第27卷第22期 计算机工程与设计 2006年11月 Vo1.27 No.22 Computer Engineering and Design NOV.2006 基于GIS的ITS共用信息平台数据模型研究 朱 强 , 徐建闽 , 胡郁葱 , 钟慧玲 【1.华南理工大学交通学院,广东广州510640; 2.华南理工大学电子商务学院,广东广州510640) 摘要:以种类繁多,数据量巨大,结构和型式复杂的交通信息为背景,通过对ITS-g-y ̄信息平台基础数据组成的分析,探讨 如何利用GIS技术有效组织各种交通信息,提出基于GIS的共用信息平台数据结构设计思想,并对基于GIS的基础数据的概 念模型,基础数据的目录结构和系统的逻辑结构等进行描述,提出建立数据仓库的思想并介绍了其包含的主要内容,而研 究结果对于促进ITS共用信息平台的实际建设和发展有一定意义 关键词:智能交通;GIS;共用信息平台;数据结构;数据模型;数据仓库 中图法分类号:TP392 文献标识码:A 文章编号:1000.7024(2006)22.4261.03 Data model of intelligent transportation system mutual information platform based on GIS ZHU Qiang。,xu Jian—min。,HU Yu—cong ,ZHONG Hui—ling: 【1.College ofTrafifc and Communication,South China University ofTechnology,Guangzhou 510640,China; 2.College of Electronical Business,South China Universiyt of Technology,Guangzhou 5 1 0640,China) Abstract:Based on the transformation information with various categories,numerous data,sophisticated structure and pattern.After hte components of hte ITS public information platform basic data is naalyzed,how to organize all kinds of rtansformation information efifciently with the GIS technique is discussed and the desing idea based on the public information platform data structure of GIS is put forward.The catalogue structure of hte basic data nad hte logic structure of hte system are also described,the thought of building the data warehouse and it's main contents.The research result described is meaningful to real construction nad hte development of the ITS public information platform. Key words:intelligent transportation;GIS;public information platform;data structure;data model;data waterhouse 0引 言 信息平台作为城市智能交通系统的基础平台也逐步开始受到 人们的重视,它和交通地理信息系统之间存在着相互依存的 在2O世纪60年代,美国人口统计局建立的DIME以及后 关系。共用信息平台整合各子系统数据,进行数据融合和挖 来的TIGER数据模型中,研究者就开始采用基于点和线的一 掘,产生新的数据,在这一过程中需要不断从GIS中提取与某 维线性网络来表达道路系统。这一模式一直以来是道路交通 类数据相关的地理属性,处理后得到的数据必须还原到GIS 系统表达模型的一个主流。对于与道路交通系统相关的特 中与具体的地理属性相对应才能发挥实质性的作用 因此, 征,如方向、车道等,过去一般是通过向属性表中增加新的字 地理数据是智能交通系统的基础部分,也是共用信息平台建 段来解决,如加入字段——车道数来表示该路段的车道属性, 设必不可少的依据。本文正是探讨共用信息平台建设中如何 加入字段——通行方向来注明该路段是否单行线。随着我国 在GIS的基础上有效组织各种信息的方法,提出基于GIS的 交通事业的不断发展,一方面,城市道路交通系统变得越来越 共用信息平台数据结构设计方案。 复杂,诸如多车道、单行线、转弯、立交桥等,造成与道路 设施相关的属性量大大增加,另一方面,各种实时或准实时的 l智能交通共用信息平台 信息,如车辆位置信息,道路阻塞程度信息要不断地加入到地 智能交通系统主要包括视频监控系统、电子系统、紧 理信息系统中,可见,仅仅依靠对属性表的修改已不能满足现 急救援系统、车辆运营管理系统、不停车收费系统、路口控制 代城市交通地理信息系统发展的要求。同时也对于以GIS作 系统、公共交通系统、交通诱导系统,以及信息发布等。这些 为整个基础平台的交通信息系统提出了更高的要求。而共用 子系统通过共用信息平台进行整合,共同构成了整个智能交 收稿日期:2005.09-26。 作者简介:朱强(197O一),黑龙江齐齐哈尔人,博士,工程师,研究方向为智能交通系统; 徐建闽,教授,博士生导师,研究方向为智能交通 系统;胡郁葱,博士,副教授,研究方向为智能交通系统; 钟慧玲,博士,研究方向为智能信息处理和智能信息控制 一4261— 维普资讯 http://www.cqvip.com
通系统 其用信息平台的作用在于: 3.1基础数据概念模型 交通数据库结构是将有关交通的纷繁复杂的信息进行高 度概括,为系统提供规范和总控依据。一般可以从内容上将 交通数据库划分为空间型和非空间型数据库,前者存储地理 空间数据及其相关属性,后者存储文档、表格数据等,结构较 (1)各子系统中的数据传输,提取共享数据,并对多来源渠 道、相互不一致的数据进行数据融合处理; (2)完成对于实时数据和历史数据的组织,以保证数据问 关系的正确性、可理解性和避免数据冗余: (3)根据服务请求和查询权限对客户系统提供信息服务, 对于自身存放的数据直接加以组织输出,对于其它子系统存 为简单。而空间数据库根据其数据的组织型式不同可划分为 矢量型和栅格型两种。根据对需求进行分析的结果,共用信 放的细节数据由共用信息平台提供查询通道。 此外,智能交通系统还要求共用信息平台能够实时刷新 数据用于交通管理(如决策、指挥和调度等)和信息发布,这就 对共用信息平台提出了实时性的要求。地理信息系统(GIS)作 息平台中包括的与地理信息有关的交通数据库应该有: (1)地形图图库(矢量型空间数据库); (2)道路网数据库(矢量型空间数据库); (3)公交线路数据库(矢量型空间数据库); 为一种综合处理和分析空间数据的系统,能够有效地对地球 空间数据进行采集、存储、检索、融合和发布。它的特点就在 于不仅能够把目标空间位置和相关属性信息有机地结合起来, 并能通过合理的数据分析和数据库结构设计有效反应地理数 据的实时变化。交通信息与空间位置紧密相关,利用GIS技 术构筑智能交通管理系统的共用信息平台,不仅能够使交通 信息在空间上直观明了地显示出来,并能为这些信息的深层 次挖掘、融合和后续信息服务提供有效支持,很好地实现共用 信息平台的实时功能。 2共用信息平台基础数据的构成 数据是智能交通共用信息平台中重要的基本元素,是系 统得以生存的先决条件,也是联接各个子系统的纽带。通常 情况下,交通信息可划分为两类:静态交通信息和动态交通信 息 静态交通信息包括道路信息、交通附属设施信息、停车场 信息、车辆管理信息等随时间变化较小的信息,它义可以分为 基础数据(如道路路网数据等)和历史数据(如车辆违章历史数 据等);动态信息主要指各类实时采集到的交通信息,如交通 流量信息、视频监控信息、公交车位置信息,道路服务状况等。 GIS作为整个系统的协调者,对数据和应用进行管理。 交通共用信息平台基础数据可以归纳由以下4种数据型 式组成: (1)基础地理数据:包括道路路网数据、道路属性数据(三 维坐标、等级、性质、宽度、车道数量等)、 常点信息、交通服务 设施位置等; (2)历史数据:包括车辆信息、车辆违章历史数据、由实时 数据经过处理转化来的数据(如道路交通量信息)。历史数据 和基础地理数据是静态的数据: (3)实时交通信息数据:道路服务状况、交通即时流量信 息、视频监控信息、公交车位置信息,天气状况信息等。实时 交通信息数据是动态的数据; (4)处理后的成果数据:智能交通各子系统采集的实时数 据通过共用信息平台(包括各子系统平台)进行数据融合和共 用信息平台的专家系统处理,形成有用的信息存储在自身的 数据库中或反馈给各子系统。这部分数据是随着实时交通数 据动态更新的。 3数据库模型 数据库的构成决定了智能交通各子系统的工作效率。 ・-—4262-—— (4)交通专题数据库(非空间型数据库): (5)服务信息数据库(非空问数据库): (6)交通服务设施数据库(矢量型空间数据库): (7)其它。 用面向对象的观点来看,用户可将交通数据归结为空间 实体、图层、地图3个层次。因而可以通过GIS技术对所有数 据进行集成管理,针对智能交通系统对信息要求的特点,建立 专属的数据库,通过网络互联与分布式数据库系统建立智能 交通共用信息平台。图1为基于GIS的交通基础数据在数据 库中的对象概念模型。 图1基于GIS的交通基础数据对象概念模型 3.2系统基础数据目录结构 共用信息平台各子系统数据以基础地理信息、历史记录, 实时交通数据,成果数据分目录存放。一个子系统由存放在 一个数据文件目录下的各数据文件(或目录)组成。各数据文 件(或目录)包括元数据、数据体等相关文件。 (1)一级目录为静态的交通数据信息。 (2)二级目录为同一系统的各种动态交通信息。 (3)数据体文件为该子系统范围内的基础交通信息数据: 数据体文件也可为一个文件目录,由各种分要素数据文件组成 相关文件包括各子系统专题交通信息文件等,如图2所示。 3.3系统逻辑结构 共用信息平台的数据库是~个开放型的,具有整体、各子 系统■级分布式数据库的网络系统。系统的逻辑结构如下: (1)系统的基础是各级的统计数据库局域网,将所有数据 存放在服务器上集中管理;各种应用程序分别放在每个子系 统的工作站上。 (2)各级的局域网通过智能交通专用网络实现互联,每个 维普资讯 http://www.cqvip.com
图2共用信息平台交通基础数据目录结构 局域网在广域网上都是一个结点,其逻辑地位是平等。 (3)每个子系统集中管理本部门各种专业的数据,各子系 统数据库在逻辑形成一个整体。 数据库具有以下特点: (1)分布性:基础数据分别存储在各子系统的数据库中,各 子系统问通过共用信息平台进行数据传输和交换。 (2)性:各ITS子系统是的数据库系统,能的 进行数据库的相关操作。 (3)协作性:各子系统之间相互协作,在共用信息平台下组 成一个整体,每个子系统可以对其它任何一个子系统执行共 用信息平台全局操作。 在各子系统中,采用关系数据库管理空间数据和非空间 数据,确保GIS的空间数据和交通信息的非空间数据的一体 化集成,数据库采用3层模型,按数据服务层、应用逻辑层、用 户层等层次进行构造。系统各级数据库使用数据联动技术, 实现数据库系统内容的同步更新,解决“信息孤岛”问题、保证 系统进行内容相关和位置相关的联动。 利用关系数据库管理空间数据的关键在于面向对象的空 间数据模型的采用,面向对象的空间数据模型的采用改变了 原有GIS中图形与属性分离的概念,反映空间对象的几何图 形数据只是作为一个属性字段(BLOB字段)与其它非空间属 性存贮于关系数据表的一行中。这种数据模型可以方便地定 义空间对象之间、空间对象与非空间对象之间的关联关系和 规则,能更好地对现实世界建模。嚣 系统逻辑结构如图3所示。一l l一l 3.4数据仓库 建立数据仓库的原因一是考虑到ITS共用信息平台系统 中多主题、多时态的数据的充分利用问题,数据仓库技术能为 高效利用现有的和历史的数据、提供可靠的决策支持和保证, 其应用包括:①数据定位、数据呈现(报表和图表)、检验假设、 知识发现、共享分析等:②从数据仓库建立的可能性上,计算 机的计算能力不断提高而硬件需求越来越便宜(MIPS价格的 下跌),存储介质价格的下跌,网络带宽的增长,网络的传输能 力的增强等。 共用信息平台信息仓库包含以下几方面内容: (1)共用信息平台数据仓库的核心是实时详尽数据,是大 量数据留驻的地方,数据直接由正在运转的子系统送来的,代 表着整个系统。实时数据按隶属脉络组织起来。 (2)历史详尽数据 通常在历史数据层次上存储着大量的 数据,它们的存取概率不高。随着实时数据转化为历史数据, 为了对它进行浓缩,各种交通数据集合在一起融合处理,供分 用 户 层 曲固亘固固固 变通局 分安局规划局 医院运输公司 一 应 用 逻 图 辑 各类规范 层 围 各类标准 规 数 范 、 据 图 标 服 元数据 准 圈 务 库定义 层 及 圈 数 据 定 分类编 义 回国固日 码标准 图3系统逻辑结构 析、建模、辅助决策之用。 (3)专家系统。是在数据采集,融合的基础之上通过一定 的模型分析,提供辅助决策,例如交通诱导,交通规划等 (4)集成/传输程序。当数据从记录系统进入数据仓库时, 经历了一组集成和传输的程序,这组程序把应用程序特有的 数据转变成成果数据。这些程序执行下列一些功能:重新格 式化、重新计算、修改关键结构、增加时间单元、识别缺省值、 提供多个数据源之间进行选择的逻辑、做汇总、清点和合并多 个来源的数据等。集成和传输程序在每次工作环境或数据仓 库环境改变时都需要作修改 (5)数据仓库元数据结构。元数据是关于数据的数据,是 关于数据和信息资源的描述性信息。它通过对数据的内容、 质量、条件、位置和其它特征进行描述与说明,帮助和促进人 们有效地定位、评价、比较、获取和使用相关数据。交通元数 。 据是对交通基础数据的一个抽象映射。 4结束语 建立ITS共用信息平台主要解决以下两个问题: (1)数据标准化问题:交通基础数据有著各种各样的来源。 不同部门生产的交通数据之间差别很大:交通数据的存储格 式也多种多样,令ITS各子系统数据库之间的互操作产生困难。 (2)交通地理现象表达在的问题:数据是地理现象经过抽 象整理之后的一种表达形式,虽然,有很多方法可以进行这种 简化,但是在实践中有很大一部分难以用数据型式来表达。 以上是对建立基于GIS的城市智能交通共用信息平台基础 数据建模的一种分析,主要探讨了如何充分利用GIS对空间信 息的管理能力,结合交通系统的特点,建立适合现代城市智能 交通系统应用的共用信息平台。建立智能交通系统共用信息平 台数据库模型仍然有很多问题需要探讨,还有待于各方面专家 们的通力合作和进一步的努力。 (下转第4267页) ・——4263・—— 维普资讯 http://www.cqvip.com
BACnet应用层 络层采用基于Ad hoc技术的路由技术,负责无线传感器子网 BACnct网络层 的自组织和自维护工作。 BVLCI 一 一 5 结束语 呲 智能楼宇系统的根本目的就是给用户提供一个舒适、便 捷和安全的生活和工作环境,无线网络技术的发展给智能楼 图2 BACnet协议层次模型 宇系统的集成带来更宽阔的空间,不仅克服了智能系统集成 过程中线缆引起的不便性,也使智能楼宇系统可以实现 义了自己的网络层通信和管理协议,通过网络映射方式,可以 许多新的应用。本文所给出的无线传感器组网方式,无线传 将采用不同底层协议的网络映射为BACnet的子网,使BACnet 感器与控制网络的集成框架能够使无线网络技术在智能楼宇 应用层报文可以在不同的网络上传输。BACnet在链路层和物 系统中得到有效应用。 理层支持多种通信方式和协议,包括现场控制总线技术(ARC. NET、MS厂rP和LonTalk),以及以太网传输技术和IP技术,这种 参考文献: 层次结构使BACn ̄能够很方便地支持其他的低层通信技术。 【1] Weilin Wang,Michael Nova,John Edler.Autonomic wireless 当在现场执行层采用无线传感器技术时,在现场执行层 building networks[EB/OL].http://www.automatedbuildings,com 形成许多以BACnet控制器为基站的Adhoc无线传感器网,每 /news/marO4/articles/kiyon/kiyon.htm. 个无线传感器节点在同一时间只能加入一个无线传感器子网, 【2】The FocalPoint Group.Wireless in buildings:A study tracking 充当基站的BACnet控制器在其BACnct网络层将其所管辖的 the use ofwierless sensor solutions by building automation sys- 无线传感器子网映射为BACnet子网。由于不同的BACnet子 tem integrators and adopters【EB/OL】,hUp://www.thefpgroup. 网可能采用不同的低层通信技术,BACnet协议规定不同的低 com/documents/Focalt,oint BAS White_Paper.pdf 层通信采用不同的寻址方式。当无线传感器网作为BACnet [33] William Stallings,Wireless communications and networks(II) 子网时,按照无线传感器网的寻址方式进行寻址。图3给出 【M].Beiifng:Tsinghua University Press,2004. 了支持无线通信的BACnet设备的数据通信模块的层次结构 [4】AkyildizIF,Su etW.A surveyon sensornetworsk[J]JEEECom- 图。BACnet网络层负责BACnet子网间的路由工作,Adhoc网 munications Magazine,2002,40(8):1 02-1 1 4. 【5]Tilak S,Abu—Ghazaleh NB,Heinzelam W.A taxonomy of wire less micro.sensor network models[J].Mobile Computing and Communications Review,2002,(2):1.8. [6 金纯.Zi6]gBee与蓝牙的分析与比较[J].信息技术与标准化, 2004.(63I:17—20. [7】BSIG.Bluetooth speciifcation version 1.1[S.s]http://Bluetooth. corn/. [8 81Gutierrez J A,Noeve M,Callaway E,et a1.IEEE802.1 5.4一a deve— loping standard for low--power,low・・cost wireless personal area networks[C]JEEENetwork,2001.5-12. 无线传砖器节点 控制器节点 [9】ANSI/ASHRAEStandard 135—2001.Adatacommunicationpro— 图3节点网络通信模块结构 tocol ofr building automation nad control newtorks[S]. (上接第4263页) 参考文献: 【5】 蒋景瞳.GIS与国家基础地理信息系统[J]_中国测绘,1999, (5):36-41. 【l】 胡郁葱,钟慧玲,徐建闽.OlS技术在高速公路数据库系统中的 [6 6]罗英伟.分布式地理信息系统基础研究JR].内部报告,1999. 应用[J].公路交通科技,2001,l8(5):71-74. [7】 陈俊,宫鹏.实用地理信息系统[M】.北京:科学出版社,1998. 【2】 中国智能运输系统体系框架研究总报告【R】。交通部公路科学 【8】John Wiley and Sons.Data warehouse design solutionsfD1.1998. 研究所,2001. [9 9]沙宗尧,边馥苓.一种基于GIS的时数据分析与应用研究fJ] 0 [3】 郑为中,史其信.基于数据挖掘的智能交通系统(ITS)共用信息 绘通报,2001,(12):4.7. 平台构架研究【c】.全国智能交通系统共用信息平台技术研讨 [10】柴晓路,曹晶,施泊乐.时空信息的层次存储和管理[J].计算机科 会论文集,2002. 学,2000,27(7):47.49. [4】 晏垒,蔡庆华.ITS及共用信息平台技术中的若干问题与对策 [1l】陆锋,周成虎,万庆.基于特征的城市交通网络非平面数据模型 [c】.全国智能交通系统共用信息平台技术研讨会论文集,2002. 【J1 4绘学报,2000,(4):334.342. -——4267-——
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