點采集的交通數(shù)據(jù)信息通過通信線路傳送到系統(tǒng)的接收處理單元，數(shù)據(jù)經(jīng)過校驗與整理后存儲到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中,并更新后臺GIS子系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)與其所對應(yīng)的屬性內(nèi)容。地圖處理、分析單元更新與之相關(guān)的結(jié)果集，并將結(jié)果通過發(fā)布系統(tǒng)進行展示。

　　4 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境采用了ArcGIS Server10、ArcMap、Visual C#.NET、VS2008開發(fā)平臺及SQL Server2005數(shù)據(jù)庫。

　　4.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫部分的實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)采用不同的數(shù)據(jù)模型分別對屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)進行存儲和管理。空間數(shù)據(jù)及地理數(shù)據(jù)信息采用ArcSDE的Geodatabase模型概念，它采用標準關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來存儲和管理地理信息，例如地圖背景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和公路交通專題數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括市區(qū)地物、河流、綠地等；公路交通專題數(shù)據(jù)主要由一些道路線路組成，包括國道、省道、市區(qū)道路、市區(qū)雜路、高架引橋等。對于實時數(shù)據(jù)的存儲，采用了關(guān)系模型，使用MS SQL Server建立，用來保存來自于監(jiān)測點的實時信息等。

　　對數(shù)據(jù)庫需要實現(xiàn)的功能包括：創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)文件或信息導入，數(shù)據(jù)獲取、存儲及管理。

　　4.2系統(tǒng)軟件部分的實現(xiàn)

　　Arc Server作為一個GIS平臺軟件，提供了一系列的GIS解決方案。因此，它的二次開發(fā)模型也非常多，在本系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，使用了ArcGIS Server .NET Web ADF來創(chuàng)建應(yīng)用程序。

　　(1) Web GIS地圖數(shù)據(jù)發(fā)布與顯示模塊

　　地圖數(shù)據(jù)發(fā)布與顯示功能模塊可以為具有不同權(quán)限等級的用戶提供不同層次的服務(wù)功能。例如，專職的交通流量監(jiān)測人員可使用本模塊的全部功能,而普通用戶則只能使用部分功能，例如地圖瀏覽與地圖基本操作、道路流量查詢等。為實現(xiàn)這一目標，基于用戶角色權(quán)限(RBAC)技術(shù)，動態(tài)地為其定制數(shù)據(jù)發(fā)布與顯示端的內(nèi)容。

　　本系統(tǒng)所具備的基本圖形操作功能包括圖形的放大、縮小、移動或距離測量，其工作過程為：應(yīng)用服務(wù)器接收到客戶端帶有命令參數(shù)的請求之后，實現(xiàn)圖形的放大、縮小、全圖、平移等基本操作功能，最后將處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)反饋給各種形式的客戶端。

　　關(guān)鍵點標記功能主要是對一些容易發(fā)生交通堵塞或者交通事故的地理位置在地圖上進行標記，在進行流量分析時，系統(tǒng)可在這些關(guān)鍵點的各主干道方向上重點進行流量分析，并為歷史信息查詢提供儲備。

　　(2) 交通流量查詢分析模塊

　　該子模塊可進行的查詢分析包括日交通量查詢、點圖查詢、路線查詢[5]或按照地區(qū)進行的查詢，系統(tǒng)可根據(jù)不同的查詢條件生成相應(yīng)的路況信息，并顯示在系統(tǒng)界面。在最終顯示中，使用綠色表示暢通路段，黃色表示擁擠，紅色表示堵塞。

　　(3) 地圖處理模塊

　　地圖處理子模塊需實現(xiàn)的主要功能包括制作地圖文檔、地圖分段模塊設(shè)置、地圖屬性的自動更新處理等。這里說明地圖文檔的制作與發(fā)布過程:首先，通過網(wǎng)絡(luò)資源獲取所需的空間數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理為編程通用的格式,再通過ArcMap工具對其屬性的顯示進行設(shè)置并保存,最后,在ArcGIS Server Manager中發(fā)布地圖服務(wù)。

　　(4) 數(shù)據(jù)接收及數(shù)據(jù)管理模塊

　　數(shù)據(jù)采集與接收[6]：架設(shè)在各個交通路段上的前端攝像機根據(jù)特定的要求采集所監(jiān)控區(qū)域的實時圖像信號，通過算法的提取獲得各種交通數(shù)據(jù)信息，再通過通信接口及傳輸線路傳輸?shù)竭h端數(shù)據(jù)中心。

　　數(shù)據(jù)管理模塊功能包括數(shù)據(jù)文件入庫、特征數(shù)據(jù)集入庫及空間數(shù)據(jù)拓撲檢查。其中一項最重要的功能即矢量數(shù)據(jù)文件入庫，此系統(tǒng)使用了ArcObjects提供的接口來實現(xiàn)本功能。例如將shp數(shù)據(jù)文件導入至Geodatabase，其實現(xiàn)流程為:創(chuàng)建源工作空間；創(chuàng)建源數(shù)據(jù)集；創(chuàng)建目標工作空間；創(chuàng)建目標數(shù)據(jù)集；獲取源數(shù)據(jù)集的字段集并驗證；得到空間字段的定義和索引,完成導入。

　　本文針對城市交通流量分析需求，設(shè)計開發(fā)了一個基于Web GIS技術(shù)的交通流量分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)發(fā)布，提供了多種交通流量的查詢方式，并利用Web GIS平臺實現(xiàn)了對交通量、擁擠度以及平均車速等多種交通流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的形象查詢和顯示。未來的工作將集中在：(1)隨著系統(tǒng)的運行，交通流量數(shù)據(jù)勢必會隨之增長，如何增強海量數(shù)據(jù)的存儲及處理速度值得考慮；(2)如何將交通流量分析環(huán)節(jié)做到更豐富，如何提高交通流量分析系統(tǒng)的智能化，也是需要考慮的問題。

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