基于地理信息系统的交通状态显示与开发文献综述

社会背景

伴随着国内经济近30年的高速增长,城镇化水平的不断提高,国内城市规模高速增长,城市人口到百万甚至千万级别,很多城市私家车保有量达到了百万以上,据公安部数据,截至17年底国内有23个城市私家车保有量突破了二百万,再加上各种其他类型车辆,城市交通面临着巨大的考验.与此同时,城市交通的发展却严重滞后于城市发展和城市中汽车数量,全国绝大部分大型城市面临着严峻的交通的问题, 交通拥堵问题日趋严重, 交通拥堵问题造成时间资源浪费、消耗大量的能源和其它不可再生资源,产生严重的空气污染、噪声污染。交通事故造成了大量的人员伤亡和高额的直接和间接经济损失,这些都阻碍了城市社会经济与环境的健康发展。缓解和解决日益严峻的城市交通问题迫在眉睫,在限号出行、加快城市道路交通建设的同时，信息技术为解决城市交通发挥这举足轻重的作用。当前城市交通体系的建设正进入以信息技术飞速发展为标志的新时期。衡量一个城市现代化水平的重要标志就是一个包括城市道路建设、城市客货运体系和城市交通控制管理组成的快速、便捷、舒适、高效的城市交通系统。早在上世纪70年代，便提出了智能交通系统(Intelligent Transportation System，简称ITS)概念，智能交通在解决当下城市交通困境的同时，也为实现绿色交通提供了有力支持，在智能交通应用的过程中，可以充分利用交通基础设施，大幅度提高交通安全水平，提高社会整体效率。现在智能交通系统已经成城市交通发展的客观趋势和必由之路。

课题背景：

在智能交通系统建设与实践中，众多大中城市形成了以信号控制系统为核心的智能交通综合系统。智能交通管理系统的发展趋势主要体现在集成性、预测性、主动性、实时性等方面，即集成了众多交通管理功能，并基于全面的检测信息及预测分析进行主动性交通管理，摆脱被动适应性管理的滞后性，如日本目前不断 发 展 完善的UTMSrsquo;21（Universal Traffic Management System）和德国柏林的交通控制中心是目前相对先进的智能交通控制系统。

UTMS作为目前世界上最先进的ITS，其目标在于实现“安全、舒适和环境友好的交通环境。整个系统以控制系统为中心，对交通流进行全面管理。通过车辆和交通控制中心的交互式双向通信，控制中心接受车辆的交通需求并且将交通流信息发送给车辆，最终实现主动管理。比起传统的交通管理系统复杂程度更高、也更加智能化。其整个系统的结构如图。

柏林交通控制中心是德国第一个能够提供多模式动态路径规划服务的系统，可以将私人交通与公共交通整合到一次出行路径中，以便出行者能够规划其最合理的出发时间。同时也集成了交通事件及道路施工的信息。随着手机设备及卫星定位系统的逐渐普及，相关信息可以直接下载到用户的车辆导航系统或手机中。柏林交通控制中心可以通过覆盖全部交通基础设施的交通数据来进行短期、中期、长期的交通流预测。通过使用一个交通仿真程序，柏林交通控制中心能够提供未来 15~30 min 的交通状态预测，并且每 5到15 min更新一次当前估计状态及交通流预测信息。柏林交通控制中心的系统由多个不同模块组成，如在交通预测中，采用MONET/VISUM-online模块来进行交通状态的生成及预测 ， MONET（Modeling Networks）存储了统计及动态的数据，并且通过分析交通状态来生成相应的信息，能够预测交通流量、旅行时间及网络通行能力。通过中心网络信息服务，出行者可以获得如下信息：柏林当前的交通状态、施工地点、重要的交通相关的事件及活动、基于交通状况的路径规划、柏林机场的到离港航班信息、公共交通时刻表、停车信息、城市地图服务等。

近几年来，在交通领域涌现出车联网、自动驾驶为代表的众多新技术，对智能城市交通系统更是如虎添翼，在计算机方面高速发展的云、大数据、机器学习和模式识别等热点技术，加上5G通信等通信领域相关技术的快速发展，为智能交通的未来带来了无线广阔的前景。

地理信息系统简称GIS。不同的专业，对它的理解是不一样的，目前还没有一个完全统一的被普遍接受的定义。有人认为GIS是管理和分析空间数据的计算机系统，在计算机软硬件支持下，对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理，完成数据输入、存储、处理、管理、分析、输出等功能，对数据实行有效管理，研究各种空间实体及其相互关系，通过对多因素信息的综合分析，可以快速地获取满足应用需要的信息，并能以图形、数据、文字等形式表示处理结果。有人认为GIS是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球(包括大气层在内)空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。有人认为GIS就是数字制图技术和数据库技术的结合。有人则按研究专业领域不同给予不同的名称，如地籍信息系统、土地信息系统、环保信息系统、管网信息系统和资源信息系统等。1987年英国教育部(DOE)下的定义是:GIS是一种获取、存储、检查、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。1988年美国国家地理信息与分析中心(NCGIA)下的定义是:“为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统”。应该说，上述定义均比较科学地阐明了GIS的对象、功能和特点。总之，地理信息系统是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数，并且回答用户问题等为主要任务的计算机系统。

20世纪80年代，GIS逐步走向成熟，并在全世界范围内全面推厂，应用领域不断扩大，并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题，如全球变化和全球沙漠化监测，全球可居住区评价，厄尔尼诺现象、酸雨、核扩散及核废料监测等美国地质调查局应用地理信息系统对美国三里岛核泄漏事件在24小时内就作出了反应，并迅速地对核扩散进行了影响评价。20世纪80年代是GIS发展具有突破性的年代其中ARC/INFO广泛地为世界各国地质调查部门所采用，并在区域地质调查、区域矿产资源与环境评价、矿产资源管理中发挥着越来越重要的作用。

目的和意义：

关联路口交通流量的收集及其在地理信息系统中的显示是智能城市交通系统中的重要组成部分，智能城市交通系统中有许多模块都需要地理信息系统的支持，以地理信息系统数据处理为出发点，智能城市交通系统完成多种上层业务。完善的及时的地理信息系统信息为智能城市系统构建提供了强有力的基础。

城市交通系统对重点路口的交通流量进行监测，以监测结果为依据，及时做出相应的交通管制措施、向车辆发送及时、准确的交通信号，对目前城市交通拥堵的困境有立竿见影的效果。城市交通系统在对相关路口的交通流量长期的监测结果中，可以对城市交通网整体建设起到指导性作用。路政部门在对结果的分析中，发现城市交通网中最需要改善的部分，调高城市交通设施建设中资源的使用效率，同时社会也会获得更高的经济效益。城市交通系统根据监测结构，实时向车辆发送道路信息，车辆以此规划合适的路线，极大的改善市民出行体验。

参考文献：

【1】基于GIS技术的云南省道路灾害防治信息系统 李贤林 昆明理工大学 2002-03-0

【2】基于OpenMap的地理信息系统在网管系统中的设计和应用 路璐 成都理工大学 2009-04-01 硕士

【3】GIS、GPS在车辆监控系统中的应用和研究 张向果 吉林大学 2004-04-01 硕士

【4】基于异类信息融合的交通流检测方法研究与应用 许桂华 兰州理工大学 2012-05-16 硕士

【5】基于无线传感器网络的物流跟踪信息系统的研究 钱菲菲 江南大学 2012-03-01 硕士

【6】动态交通信息发布技术的研究 张丽嬿 上海交通大学 2007-12-01 硕士

【7】部队物资运输平台定位跟踪系统的设计与实现 王阳 东北大学 2009-06-01 硕士

【8】GIS/GSM/GPS信息处理技术及其应用研究 秦正田 上海海运学院 2002-01-01 硕士

【9】基于MapX组件开发的车辆监控系统的设计和实现 马健 西南交通大学 2009-05-01 硕士

【10】基于GIS和浮动车的交通状态分析系统研究 周璞 重庆大学 2006-04-30 硕士

【11】地理信息系统原理与方法

【12】动态交通信息发布技术的研究 张丽嬿 2007-12

【13】城市智能交通系统的发展现状与趋势 陆化普，李瑞敏 2014-3

【14】A Multi-Agent System for Monitoring and Regulating Road Traffic in a Smart City 2017-2-17