更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ 客服热线：010-52775185大城市公共交通空间数据模型研究罗智丰 同济大学城市规划与设计现代技术实验室，上海 200092luozhifengch@摘要：基于 GIS 的公共交通信息系统有良好的应用前景公共交通线路处于该信息系统的主要地位，如何构建数据模型，国内外有诸多研究，但均存在不同的问题，没有现成的数据模型可供使用本文作者通过对上海主要交通管理部门的调研，总结了公交信息管理系统的功能需求，建立高程模型概念模型，借助 ArcGIS9.1 平台，针对我国数据共享机制落后与基础测绘信息滞后的问题，提出了基于网络分析的公共交通空间数据逻辑模型，通过网络分析构建公交路径系统和站点的线性位置信息并引入线性参照系统实现公交实体的详细表达建立基于 ArcGIS9.1 软件平台的物理模型，借助网络路径分析、线性参照系统动态分段技术，实现了公交空间数据库的建构，并对建库的技术进行了比较初步实现了针对公共交通的查询、统计分析、数据维护、数据交换等功能本文还介绍了存在的问题，需要继续研究的方向。
关键词：公交空间数据模型；地理信息系统；网络分析；动态分段；线性参照系统0 引言中国正处于快速城市化进程中，人口向大城市聚集势不可挡，由此带来的城市交通拥挤也成为普遍现象大力发展公共交通、优先发展公共交通是基本的交通政策选择，也是贯彻可持续发展战略的重要内容公共交通体系涉及大量的空间分析和决策问题公交基础信息系统所集成的信息大部分同地理空间位置密切相关，例如公交线路走向、人口分布、用地布局等各项关键技术的决策过程也大多同空间地理位置密切相关例如对于公交线路的优化布设问题，就需要考虑道路网布局、相邻线路走向、人口分布等与空间位置密切相关的信息在常规手段支持下(譬如纸质地图)，规划者很难综合、定量地考虑各个空间因素的影响，需要引入一种能够支持空间分析决策的技术地理信息系统（Geographic Information Systems, GIS）技术的发展注重于空间分析和决策，因此 GIS 技术应用于公交成为一种必然同时 GIS 技术在城市相关领域的应用，为 GIS 技术在公共交通系统中的应用提供了较好的数据基础在欧美等西方发达国家，地理信息系统被广泛应用于城市交通管理机构（Peng et al.1998） 。
但是，传统交通规划模型很难适应以数据驱动的 GIS 技术（Sutton，1996） ，现实世界中丰富的交通要素和属性与计算机中有限的模型表达之间存在巨大的鸿沟（Miller &Shawl ，2001） 在中国上海等地，也开发了一些基于 GIS 的应用系统，发挥了一定作用，当然也存在不理想的问题，例如：（1）软件平台不统一在上海市的一个公交管理机构中，就有 3 个适应不同应用需求的系统，采用了 3 个相互独立的软件平台2）数据交换不方便不同应用系统之间，因逻辑模型不对应，几何精度要求不一致，大都靠各自手工输入、维护数据，工作量大3）数据质量难保证政府管理人员、企业经营者、市民对信息系统意见最大的是数据更新不及时， 更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ 客服热线：010-52775185数据不准确，和现实有差距，不同系统之间信息不一致产生上述问题的原因是多方面的，例如：（1）信息共享机制落后市政建设、道路和地下管线维护、道路交通管理、公共交通管理、地形测绘等机构之间缺乏正式、稳定、长效的信息共享机制2）基础测绘信息滞后由于信息共享机制落后，而测绘部门基础信息的测量具有一定的时间跨度，现状环境的变更不能及时反映出来，造成其它部门数据更新不及时，数据不准确。
3）历史问题的遗留新系统的开发、老系统的升级，使新老系统处于相互交替过程中，很难达到一个理想的台阶4）技术储备不足国内、国际没有现成的经验，缺少一定超前量的调查、预研、征求意见等活动，当前局部问题的解决，往往引发出新的矛盾在地理信息系统的研究中，数据建模是系统数据库建设的关键因素数据模型是现实世界某方面信息在数据库中的抽象表达，系统支持的数据模型决定了使用者可使用的分析和查询操作（Goodchild，1998） 因此，空间数据模型是信息技术在交通领域应用的基础，一个好的数据模型可以极大的提高交通网络空间数据的应用和维护的表现公共交通系统中，常规地面公交具有投资省、灵活性大、服务范围广的优点，将长期处于主要的地位，同时也是政府机构交通管理的重点，大型交通企业业务管理的基本内容因此，在上述背景条件下，本文作者主要从技术储备的角度，开展以常规公共交通线路为基本对象的数据模型研究，以期在公交系统信息共享落后、相关基础数据滞后的情况下对公交管理信息系统的建设提出有效的解决办法，希望能为各地新系统的建设、老系统的改造提供参考文章第二部分对城市公共交通信息技术现状研究进行回顾，提出尚待解决的问题文章第三部分对城市公共交通管理信息的基本特征进行了概括。
文章第四部分提出了公交空间数据概念模型以及公交数据模型建构需要达到的功能需求文章第五部分建立了基于网络分析的公交空间数据逻辑模型，并引入线性参照系统，从而实现了由网络分析建立基础公交路径网络和站点线性空间位置信息的一体化的数据模型，实现城市交通管理对于数据分析和数据显示的要求第六部分通过物理模型的构建实现了上述模型，并对空间数据模型的构建方法做比较分析文章第七部分分析了数据模型的优点和应用第八部分分析了本次研究尚未解决的问题和下一步的研究方向，最后文章做了小结，总结了研究的意义所在1 研究现状1.1 公交空间数据模型研究进展自 1994 年在 Milwaukee 提出一个标准的线性参照系统数据模型以来，出现了大量关于交通数据模型的研究 (Vonderohe and et al 1995，Deuker 1995，Butler 1995 ，Vonderohe and Hepworth 1996，Vonderohe and Hepworth 1998，Dueker and Butler 1998， Fletcher and et al 1998，Sutton and Wyman 2000， Peng and Huang 2000，Huang and Peng 2001a)。
概括而言，目前交通地理信息系统（Geographic Information Systems for Transportation，GIS－T）数据模型主要有传统弧段节点模型、基于动态分段和线性参照的 NCHRP20－27（包括 Vonderohe，1998；企业 GIS－T 数据模型（Dueker and Butler，1998） 、 公交网络模型三种1） 传统弧段节点模型传统 GIS 弧段-节点数据模型是强化平面限制的平面模型，把实际交通网络表达为弧段和节点的集合， 更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ 客服热线：010-52775185在弧段相交的地方必定产生节点该模型表达了基本的交通网络，同时支持最短路径算法和空间拓扑分析等功能（陆锋，1999） ，在实际中得到了很多应用和研究但在公交网络表达中间不足之处为：①公交网络是以公交路径为基本语义单位，基于平面强化限制，公交路径相交必定产生节点，而节点产生的位置多位于道路的交叉口，这既不反映公交路径段的客观现实，同时也不利于公交路径的完整性②平面强化的弧段－节点数据的优势在于其具有良好的空间拓扑关系，而公交路径在空间上的分布往往有重合部分，由于拓扑规则的约束，重合部分被表达为一段分离路径的线段，显然不符合公交路径表达的需求。
③弧段与属性记录是一一对应的，不支持一对多的空间位置关系因此，平面强化的弧段－节点模型不适合表达公交网络的路径系统2）动态分段和线性参照模型动态分段（Dynamic Segmentation）是指在不改变要素空间坐标，根据某种属性发生的变化，相对划分线状要素，保持空间位置的一致性由于动态分段能够保持底层物理要素不变，支持路线上的各种事件，因而在公交领域得到了广泛的应用NCHRP20－27（1998）模型及 Dueker 和 Butler(1998)的 GIS-T Enterprise 模型是基于动态分段和线性参照的数据模型的代表NCHRP20－27 模型是美国国家合作高速公路攻关计划针对数据共享问题所提出的国家标准模型，模型以基准为中心分五个层次（如图 1） ，提出了空间数据库与地图分离、拓扑网与地图分离的重要思想，引入基线层解决数据的共享问题对于一般的应用而言，事件建立性参照方法上，发生于底层线性基准层的变法不能自动传递给建立在它上面的各个应用层次，之间存在数据管理的脱节，而要做到数据应用的同步必然需要花费大量的资源重新建构拓扑与线性参照方法层因此，NCHRP 模型直接用于应用困难，不灵活,尤其是对于线性基准层的维护。
Dueker 和 Butler(1998)提出了一个通用的企业级数据模型，此模型以事件为中心，事件可直接与网络模块、地图几何模块、线性基准模块链接，即事件参照可直接建立在基准模块上，将网络拓扑和基准完全分开地图大多与交通特征相关联，而不是和基准可以允许交通特征不带拓扑，因而支持更广泛的非交通特征数据线性参照是建立性系统具有度量系统的基础上的，根据相对位置数据（偏移值）来动态定位线事件和点事件的，因此，对于基础数据有一定的要求，需要通过测量或者空间分析获得事件的相对位置数据，具有一定的工作量和工作难度图 1 通用线性参照模型来源：NCHRP20－27，1998（3）网络数据模型在图论中，网络常映射为图 G=(V,E)，其中，G 可分为有向图或者无向图，V 表示网络所有节点的集合，E 表示网络边的集合如果对网络边和节点赋权，则成为赋权图在目前的算法研究中，重图（相邻 更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ 客服热线：010-52775185两节点之间有多条边线）不能进行网络分析，需要进行复杂的网络变换使相邻两节点之间的网络边唯一才能进行分析。
在公交系统中，相邻两公交站点之间往往存在多条公交线路，因此，公交网络不能直接用于网络分析1.2 公交信息系统应用技术研发进展公交信息系统的数据大部分为商业数据库或者政府数据，这些数据往往不符合特定的系统功能开发，因此，数据必须经过处理才能适应系统的需要，通常另外一些数据往往很容易获取Trepanier 和Chapleau（2001）采用面向对象的模型实现公交运行数据和路网的关联表达，采用整体分解的方法，利用既有数据产生新的系统需求信息，从而建立数据模型为适应不同的需要,公交线路被定义在 4 个层次上,最简单的方式为用时间点来描述,最详细的则是基于具体的路线描述，但文章对此仅在描述的阶段，没有对公交线路的详细表达做出有效的解决途径，也没有对其应用价值做出具体的说明Choi 和Jang（1997、2000）发表了关于基于需求模型的公共交通网络的论文，利用 GIS 的空间分析和动态分段技术来建立独立的公交实体网络，考虑了区分单向线路和双向站点，但是没有涉及较为复杂的情形以及有向线路的表达Peng 于 1998 较为系统的研究了如何建立适合公交企业的 GIS 系统。