计算机应用研究
APPLICATION RESEARCH OF COMPUTERS
2000　Vol.17　No.2　P.97-98



智能交通地理信息系统的设计与实现
张荣梅
摘 要 介绍了智能交通地理信息系统的功能及开发环境，并应用大系统控制论的思想，论述了其开发技术与实现策略。
关键词 地理信息系统 多库协同 多媒体智能接口 系统集成
1 引言
　　随着城市化的进展和汽车的普及，交通拥挤在加剧，交通事故频发，交通环境恶化，其造成的经济损失是巨大的。交通问题不仅在发展中国家，就是在发达国家也是令人困扰的严重问题。解决交通拥挤的直接办法是提高路网的通行能力。但无论是哪个国家的大城市，可供修建的空间是有限的，且是越来越小，建设资金筹措困难。同时，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，涉及的因素众多，如车辆、道路、人口、经济等等，单独从车辆方面或从道路方面考虑，都很难从根本上解决问题。此外，能源和环境问题的严重性也日益为人们所认识。因此，从系统的观点出发，把车辆、道路和人等众要素综合起来考虑，运用各种高新技术和人工智能技术建立具有控制能力的、现代化的智能交通系统来解决日益严重的交通道路问题已迫在眉睫。
2 智能交通地理信息系统（ITGIS）的功能
　　智能交通地理信息系统是为现代化交通指挥中心而设计开发的软件平台，是一个开放的复杂巨系统，它以TGIS为基础，集控制、管理、决策于一体，由若干个不同功能的子系统按不同层次综合集成的。见图1。

图1　智能交通地理信息系统构成图
　　(1)交通地理信息系统(Traffic Geographic Information System)：包括电子地图系统和数据库系统，其中电子地图系统是与用户交互部分。该系统能够实现地图的漫游、缩放功能，能够实现多媒体、多比例尺的图文双向查询，且具有很强的数据修改功能，可以实现最佳路径选择和某些预案的推演，辅助指挥人员作出决策，作为智能交通系统的基础系统与其它系统相互配合融为一体。
　　(2)路网状况系统 ： 以TGIS 作为工作平台，能够实现交通状况的显示，道路交通综合信息查询，最佳路径选择等功能。
　　(3)交通诱导系统(监控系统)： 一方面，利用电子地图，通过串行通信接口，实现对信号机、视频电视、GPS定位系统、信息板的实时监控功能，另一方面，利用监控信息，经过计算处理，把优化了的交通控制方案通知信号灯，实现控制交通的目的；同时也为突发事件等提供绿灯通道等。
　　(4)指挥调度系统 :包括警务方案、突发事件和122报警，能够实现在电子地图上显示报警点的位置和报警内容，并能够对众多预案进行评价，为指挥人员提供部署警力、处理突发事件和进行警力调配的一套决策方案的依据。
　　(5)通信系统：实现指挥中心与固定点的信号机、信息板、摄象头等以及移动点如GPS定位系统等设备之间通信连接。
　　从以上对智能交通地理信息系统的分析可以看出，交通地理信息系统(TGIS)是智能交通系统的重要组成部分，作为交通技术系统的空间地理环境信息工作平台，使指挥、控制、通信和情报等都能在工作平台上定位、定量和定性地运行。
3 交通GIS的主要功能
　　交通GIS是交通管理的基础信息数据库，它由静态的道路网、道路宽度、等级、路名、地形地貌、重要场所等信息和动态的交通组织方案、等时图、交通拥堵、交通事故多时段、路段、警力配置等信息共同组成。它可以利用多媒体技术把一张地图分层展开，并按需要配上相应的数据、图形、图象、声音信息，使我们最大限度地对有关内容得到了解。交通地理信息系统的特点是规模庞大、结构复杂、功能综合、因素众多。其主要功能是：
　　(1)数据输入编辑功能：实现输入、修改、编辑城市交通地图及其相关的属性数据。
　　(2)图形库管理功能：实现对地图图库、图中的点、线、面的增加、删除等功能。
　　(3)系统显示与查询功能：实现①分层显示电子地图；②按不同颜色或标记显示电子地图上的不同目标，并可显示不同目标的属性数据；③地图的任意漫游、无级放大、缩小；④显示实时的交通图象信息，如路网状况、信号灯情况，并可跟踪特种车辆，实现交通诱导。
　　(4)系统分析与决策功能：实现①最佳路径分析：可根据用户的请求，系统依据当前的交通拥挤情况，给出最佳路径分析结果；②指挥调度：对特种任务和突发事件能提供一套决策方案供指挥人员参考。
4 技术总体方案和开发策略
4.1 技术总体方案
　　在总体设计时，我们运用大系统控制论中的智能管理系统设计思想，采取多学科结合与进化系统策略，以期建立一个采用广义管理模型、多库协同软件、多媒体智能接口的，智能化、集成化、协调化、网络化的计算机辅助管理系统。见图2。

图2　智能交通地理信息系统技术总体方案
　　(1)多媒体智能接口：智能交通系统的特点是信息多样，为了实现人机协调、智能结合，给用户提供一个友好的交互环境，应用人工智能、图象处理、模式识别以及视频、通信技术，设计开发声、图、文并茂的多媒体人机智能接口。
　　(2)广义管控模型：在数学模型、知识模型、网络模型的基础上，建立广义管控模型。
　　(3)启发优化方法：在交通GIS中最佳路径分析计算，并非简单的最短路问题，而是一个动态的加权有向图的网络计算问题。为简化算法，要用专家经验知识，进行启发式优化计算。
　　(4)多库协同软件：建立以综合交通GIS数据库为基础，对其它三库：用系统分析的方法建立相应的方法库，根据公安交通业务的特点构造模型库，结合专家的知识经验建立知识库，进行调度、管理、通信、协调的四库协同系统，开发组件式GIS应用集成系统，通过技术集成，实现功能集成化、系统智能化、协调化。
4.2 智能交通系统的软硬件环境

图3　智能交通地理信息系统的软硬件环境
4.3 实现技术集成椬榧紾IS应用集成系统
　　(1)GIS 与二次开发系统的集成
　　开发系统采用面向对象的VB，通过MAPX控件，与GIS集成起来，形成交通GIS工作平台。
　　(2)GIS与外部监控模块的集成
　　外部监控模块包括信号机、视频、信息板的监控模块，它们采用分布式组件对象模型（DCOM）的方式，采用独立的外部进程部件的形式，以类模块，通过属性和方法与交通GIS 平台接口。
4.4 开发策略
　　(1)进化系统策略
　　由于智能交通地理信息系统是一个非常复杂的大系统，其开发研制应采用“最小系统-原型系统-进化系统”的模式，即图4所示。

图4　智能交通地理信息系统的开发策略
　　(2)多学科相结合方法
　　智能交通地理信息系统是多学科相结合的产物，广义管理模型、启发优化方法、多库协同软件、多媒体智能接口的设计和开发，需要采取人工智能、知识工程；管理科学、系统工程；计算机技术、软件工程；网络通信技术、信息工程等多学科相结合的方法。
本文获河北省软科学基金资助(项目编号:99457248D)
张荣梅（河北经贸大学计算机中心 石家庄 050011）
参考文献：
1，史其信等. 97北京智能交通系统发展趋势国际学术研讨会论文集. 北京：人民交通出版社, 1997年4月
2，马智民等. 应用地理信息系统设计与实现. 西安：西安地图出版社, 1996年7月
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5，李宏伟. 河南省公安GIS设计研究. 1998年中国地理信息系统研讨会论文集
6，钟耳顺. GIS组件化与组件式GIS研究. 1998年中国地理信息系统研讨会论文集
7，涂序彦. 大系统控制论. 北京：国防工业出版社, 1994年9月
收稿日期：1999年9月2日
