基于GIS的城市三維交通路線查詢系統(tǒng)——以重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)為例

宋新碩

(西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715)

基于GIS的城市三維交通路線查詢系統(tǒng)
——以重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)為例

宋新碩

(西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715)

現(xiàn)在，隨著校園的交通線路的完善和教學(xué)建筑的越1來越復(fù)雜，交通車是多數(shù)人出行的首選方式。本文的目的在于怎樣才能方便人們出行時對交通路線選擇和查找以及實現(xiàn)對地物查詢。首先通過ArcMap、Arcsence、Sketchup等GIS相關(guān)軟件設(shè)計出三維校園模型，構(gòu)建校園交通網(wǎng)模型，并在三維中添加交通站點以及設(shè)計地物數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)之上提供不同建筑物的查找和定位，并根據(jù)交通站點的數(shù)據(jù)庫建立不同的交通路線乘坐方案和交通路線查詢。方便人們的出行，操作簡單，直觀的桌面系統(tǒng)。本文也提出三維交通線路在城市應(yīng)用的思想。

ArcScene;校園公交;查詢系統(tǒng)

1、引言

隨著數(shù)字地球的提出，中國也在加緊數(shù)字城市的建設(shè)［1］。三維數(shù)字校園作為數(shù)字城市的微觀表現(xiàn)，是數(shù)字城市在某一小區(qū)域的放大效果。也可以說，三維數(shù)字校園是數(shù)字地球的理論、技術(shù)和戰(zhàn)略應(yīng)用到小范圍的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化建設(shè)的具體體現(xiàn)［2］。

近年來城市人口的增加，交通設(shè)施的也逐步健全，越來越多的人選擇乘坐公交車輛出行。然而對于不熟悉當(dāng)?shù)爻鞘械娜藖碚f出行非常不便，尤其是在地勢復(fù)雜的西南地區(qū)。因此設(shè)計一個更接近日常生活的、更符合人的直接感官的三維地圖及交通查詢系統(tǒng)十分必要。本文以重慶西南大學(xué)為例提出了校園三維化的快速實現(xiàn)方法，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計了交通查詢系統(tǒng)。

2、技術(shù)路線設(shè)計以及關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 技術(shù)路線設(shè)計。三維交通查詢系統(tǒng)應(yīng)用GIS相關(guān)軟件和C#語言設(shè)計而成的，系統(tǒng)設(shè)計的路線:首先，在ArcMap里通過遙感圖勾畫出校園建筑物，并且給建筑物添加名稱、高度、位置等屬性，再勾畫出道路，并且附上相應(yīng)的屬性值;其次，將生成的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Sketchup，在Sketchup里設(shè)計三維圖，設(shè)計好三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ArcScene;最后，在VS.net設(shè)計出系統(tǒng)的界面，并且實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，通過三維數(shù)據(jù)設(shè)計交通路線查詢和建筑物查詢。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)介紹。Google Sketchup是一套直接面向設(shè)計方案創(chuàng)作過程的設(shè)計工具，其能夠充分表達(dá)設(shè)計師的思想，也使得設(shè)計師可以直接在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思，是三維建筑設(shè)計方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。

ArcGISEngine是ESRI在ArcGIS9版本才開始推出的新產(chǎn)品，它是一套完備的嵌入式GIS組件庫和工具庫，使用ArcGIS Engine開發(fā)的GIS應(yīng)用程序可以脫離ArcGISDesktop而運行。

VS.net是Visual Studio.NET的簡稱，微軟公司研發(fā)的一個可視化開發(fā)工具，它給程序員提供解決方案、源代碼管理和編譯調(diào)試等環(huán)境.包括Visual C#.net、Visual J#.net、Visual C++.net、Visual Basic.net。

3、系統(tǒng)設(shè)計

3.1 功能設(shè)計。通常，人們在乘坐校車之前，最想知道的信息有:本人所在位置、周邊最近站點、目的地附近站點、某次公交運行路線等。因此，本次研究以西南大學(xué)為例，將校車信息查詢系統(tǒng)的功能初步設(shè)計為以下幾個方面:

(1)地圖瀏覽:提供西南大學(xué)三維圖瀏覽功能，實現(xiàn)地圖的基本操作，如放大、縮小、漫游等;(2)圖層控制:將地圖信息分類，形成不同的圖層，用戶根據(jù)需要顯示不同圖層;(3)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的相互查詢:提供各方面與公交相關(guān)的信息查詢，包括公交站點、公交路線和教學(xué)樓的查詢;(4)公交換乘查詢:進(jìn)行任意兩個站點之間相關(guān)的公交換乘信息查詢。

3.2 體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)按照用戶界面、查詢系統(tǒng)、功能模塊、數(shù)據(jù)庫等不同層面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。數(shù)據(jù)庫的管理包括對交通站點的數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)管理，即對基本地理信息進(jìn)行管理和維護(hù)。本系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器 (Client/Server，C/S)體系結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。C/S結(jié)構(gòu)3層結(jié)構(gòu)，第1層是客戶界面，提供用戶和系統(tǒng)的友好交互;第2層是服務(wù)器，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn);第3層是數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、訪問及優(yōu)化［2］。

4、系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 三維圖的制作

4.1.1 地圖配準(zhǔn)。(1)把西南大學(xué)的地形圖定義好投影信息加載到ArcMap中，使用Georeferencing模塊選取圖上的控制點對地圖進(jìn)行校正，使之在屏幕上正確的顯示，并且具有正確的坐標(biāo)和單位;(2)利用同樣的方法校正西南大學(xué)遙感圖像，把遙感圖像中特殊點校正到與地形圖相對應(yīng)的位置。

4.1.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。(1)打開Editor工具欄，在已經(jīng)配準(zhǔn)好了的遙感圖像上矢量化出校園的建筑，草坪，湖泊等元素;(2)對于校園的道路，可以大致勾勒出了的位置，利用生成緩沖區(qū)的方法，生成道路，在道路上在增加一些校園車的站點，在每一個站點增加一個StationName;(3)打開矢量化后的數(shù)據(jù)的屬性表，增加一個height字段，給每一個數(shù)據(jù)都附上相應(yīng)的高度值，對于道路增加一個StartID(起始點)字段與FinishedID(終止點)字段［3］;(4)在進(jìn)行三維模型貼圖以前，先對西南大學(xué)校園場景素材圖進(jìn)行處理。

4.1.3 轉(zhuǎn)出數(shù)據(jù)。在ArcMap中使用SketchUp插件選中要轉(zhuǎn)出的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為.sk文件，并利用剛才新添加的height字段作為導(dǎo)出的三維模型的高度。

4.1.4 添加材質(zhì)

(1)在SketchUp軟件中打開轉(zhuǎn)出的三維模型，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的修改和優(yōu)化;(2)給生成的模型貼上材質(zhì) (使用西南大學(xué)校園場景素材圖，如果沒有，可以選擇軟件自帶的材質(zhì));(3)在基本完成的基礎(chǔ)上，可以利用SketchUp模板中的素材對校園添加樹木、運動場、電燈、椅子等素材。

4.1.5 把數(shù)據(jù)導(dǎo)出到ArcScene中顯示

(1)在ArcCatalog中新建一個GeoDatabase，并在Geodatabase中新建多個FetureClass，把SketchUp中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到數(shù)據(jù)庫中 (選擇少量數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，避免導(dǎo)出錯誤);(2)把導(dǎo)出的文件加載到ArcScene中顯示最終的校園三維圖。

4.1.6 最終結(jié)果圖

4.2 圖層控制功能的實現(xiàn)。ArcGIS Enging axTOOlbarControl提供了實現(xiàn)三維圖瀏覽功能的多個控件，包括專門用于圖層控制功能的控件——axToCControl，它可以呈現(xiàn)和修改當(dāng)前發(fā)布的地圖圖層，為了減緩服務(wù)器的負(fù)荷，你可以根據(jù)需要的來選擇應(yīng)該顯示的圖層。

4.3 交通線路查詢實現(xiàn)。交通路線查詢采用站點的數(shù)據(jù)庫直接查詢，當(dāng)用戶在站點文本框中輸入路線名時，系統(tǒng)直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫顯示該站點的詳細(xì)信息，包括開班時間，收班時間，和該路線所經(jīng)過的站點等信息。

用戶乘車時可能有兩種情況，第一種情況直達(dá)不需要轉(zhuǎn)站，當(dāng)用戶在文本框里輸入從哪到哪的站點名時，系統(tǒng)直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫，查詢同時有出發(fā)點和結(jié)束點的路線，這幾個就是所要查詢的乘坐的交通路線。第二種情況通過轉(zhuǎn)車到結(jié)束點，當(dāng)用戶在文本框里輸入出發(fā)點和結(jié)束點時，首先找到具有出發(fā)點和結(jié)束點的所有的交通線路，再找出這些交通線路中有具有交叉的站點 (即具有a的站)，最后查到這些站點重復(fù)的站點，這些重復(fù)點就是中轉(zhuǎn)點［4］。

找到中轉(zhuǎn)站以后，通過出發(fā)站和中轉(zhuǎn)站查到開始乘的車，在通過中轉(zhuǎn)站和結(jié)束站找到要轉(zhuǎn)的車。例如:從西南大學(xué)的6號門到橘園需要到地科院轉(zhuǎn)車，首先找出經(jīng)過6號門的交通線路有一、二路線路，查找出在一線路交叉路口的站點有地科院、田家炳、就業(yè)中心、培訓(xùn)學(xué)院，在二線路的交叉路口的站點有地科院、田家炳、培訓(xùn)學(xué)院，其次找出經(jīng)過橘園的交通線路有三線路，查找出在三線路交叉路口的站點有地科院、就業(yè)中心、培訓(xùn)學(xué)院。然后，一、二線路中的交叉站點與三線路的交叉站點做比較，找出具有相同的交叉站點地科院 (找出每個線路第一個相同的交叉站點即可)，地科院就是所要中轉(zhuǎn)站 (如圖6)。最后，將6號門作為出發(fā)點，地科院作為結(jié)束點，直接查詢交通線路，再將地科院作為出發(fā)點，橘園作為結(jié)束點，直接查詢交通路線，將兩個結(jié)果連接起來就是想要的結(jié)果［5］。

用戶查看建筑，有兩種方式，第一種方式直接在圖上通過鼠標(biāo)移到建筑物上，系統(tǒng)通過調(diào)用ILayer里showsTips和DisplayField兩個接口顯示建筑物名［6］。第二種方式是輸入對象名稱，用VS.net中的Tooltips提供的shows方法，通過IScene-Graph接口將屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成三維坐標(biāo)作為參數(shù)傳到shows方法里，Tooltips將定位于所要查詢的建筑物上并顯示建筑物名。

5.結(jié)束語

本系統(tǒng)借助三維技術(shù)管理校園交通共用信息平臺中的公交信息，實現(xiàn)了公交信息管理的可視化與三維性，也有助于城市公交信息的數(shù)據(jù)挖掘和交通管理的輔助決策，如果在城市交通線路與站點建數(shù)據(jù)庫時，可以對處于交叉路口的站點加一特殊屬性，這樣在深度搜索是減少數(shù)據(jù)量。但是本系統(tǒng)是基于三維的校園的交通查詢，要擴(kuò)展到三維交通線路查詢［7］，需考慮社會城市交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，以及對乘車多次換乘和最短路徑不同影響乘車因素考慮，而且三維在網(wǎng)上發(fā)布需要更深層次的研究。

指導(dǎo)老師:陳俊華

［1］錢健，譚偉賢.數(shù)字城市建設(shè)［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［2］鄔倫，劉瑜，張晶等.地理信息系統(tǒng):原理、方法與應(yīng)用［M］.科學(xué)出版社，2001，18-86.