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浅谈智能交通中的电子地图

20世纪80年代以来,随着经济的发展和人口的增长,车和人的矛盾变得越来越尖锐,交通拥挤和阻塞现象日益严重,交通污染与交通事故等日益困扰着交通事业的发展。路网通过能力已不能满足交通量增长的需求。经过长期和广泛的研究,智能交通(ITS)成为公认的解决...

作者:www.powergis.net来源:www.powergis.net|2006年07月10日
20世纪80年代以来,随着经济的发展和人口的增长,车和人的矛盾变得越来越尖锐,交通拥挤和阻塞现象日益严重,交通污染与交通事故等日益困扰着交通事业的发展。路网通过能力已不能满足交通量增长的需求。经过长期和广泛的研究,智能交通(ITS)成为公认的解决交通问题的最有效手段。日本、美国和西欧竞相投入大量的人力、物力对智能交通进行研究,掀起了交通领域的又一场革命。
  1智能交通简介
  日本是世界上最早发展智能交通的国家,早在20世纪70年代,日本为解决人多、车多、而路少的矛盾,率先研制综合汽车交通系统(CACS)。进入80年代后,日本开始了道路/车辆通讯系统(RACS)项目的研究,它是汽车导航系统的基础。与此同时,欧洲也开始2项研究计划:高效安全的欧洲交通体系计划;欧洲交通安全和道路系统计划。而美国也在进行智能车路系统(1VHS)的研制。到了90年代,智能交通系统日趋完善,并开始进入实际应用阶段。在日本,从1992年一1998年10月,共卖出345万套导航系统,销量居世界第一。与智能交通有关的各种协调机构和研究机构相继建立。1990年8月,美国首先成立了国家ITS统一协调组织IVHSAmerica。1991年,欧盟也成立了ITS协调机构。1994年11月在法国巴黎举行了ITS世界大会。从此,ITS进入了快速发展时期,受到世界各国的高度重视。
  目前来说,智能交通系统主要包括以下7个方面:(1)先进的交通管理系统(ATMS);(2)先进的交通信息系统(ATIS);(3)先进的车辆控制系统(AVCS);(4)先进的公共交通系统(APTS);(5)新物流系统(NFTS);(6)异常交通紧急救援系统(SEVMS);(7)交通设施管理系统(TIMS)。
  
  2电子地图及其在智能交通中的作用
  电子地图是地理信息系统的一种,它具备了地理信息系统的大多数功能。智能交通系统的大部分信息都需要通过电子地图来表示。电子地图能够把数字信号(包括对数字地图、遥感数字图象及自行数字化采集的数据进行可视化处理后形成的数字信号)和模拟信号显示在计算机屏幕上。
  电子地图主要有两方面作用:一是多维地图的静态显示和动态显示作用;二是动态环境下空间数据库与专题数据库的交流作用。两方面相互作用,共同完成G1S中空间数据视觉化的任务。智能交通中的电子地图作为空间信息特别是交通信息的可视化产品,将交通路线及周围环境以视觉甚至是听觉感受的方式传输给用户,成为智能交通系统与用户交流的最重要工具,因此,电子地图制作的好坏,直接影响智能交通系统的成败。
  3智能交通中电子地图的特点
  在智能交通系统中,电子地图除了具有加色系统;图文互补、辅助阅读、内容由用户自定义、更广泛的信息共享等一般的特点外,还具有自身的特色。
  3.1点线面综合,但以线状要素为主
  以交通为专题的电子地图主要通过点状要素(交通灯、收费站、加油站、高速公路出入口、公交车站、小码头等)、线状要素(航线、各级公路、各级铁路等)、面状要素(停车场、飞机场、港口等)来反映交通详细信息,满足交通运输服务的要求。而智能交通系统的功能需求则决定了线状要素是主要的。车辆导航、最短路线的选择、公交车路线、车流控制、紧急救援线路选择等都发生在线状要素上。因此,线状要素是整个交通电子地图的核心。
  3.2要求基图比例尺种类多,但以大比例尺为主
  智能交通系统需要各种尺度的比例尺,小到1∶1000000,大到1∶5000或l∶2000。不同比例尺的电子地图包含了不同的内容,服务于不同的对象,如;1∶l000000的电子地图包含了国家或省内的主要道路、主要交通设施、交通枢纽,主要服务于全国航线、航行、旅游线路设计。而1∶5000或1∶2000的电子地图则包含了所有建筑物(包括民宅)、标注距离(单位:m)和所有街道,主要服务于小区域铁路、公路施工、机场建设、出行选择、动态监测。智能交通系统主要应用在城市内,因而对大比例尺电子地图需求量大。而且,大比例尺的电子地图能显示出所有建筑物,极大地方便了用户。
  3.3支持动态显示,实时性好
  交通环境充满着变化的因素,电子地图在这些因素的影响下,不断地进行动态调整。智能交通系统的数据源不断地把外界变化的信息传入电子地图数据库中,电子地图则实时地读取数据库的内容,把变化的信息显示给用户。如:电子地图中表示的交通灯符号也随红、黄、绿交通灯同步变化。再如:随着城市建设和临时交通调度要求,对道路管理状况的变化,对道路的交通管制规定设扭(如单行线、禁止左转等)随时变化而在一段时间内关闭某车道等悄况。此时,在电子地图上将会出现与之相适应的调整。
  4智能交通中电子地图的信息获取
  交通信息种类繁多,数据盘大,因此必须采用多种方式来获取信息,才能保证信息的全面性、实时性和可靠性。目前来说,可行的获取方式主要有下列几种。
  4.1直接获取
  对大部分基础地理信息,国家和大部分地区、城市都已相继建立起自身的基础地理信息系统。这些基础地理信息系统作为信息的载体已经在各行各业的应用中发挥了重要的作用。国家建立了比例尺度为1∶1000000和最新完成的1∶250000的基础地理信息数据库。大多数城市和地区也建立了更大比例尺度(如l∶5000或l∶2000)的基础地理信息数据库。对于这些已有的信息,可直接作为电子地图的数据源,经组织后直接入库。
  部分交通专题信息可从其它系统,如交通灯控制系统、车辆收费系统、旅游信息系统、公交车调度动态变化表等获取。这些系统中含有大撤的交通专题信息。在归纳整理有关道路、主要建筑、服务设施等物标的专题信息时,需仔细查阅和参考城市方面的手册以及车辆驾驶员行车指南等有关文献资料,力求信息准确、全面,以便很好地完成电子地图的数据采集工作。但要注意提取时并不是越多越好,应以有用为前提。只有对电子地图有用的信息才人库,而其它舍弃。
  4.2数字化获取
  对于还未建库的基础地理信息和交通专题信息,最常用的获取方法就是数字化。通常数字化方法有2种方式:(1)矢量数据的矢量跟踪;(2)使用扫描方式然后转换成矢坦的形式。其中,关键的问题是要提高数字化的精度,位置信息的误差应限制在0.2mm以内。
  4.3遥感获取
  对部分基础地理信息和交通专题信息,特别是处于变化之中的线状和面状要素,可采用遥感获取。利用遥感图象制图的技术方法,在GIS技术支持下绘制交通专题地图,是一种快速制作电子地图的方法。尤其随着遥感技术的不断发展,遥感的空间分辨率越来越高,如IKONOS卫星的分辨率已经达到1m×lm,这为交通专题地图的制作提供了非常富而且实时的信息,故遥感制作电子地图具有实时、动态和制图速度快的特点。
  4.4GPS系统获取
  对于点状要素的空间信息,如车辆定位、交通事故发生地点等,可由GPS系统获取。GPS系统可以提供全球覆盖、全天候、免费的高精度标准授时/导航定位服务,通过车载GPS接收机可以实时地获得车辆的经纬度位置和时间等关键信息。车辆定位系统将GPS系统获得的信息与电子地图进行地图匹配,就可以确定车辆在城市交通道路中的具体位置。
  目前,遥测地形地貌及道路俏况采集的专用测控汽车已研制出第二代,可迅速测绘道路数字地图,瞬间采集交通水故现场的各种数据和图象信息。
  4.5手工获取
  对于突变的交通信息,可用手工直接输入。这类交通信息带有偶然性、突发性,没办法用工具直接获取,只能用手工及时地输入。如:发生交通班故时,需要封路。这时,管理人员可在控制中心采用手工操作把封路的信息输入计算机,经过程序转换后,在电子地图上表现出来。
  5智能交通中电子地图的若干制作方法及注意问题
  目前,采用的电子地图制作方式主要有2种:(1)首先制作纸质地图,经过数字化仪数字化,然后用Arc/Info等软件加工成数字地图,进入基础地理信息数据库,接着运用Arcview、MapInfo、Geostar、Arc/Info、MapGIS等软件加入交通专题属性,并进行功能模块的设计,最后制成电子地图;(2)使用遥感图象,遥感图象经过剔除大气因素的影响、几何纠正、精纠正、图象增强处理、主成分变换、非监督分类、监督分类、空间过滤等一系列的预处理,然后运用PCI软件和Arc/Info软件,在屏幕上通过人机交互的方式制成数字地图,加入交通专题属性和功能模块后成为电子地图。简要制作流程见图1。
  电子地图在制作过程中,需要注意以下几点。
  (1)在数字化过程中,为了提高数字化地图的精度,首先,基图要选择最新最全的纸质地图;其次,应选择4个以上的Tin点,且误差应该尽量控制在0.003以内;图上2点间的容限值应比较小;再则,数字化人员的熟练程度要高;最后数字化后要进行检查和修正,避免出现遗漏情况。
  (2)在遥感图象处理过程中,需要注意的几点是:①在选取遥感图像时要考虑商分辨率与经济效益相结合,高分辨率遥感图像的地物清晰度高,其图像结构的精细度高,但处理速度慢,且价格较贵,低分辨率的遥感图像虽然价格较低,但效果不好,不适合做交通专题图,所以要从经济角度出发,尽世用高分辨率的遥感图;②考虑到智能交通中电子地图线状要素突出的特点,在进行遥感图你处理时,可侧重
  线性地物信息的提取,在处理方法上以卷积、定向滤波、对比度扩展和彩色合成处理为主,很少需要图像进行分类处理,在考虑图像处理方案时,也无需考虑几个时相的问题;③由于电子地图本身的精度要求不高,所以相对于1m×lm的地面分辨率采用目视解译是不成问题的,制作比例尺较小的电子地图时,采用30m×30m分辨率的遥感图像也是不成问题的。
  (3)在建立基础地理信息数据库时,应考虑到数据的编码问题。目前,数据的代码分为分类码和标识码2种。分类码说明实体所属类别,执行已发布实施的国家标准GBl3923·92;标识码用于标识每一个主要实体,如县和县级以上居民地及其行政界线、铁路,主要公路(国道、高速公路、一级公路、部分省道)、主要河流、湖泊等。此外,还应考虑到数据管理问题。目前,主要应用ARC/INFO软件数据库管理模块LIBRARY进行数据管理。分区(TILE)和分层(LAYER)是数据库管理横向和纵向的最基本单元。TILE是数据库的数据存放基本单元,实际上是指各个工作区(子目录),以地图分幅为单元,所有的TILE覆盖整个数据库的范围。LAYER是数据库的
  数据内容分层存储单元。根据智能交通系统的需要,在分区(TILE)之上,即在工作区之上,还分尺度(SCALE),用于管理不用比例尺的图幅。
  (4)在建立交通专题属性数据库时,应当注意交通属性一定要与交通实物一一对应。
  (5)在交通电子地图的功能模块中,除了放大、缩小,显示、查询、叠加等基本功能模块外,还应有导航、最佳路径选择、车辆疏导等更高级的模块。
  6结语
  我国电子地图在智能交通系统中的应用已有成功的范例,特别是电子导航地图,如李曙光等人设计制作的西安市大雁塔地区交通电子地图,已成功地应用于课题“GPS技术在车辆导航系统中的应用研究”;北京市公共交通总公司GPS车辆监控系统中的电子地图;杨兆升等人设计制作的城市交通流诱导系统中的电子交通地图。这些都说明了交通电子地图的日趋成熟,但也存在着很多需要努力的地方。现在的交通电子地图功能相对简单,只能达到导航的功能,还有很多问题需要解决,如最佳路线和最短路线的选择算法已实现,但运用起来还未如意。本文只是从总体的角度对交通电子地图进行了分析,谈了它的一些作用、特点、获取方法、制作过程等。
  
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