城市道路交通可视化技术研究与分析

张闻芳　徐炽

摘 要：针对城市智能交通系统的应用和发展的需求，将GIS技术、可视化及相关技术综合应用在一起，论述了系统的组成结构及各模块的功能特点，探讨了基于不同数据源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路线平面优化和最短路径多目标优化模型、城市交通可视化数据模型，研究和分析城市道路交通可视化关键技术。

关键词：可视化 GIS 城市智能交通 三维建模

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困扰现代大城市的世界性难题之一无疑是交通问题。近几十年来，随着城市建设的飞速发展，交通问题日趋突出，城市道路运行效率低，交通不畅，交通事故频发。然而，目前城市道路的建设速度远远赶不上机动车辆增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分担率低等原因，交通阻塞问题日渐突出。因此，解决目前城市交通问题的必由之路是开发和应用智能交通系统。

1 GIS应用现状

GIS是能够收集、管理、查询、分析、操作以及表现与地理相关的数据信息的技术系统，能够为分析、决策提供重要的支持平台[1]。GIS是一个用于管理、分析和显示地理信息的系统，它将空间数据组织成一系列的专题图层和表格，并运用空间数据集的地理参考，使之具有现实世界的位置信息并相互叠加[2]。GIS是一套智能地图，同时也是用于显示地表上的要素和要素间关系的视图，GIS地图类似于静态的地图，不同的是用户可以交互地使用它，可以方便地漫游、缩放、关闭[3]。

2 可视化模型的建立

视景模拟仿真中，静态对象主要包括树木、周围环境建筑、道路标志线、路面等，在仿真运行开始后，已经不再是一个静态对象参数的变化；动态对象主要包括车辆、信号灯等，在系统中受到其他因素的影响和制约，随时都可能发生变化。

本文所探讨的可视化模型包括以下三种：

（1）基础数据模型：主要包括水体、绿地、道路、停车场、街区、学校、机关、医院等主要地理要素。

（2）空间要素模型：主要包括视频监控点、交通信息点、电子警察等。

（3）非空间要素模型：包含交通管理必需的对象。

城市交通的三维空间可视化的特点在于，在不同的模型中，一些对象可以不需要进行更改，如交通灯、树木、车辆等，它们最多只能在数量上有些变化，这类对象的模型称为基本模型[4]。可在模型库中利用三维建模工具MultiGeIl Creator手工建立对应的基本模型进行存放，以方便实际使用时调用[5]。

3 关键技术实现

根据系统构架的没计，可以将系统分为以下几个功能模块：GUI模块；数据转换模块；道路建模模块；景观建模模块；LOD（Level of Detail）模块；3D图形引擎模块组成。

（1）开发工具与开发语言。

①开发平台：windows XP SP2。

②开发工具：C#。

③软件开发包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能实现。

功能的实现从以下四个方面得到体现，如表1所示。

1）网络分析。

①最短、最佳路径分析。

任意给定起点和目的地，可以使用鼠标在二维地图上选择开始和结束，也可以在3D场景中选择起点和终点，根据道路的拓扑结构，使用先进的最优路径算法，可以自动搜索最短路线或最优路线。在路径参数规划中，可以选择规划参数，如最短的距离，最少的时间，最少路口等。

②最近设施查询。

给定一个需求点，和设施的类型，可制定一定范围内的所有设施信息，并找到最短的到达设施的路径。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于统计交通事件数据、查询和分析交通事件。如查询道路路面质量差，和交通事故的道路。交通事件统计查询主要包括以下一些查询功能，如表2所示：

3）模拟导航。

模拟导航选择起点和终点，然后找到最优或最短路径，或直接给定路线，沿选定路线自动漫游，漫游速度可以调节。如车辆导航，旅游等。在实验系统中，2D和3D可联合运动显示，所以你可以在二维平面图上直接选择起点和终点，通过拓扑优化网络找到最优路径，实现3D模拟导航。

4）移动目标的管理。

该GPS+GIS+GSM的三个组合在一起，实现对运动目标进行的实时监控，并把跟踪轨迹存储在数据库中，移动目标的历史轨迹可以在需要时再回放。

4 结语

结果表明，实验实现了道路交通可视化建模的关键内容，并获得了比较好的系统执行效率和可扩展性，城市道路交通可视化系统可以有效地减少城市交通控制系统的开发工作，降低系统的开发周期。将产生良好的社会效益和经济效益，提高交通事故预测的准确性，为交通管理部门提供了一个可行的方法，应用前景非常广阔。

参考文献

[1] 冯涛.基于GML的微观交通仿真与GIS-T空间数据共享平台研究[D].昆明：云南大学，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三维模型建立与数据组织[J].武汉大学学报，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱庆.三维动态交互式可视化模型[J]。武汉测绘科技大学学报，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鹏.基于GIS的三峡库区滑坡稳定性评价系统（单机版）的设计与研发[D].武汉：武汉大学，2010.

[5] 朱向彩，刘香兰，郇正良.基于GIS的虚拟泰山三维可视化系统研究[J].泰山学院学报，2004，26（6）：50-53.endprint

摘 要：针对城市智能交通系统的应用和发展的需求，将GIS技术、可视化及相关技术综合应用在一起，论述了系统的组成结构及各模块的功能特点，探讨了基于不同数据源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路线平面优化和最短路径多目标优化模型、城市交通可视化数据模型，研究和分析城市道路交通可视化关键技术。

关键词：可视化 GIS 城市智能交通 三维建模

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困扰现代大城市的世界性难题之一无疑是交通问题。近几十年来，随着城市建设的飞速发展，交通问题日趋突出，城市道路运行效率低，交通不畅，交通事故频发。然而，目前城市道路的建设速度远远赶不上机动车辆增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分担率低等原因，交通阻塞问题日渐突出。因此，解决目前城市交通问题的必由之路是开发和应用智能交通系统。

1 GIS应用现状

GIS是能够收集、管理、查询、分析、操作以及表现与地理相关的数据信息的技术系统，能够为分析、决策提供重要的支持平台[1]。GIS是一个用于管理、分析和显示地理信息的系统，它将空间数据组织成一系列的专题图层和表格，并运用空间数据集的地理参考，使之具有现实世界的位置信息并相互叠加[2]。GIS是一套智能地图，同时也是用于显示地表上的要素和要素间关系的视图，GIS地图类似于静态的地图，不同的是用户可以交互地使用它，可以方便地漫游、缩放、关闭[3]。

2 可视化模型的建立

视景模拟仿真中，静态对象主要包括树木、周围环境建筑、道路标志线、路面等，在仿真运行开始后，已经不再是一个静态对象参数的变化；动态对象主要包括车辆、信号灯等，在系统中受到其他因素的影响和制约，随时都可能发生变化。

本文所探讨的可视化模型包括以下三种：

（1）基础数据模型：主要包括水体、绿地、道路、停车场、街区、学校、机关、医院等主要地理要素。

（2）空间要素模型：主要包括视频监控点、交通信息点、电子警察等。

（3）非空间要素模型：包含交通管理必需的对象。

城市交通的三维空间可视化的特点在于，在不同的模型中，一些对象可以不需要进行更改，如交通灯、树木、车辆等，它们最多只能在数量上有些变化，这类对象的模型称为基本模型[4]。可在模型库中利用三维建模工具MultiGeIl Creator手工建立对应的基本模型进行存放，以方便实际使用时调用[5]。

3 关键技术实现

根据系统构架的没计，可以将系统分为以下几个功能模块：GUI模块；数据转换模块；道路建模模块；景观建模模块；LOD（Level of Detail）模块；3D图形引擎模块组成。

（1）开发工具与开发语言。

①开发平台：windows XP SP2。

②开发工具：C#。

③软件开发包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能实现。

功能的实现从以下四个方面得到体现，如表1所示。

1）网络分析。

①最短、最佳路径分析。

任意给定起点和目的地，可以使用鼠标在二维地图上选择开始和结束，也可以在3D场景中选择起点和终点，根据道路的拓扑结构，使用先进的最优路径算法，可以自动搜索最短路线或最优路线。在路径参数规划中，可以选择规划参数，如最短的距离，最少的时间，最少路口等。

②最近设施查询。

给定一个需求点，和设施的类型，可制定一定范围内的所有设施信息，并找到最短的到达设施的路径。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于统计交通事件数据、查询和分析交通事件。如查询道路路面质量差，和交通事故的道路。交通事件统计查询主要包括以下一些查询功能，如表2所示：

3）模拟导航。

模拟导航选择起点和终点，然后找到最优或最短路径，或直接给定路线，沿选定路线自动漫游，漫游速度可以调节。如车辆导航，旅游等。在实验系统中，2D和3D可联合运动显示，所以你可以在二维平面图上直接选择起点和终点，通过拓扑优化网络找到最优路径，实现3D模拟导航。

4）移动目标的管理。

该GPS+GIS+GSM的三个组合在一起，实现对运动目标进行的实时监控，并把跟踪轨迹存储在数据库中，移动目标的历史轨迹可以在需要时再回放。

4 结语

结果表明，实验实现了道路交通可视化建模的关键内容，并获得了比较好的系统执行效率和可扩展性，城市道路交通可视化系统可以有效地减少城市交通控制系统的开发工作，降低系统的开发周期。将产生良好的社会效益和经济效益，提高交通事故预测的准确性，为交通管理部门提供了一个可行的方法，应用前景非常广阔。

参考文献

[1] 冯涛.基于GML的微观交通仿真与GIS-T空间数据共享平台研究[D].昆明：云南大学，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三维模型建立与数据组织[J].武汉大学学报，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱庆.三维动态交互式可视化模型[J]。武汉测绘科技大学学报，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鹏.基于GIS的三峡库区滑坡稳定性评价系统（单机版）的设计与研发[D].武汉：武汉大学，2010.

[5] 朱向彩，刘香兰，郇正良.基于GIS的虚拟泰山三维可视化系统研究[J].泰山学院学报，2004，26（6）：50-53.endprint

摘 要：针对城市智能交通系统的应用和发展的需求，将GIS技术、可视化及相关技术综合应用在一起，论述了系统的组成结构及各模块的功能特点，探讨了基于不同数据源的地形和地物的建模方法，建立了城市道路路线平面优化和最短路径多目标优化模型、城市交通可视化数据模型，研究和分析城市道路交通可视化关键技术。

关键词：可视化 GIS 城市智能交通 三维建模

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0048-01

困扰现代大城市的世界性难题之一无疑是交通问题。近几十年来，随着城市建设的飞速发展，交通问题日趋突出，城市道路运行效率低，交通不畅，交通事故频发。然而，目前城市道路的建设速度远远赶不上机动车辆增加的速度，而且城市功能高度聚集、公共交通分担率低等原因，交通阻塞问题日渐突出。因此，解决目前城市交通问题的必由之路是开发和应用智能交通系统。

1 GIS应用现状

GIS是能够收集、管理、查询、分析、操作以及表现与地理相关的数据信息的技术系统，能够为分析、决策提供重要的支持平台[1]。GIS是一个用于管理、分析和显示地理信息的系统，它将空间数据组织成一系列的专题图层和表格，并运用空间数据集的地理参考，使之具有现实世界的位置信息并相互叠加[2]。GIS是一套智能地图，同时也是用于显示地表上的要素和要素间关系的视图，GIS地图类似于静态的地图，不同的是用户可以交互地使用它，可以方便地漫游、缩放、关闭[3]。

2 可视化模型的建立

视景模拟仿真中，静态对象主要包括树木、周围环境建筑、道路标志线、路面等，在仿真运行开始后，已经不再是一个静态对象参数的变化；动态对象主要包括车辆、信号灯等，在系统中受到其他因素的影响和制约，随时都可能发生变化。

本文所探讨的可视化模型包括以下三种：

（1）基础数据模型：主要包括水体、绿地、道路、停车场、街区、学校、机关、医院等主要地理要素。

（2）空间要素模型：主要包括视频监控点、交通信息点、电子警察等。

（3）非空间要素模型：包含交通管理必需的对象。

城市交通的三维空间可视化的特点在于，在不同的模型中，一些对象可以不需要进行更改，如交通灯、树木、车辆等，它们最多只能在数量上有些变化，这类对象的模型称为基本模型[4]。可在模型库中利用三维建模工具MultiGeIl Creator手工建立对应的基本模型进行存放，以方便实际使用时调用[5]。

3 关键技术实现

根据系统构架的没计，可以将系统分为以下几个功能模块：GUI模块；数据转换模块；道路建模模块；景观建模模块；LOD（Level of Detail）模块；3D图形引擎模块组成。

（1）开发工具与开发语言。

①开发平台：windows XP SP2。

②开发工具：C#。

③软件开发包（主要）：STL、OpenGL、OpenSceneGraph、ArcGIS Server、Silveriight。

（2）功能实现。

功能的实现从以下四个方面得到体现，如表1所示。

1）网络分析。

①最短、最佳路径分析。

任意给定起点和目的地，可以使用鼠标在二维地图上选择开始和结束，也可以在3D场景中选择起点和终点，根据道路的拓扑结构，使用先进的最优路径算法，可以自动搜索最短路线或最优路线。在路径参数规划中，可以选择规划参数，如最短的距离，最少的时间，最少路口等。

②最近设施查询。

给定一个需求点，和设施的类型，可制定一定范围内的所有设施信息，并找到最短的到达设施的路径。

2）交通事件分析。

交通事件分析指的是基于统计交通事件数据、查询和分析交通事件。如查询道路路面质量差，和交通事故的道路。交通事件统计查询主要包括以下一些查询功能，如表2所示：

3）模拟导航。

模拟导航选择起点和终点，然后找到最优或最短路径，或直接给定路线，沿选定路线自动漫游，漫游速度可以调节。如车辆导航，旅游等。在实验系统中，2D和3D可联合运动显示，所以你可以在二维平面图上直接选择起点和终点，通过拓扑优化网络找到最优路径，实现3D模拟导航。

4）移动目标的管理。

该GPS+GIS+GSM的三个组合在一起，实现对运动目标进行的实时监控，并把跟踪轨迹存储在数据库中，移动目标的历史轨迹可以在需要时再回放。

4 结语

结果表明，实验实现了道路交通可视化建模的关键内容，并获得了比较好的系统执行效率和可扩展性，城市道路交通可视化系统可以有效地减少城市交通控制系统的开发工作，降低系统的开发周期。将产生良好的社会效益和经济效益，提高交通事故预测的准确性，为交通管理部门提供了一个可行的方法，应用前景非常广阔。

参考文献

[1] 冯涛.基于GML的微观交通仿真与GIS-T空间数据共享平台研究[D].昆明：云南大学，2007.

[2] 左小消，李清泉.公路三维模型建立与数据组织[J].武汉大学学报，2004，29（2）：179-183.

[3] 朱庆.三维动态交互式可视化模型[J]。武汉测绘科技大学学报，1998，23（2）：124-127.

[4] 柳鹏.基于GIS的三峡库区滑坡稳定性评价系统（单机版）的设计与研发[D].武汉：武汉大学，2010.

[5] 朱向彩，刘香兰，郇正良.基于GIS的虚拟泰山三维可视化系统研究[J].泰山学院学报，2004，26（6）：50-53.endprint