基于组件式GIS的动态路径诱导系统的研究应用

摘要

近几年来,智能交通系统(ITS)越来越受到人们的广泛重视,它是在当代科学技术充分发展进步的背景下产生的,旨在将先进的计算机技术、通信技术、数据库技术、人工智能等运用于交通运输中。ITS涉及到交通运输的很多领域,路径诱导系统是其中的一个重要应用,是目前国内ITS的开发应用热点之一。交通信息与地理空间数据密切相关,将GIS技术应用于交通领域中,研究交通地理信息系统在交通路径诱导系统中的应用,以解决交通拥挤、保证交通安全、提高交通网络使用效率,这具有极高的现实意义。本论文根据当前交通发展实际情况,并从未来发展的角度出发,对城市交通路径诱导系统进行了系统需求分析和系统功能设计。基于组件式GIS的开发技术,其基本的理论基础是组件对象模型,通过接口调用控件中所封装的函数,实现其强大功能,并有利于功能的扩充。本文对面向对象的理论方法和组件式GIS开发技术进行了研究,然后对交通地理信息的数据结构和数据组织形式进行了分析,根据交通动态路径诱导系统的功能和特点,利用GIS组件MapX,设计了重庆市渝中半岛电子交通路网地图,并实现其在动态路径系统中需要的基本功能。路径寻优是GIS最基本的功能之一,也是路径诱导系统的核心功能之一。实时路径诱导意味着交通状态的千变万化,动态路径诱导中车辆行驶路线方案在诱导过程中并不是一尘不变的,它应随着实时交通状态的变化而发生变化。本文在分析路径诱导系统常用的路径寻优算法的基础上,选择了启发式搜索算法——A*算法,这种算法突破了静态最短路径算法的局限性,在模型中加入了实时交通信息,利用这些实时交通信息预测路网交通状态,并将这些实时交通信息结合数据库里已有的路网静态信息,用于最优路径的搜索,使所求最优路径更加贴近实时的交通状态,切实达到诱导目的,从而提高整体路网的运行效率。在路径诱导的过程中,实时交通信息数据的应用使路径诱导系统具有实时性与动态性,而这一特性将使路径诱导更符合路网的客观实际状态,也进一步增加了系统的实用性。实验结果表明,本文所研究的GIS-T在路径诱导系统的应用方法是可行的,具有一定的实用价值

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 地理信息系统及交通地理信息系统

1.2.1 地理信息系统概念及功能

1.2.2 交通地理信息系统概述

1.2.3 交通地理信息系统的功能及其应用领域

1.2.4 交通地理信息系统应用于ITS 的特点

1.3 智能交通系统及路径诱导系统

1.3.1 智能交通系统概况

1.3.2 路径诱导系统概述

1.3.3 路径诱导系统的分类

1.4 课题的研究目的和意义

1.5 本文研究的主要内容

2 基于MapX 的GIS 开发技术研究

2.1 引言

2.2 面向对象的理论及设计方法

2.2.1 面向对象基本概念和特性

2.2.2 面向对象的基本思想

2.3 GIS 的开发模式

2.3.1 应用型GIS 开发的三种方式

2.3.2 组件式GIS 开发

2.4 MAPX 主要特点及功能

2.4.1 MapX 的空间数据结构

2.4.2 MapX 的基本属性

2.4.3 MapX 的主要功能

2.5 本章小结

3 动态路径诱导系统的框架研究与设计

3.1 概述

3.1.1 动态路径诱导系统的研究内容

3.1.2 实现交通诱导的技术

3.2 动态路径诱导系统的功能研究

3.2.1 系统概述

3.2.2 动态路径系统诱导信息构成

3.2.3 动态路径诱导系统功能分析与设计

3.3 动态路径诱导系统的框架组成

3.3.1 路径诱导系统的基本框架

3.3.2 动态路径诱导系统的结构分析与设计

3.4 动态路径诱导系统的实现方案

3.5 本章小结

4 基于动态路径诱导系统的交通路网的研究与设计

4.1 引言

4.2 GIS 的数据模型

4.2.1 空间数据模型

4.2.2 属性数据模型

4.3 GIS-T 中电子地图的数据组织结构

4.3.1 矢量数据文件组织

4.3.2 栅格数据文件组织

4.4 GIS-T 中电子地图的设计原则

4.5 重庆市渝中半岛交通路网的设计与制作

4.5.1 空间数据的数字化方法

4.5.2 电子地图的整体设计

4.5.3 电子地图的具体制作

4.5.4 电子地图远程数据库的建立

4.6 电子地图各功能模块的实现

4.6.1 电子地图的显示

4.6.2 电子地图基本功能的实现

4.7 本章小结

5 基于动态路径诱导的最优路径算法研究

5.1 引言

5.2 路径诱导系统路径优化概述

5.2.1 路径优化问题概述

5.2.2 路径优化的一般求解过程

5.3 经典的最优路径算法分析

5.3.1 Floyd 算法

5.3.2 Dijkstra 算法

5.3.3 启发式搜索（Heuristic Search）算法——A*算法

5.4 动态路径诱导算法行驶时间确定算法

5.4.1 动态路径诱导问题

5.4.2 动态行驶时间的确定

5.4.3 动态行驶时间预测方法

5.5 动态实时最优路径算法的实现

5.5.1 路段动态时间权值的确定

5.5.2 搜索范围的确定

5.5.3 搜索过程的实现

5.6 与传统算法的比较

5.7 路径诱导功能实现演示图

5.8 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要工作总结

6.2 对下一步研究工作的展望

致谢

参考文献

附录