基于GIS的揚(yáng)州城市公共交通數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與分析①

徐 艷, 呂 潔, 馬玉銀, 王海玫, 王年紅, 黃 瑞

1(揚(yáng)州職業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué), 揚(yáng)州 225000)2(江蘇信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)基地(揚(yáng)州), 揚(yáng)州 225009)

基于GIS的揚(yáng)州城市公共交通數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與分析①

徐 艷1, 呂 潔2, 馬玉銀1, 王海玫1, 王年紅1, 黃 瑞1

1(揚(yáng)州職業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué), 揚(yáng)州 225000)2(江蘇信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)基地(揚(yáng)州), 揚(yáng)州 225009)

以GIS為平臺(tái), 實(shí)現(xiàn)揚(yáng)州市城市公共交通空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與分析. 基于ArcGIS平臺(tái)深度剖析了公共交通數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程和建構(gòu)流程; 在此基礎(chǔ)上, 針對(duì)性選取交通規(guī)劃中的公共交通指標(biāo)在GIS數(shù)據(jù)庫中給出了計(jì)算和分析方案, 反映出數(shù)據(jù)庫本身的結(jié)構(gòu)合理性及其對(duì)規(guī)劃工作的強(qiáng)大支持作用, 也為后期開展智能公交系統(tǒng)提供較完備的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)依據(jù).

城市公共交通; 空間數(shù)據(jù)庫; 指標(biāo)分析; ArcGIS

響應(yīng)“智慧城市”建設(shè), 建立城市公共交通數(shù)據(jù)庫,將加速揚(yáng)州市交通信息化建設(shè)步伐, 為最終建立智能交通系統(tǒng)提供地理信息數(shù)字化平臺(tái). 城市公共交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫針對(duì)公共交通信息采集、存儲(chǔ)、處理、分析為主要任務(wù), 及時(shí)向普通用戶提供交通信息查詢、為政府管理機(jī)構(gòu)提供管理和宏觀決策參考.

ArcGIS軟件的Geodatabase模型是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所ESRI推出的一種全新的面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型. 本文以揚(yáng)州城市區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象, 在系統(tǒng)的需求分析、數(shù)據(jù)資源和軟硬件調(diào)研以及現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上, 引進(jìn)GIS技術(shù)中的GeoDatabase地理數(shù)據(jù)模型, 完成研究區(qū)城市公共交通空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建, 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行查詢分析、路徑分析、公交分析及三維動(dòng)畫等,為后期開展智能公交管理信息系統(tǒng)提供較完備的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)依據(jù).

1 ArcGIS10軟件系統(tǒng)介紹

ArcGIS10是ESRI公司研發(fā)的一系列整合的應(yīng)用程序的總稱, 包括ArcCatalog、ArcMap、ArcScene、ArcToolbox等. 其中ArcMap用于地圖制圖、分析和編輯; ArcCatalog用來組織各種GIS數(shù)據(jù)和創(chuàng)建Geodatabase數(shù)據(jù)庫; ArcToolbox是一套嵌入工具集合; ArcScene提供基于3D模型視圖及建模、動(dòng)畫技術(shù)[2]. Geodatabase模型是ArcGIS中全新面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型, 由表、對(duì)象類、要素類與要素?cái)?shù)據(jù)集、關(guān)系類以及幾何網(wǎng)絡(luò)等共同構(gòu)成的集合, 根據(jù)需求分析本文選用Personal Geodatabase模型作為公交數(shù)據(jù)庫信息存儲(chǔ)平臺(tái).

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)流程

在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和功能調(diào)研的基礎(chǔ)上, 利用Google Earth +GEScene平臺(tái)獲取揚(yáng)州研究區(qū)遙感影像作為地理數(shù)據(jù)庫底圖; 在ArcCatalog創(chuàng)建基于地理底圖坐標(biāo)系的Geodatabase空間數(shù)據(jù)庫; 通過外業(yè)調(diào)研和問卷調(diào)查, 將采集后的公交圖形和屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geodatabase數(shù)據(jù)庫中; 構(gòu)建的公交數(shù)據(jù)庫可實(shí)現(xiàn)公交信息的查詢與維護(hù)、路徑分析、三維動(dòng)畫、公交指標(biāo)計(jì)算等功能, 具體設(shè)計(jì)流程如圖1所示.

圖1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)流程圖

3 GIS公交數(shù)據(jù)庫的建構(gòu)

3.1 影像地圖處理

采用Google Earth+ GEScene技術(shù)獲取揚(yáng)州市研究區(qū)免費(fèi)遙感影像圖(如圖2), 并選取清晰可辨的控制點(diǎn)進(jìn)行地圖配準(zhǔn). 在ArcMap中利用地理配準(zhǔn)工具對(duì)影像地圖采用1980西安坐標(biāo)系大地基準(zhǔn)、高斯——克呂格投影設(shè)置, 獲得具有真實(shí)地理坐標(biāo)的影像底圖, 作為后期城市公交數(shù)據(jù)庫的空間坐標(biāo)系參考標(biāo)準(zhǔn).

3.2 公交實(shí)體與數(shù)據(jù)庫組織設(shè)計(jì)

基于GeoDatabase的地理數(shù)據(jù)庫主要以分層的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的編輯和管理. 公共交通中的實(shí)體對(duì)象一般包括: 城市基礎(chǔ)信息(城市基礎(chǔ)行政區(qū)劃、城市道路網(wǎng)絡(luò)等); 城市道路系統(tǒng)(城市道路、道路交叉口、特殊節(jié)點(diǎn)等); 公交實(shí)體(公交站點(diǎn)、公交運(yùn)行線路及公共自行車租賃點(diǎn)); 公交網(wǎng)絡(luò)(基于時(shí)間、距離、費(fèi)用等的道路網(wǎng)絡(luò)與公交線路網(wǎng)絡(luò)). 其中公交實(shí)體的抽象與表達(dá)是公交數(shù)據(jù)庫建構(gòu)的基礎(chǔ), 主要包括圖形表達(dá)與屬性表設(shè)計(jì)兩個(gè)主要方面, 分別對(duì)應(yīng)GIS數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù); 公交線路是指公交車依托城市道路連接某線路各公交站點(diǎn)的行駛線路; 公交網(wǎng)絡(luò)是在公交實(shí)體模擬的基礎(chǔ)上利用拓?fù)潢P(guān)系建立, 用于復(fù)雜分析的虛擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu); 公交數(shù)據(jù)庫的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是對(duì)各種公交數(shù)據(jù)與資料的輸入、存貯、關(guān)聯(lián)、統(tǒng)計(jì)、分析、輸出等一系列功能實(shí)現(xiàn)的整體數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示.

3.3 數(shù)據(jù)采集與處理

圖2 遙感地圖

圖3 城市公共交通實(shí)體結(jié)構(gòu)

以配準(zhǔn)成功的影像地圖為數(shù)據(jù)庫底圖, 利用ArcGIS的GeoDatabase技術(shù)創(chuàng)建揚(yáng)州市城市公交空間數(shù)據(jù)庫; 通過調(diào)查收集后的公交實(shí)體基本資料整理處理入庫(圖4); 導(dǎo)入已有揚(yáng)州城市基礎(chǔ)地理和城市道路系統(tǒng)要素類(圖5).

城市公交實(shí)體數(shù)據(jù)屬性收集: 與揚(yáng)州市公交公司合作收集最新公交線路、公交站臺(tái)及公交站點(diǎn)數(shù)據(jù);通過實(shí)地調(diào)研公交站臺(tái)多媒體信息; 通過城市公共自行車平臺(tái)及實(shí)地調(diào)查收集公共自行車租賃點(diǎn)數(shù)據(jù), 共同組成揚(yáng)州市城市公交數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù), 經(jīng)過優(yōu)化處理后導(dǎo)入ACCESS數(shù)據(jù)庫(圖6)[3].

圖4 公交實(shí)體資料入庫流程

圖5 城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫

圖6 公共交通數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)

城市公交實(shí)體空間數(shù)據(jù)采集: 通過網(wǎng)絡(luò)地圖、揚(yáng)州公交出行服務(wù)系統(tǒng)“掌上公交”和實(shí)地調(diào)研等, 以揚(yáng)州市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫為底圖, 利用ArcGIS軟件采集公交站點(diǎn)、公交線路及公共自行車租賃服務(wù)站點(diǎn)的空間信息(圖7); 同時(shí)完善與建立道路幾何網(wǎng)絡(luò)作為公共交通現(xiàn)狀分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和依據(jù), 也是其他規(guī)劃與線網(wǎng)優(yōu)化的前提和參照.

圖7 公交站點(diǎn)、公交線路及公共自行車租賃點(diǎn)分布

城市公交實(shí)體的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián): 將公共交通數(shù)據(jù)庫ACCESS導(dǎo)入城市公交GeoDatabase空間數(shù)據(jù)庫成為相應(yīng)表文件, 再應(yīng)用圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)字段創(chuàng)建公交站點(diǎn)、公交線路及自行車租賃站點(diǎn)的邏輯關(guān)聯(lián), 完善數(shù)據(jù)庫屬性

3.4 數(shù)據(jù)庫的維護(hù)與更新

當(dāng)公交數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與資料錄入完成后, 需要進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)與更新, 主要包括:

(1) 數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的發(fā)現(xiàn)與修正: 建立拓?fù)湫畔z查錯(cuò)誤. 揚(yáng)州市公交GIS數(shù)據(jù)庫包括116條公交線路、數(shù)千個(gè)公交站點(diǎn)等等, 很難保證這些海量數(shù)據(jù)在錄入和編輯的時(shí)候沒有錯(cuò)誤, 因此采用拓?fù)涞姆椒z查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性, 結(jié)合實(shí)地調(diào)研進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核.

(2) 數(shù)據(jù)的更新: 城市公交系統(tǒng)處在不斷的變化當(dāng)中. 利用ArcGIS對(duì)局部變化的線路或站點(diǎn)進(jìn)行更新和修正; 利用ACCESS更新屬性信息, 重新建立空間和屬性關(guān)聯(lián), 完善最新的空間數(shù)據(jù).

4 城市公交數(shù)據(jù)庫的分析

4.1 公交查詢與路徑分析

公交線路的查詢: 快速便捷的雙向查詢功能; 乘車方案查詢: 起始站點(diǎn)線路查詢, 設(shè)定中轉(zhuǎn)站點(diǎn)查詢, 最短路徑查詢功能[5]. 利用ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析功能構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型后進(jìn)行路徑分析: 先設(shè)定起始點(diǎn)1和終點(diǎn)2, 通過最佳路徑分析找出最佳的經(jīng)停順序路徑, 如圖8所示.

圖8 路徑分析

4.2 三維符號(hào)與動(dòng)畫制作

公交站臺(tái)的符號(hào)設(shè)計(jì)選用ArcGIS + Sketch Up集成制作具有揚(yáng)州古樸仿真紋理的三維站臺(tái)符號(hào); 利用ArcScene動(dòng)畫功能制作道路行進(jìn)三維動(dòng)畫視頻, 以及周邊社區(qū)、學(xué)校等動(dòng)畫視頻, 全方位立體展示研究區(qū)面貌, 如圖9所示.

圖9 三維符號(hào)與三維動(dòng)畫視頻

4.3 公交站臺(tái)覆蓋率分析

公交站臺(tái)覆蓋率, 是公交站點(diǎn)服務(wù)面積占城市用地面積的百分比, 是反映城市居民接近公交程度的指標(biāo), 通常按300 m和500 m服務(wù)半徑計(jì)算. 按相關(guān)交通規(guī)定公共交通車站服務(wù)面積, 以300 m半徑計(jì)算, 不得小于城市用地面積的50%; 以500 m半徑計(jì)算, 不得小于90%[8], 計(jì)算公式如下:

公交站臺(tái)覆蓋率操作方法: 在ArcGIS中使用緩沖區(qū)(Buffer)可生成公交站點(diǎn)300 m或500 m面狀圖形,再與城市用地面積相除即得; 生成的公交服務(wù)面積圖還可以直觀反映站點(diǎn)服務(wù)區(qū)的分布狀態(tài).

本研究選用500米半徑, 利用ArcGIS計(jì)算統(tǒng)計(jì)出市區(qū)公交站點(diǎn)的用地內(nèi)緩沖區(qū)面積和城市用地圖形面積(圖10), 最后得出揚(yáng)州市區(qū)公交站臺(tái)覆蓋率=41 972 8201.23/ 982 617 100.76 100% = 43.

圖10 揚(yáng)州市區(qū)公交站臺(tái)覆蓋率分析

說明揚(yáng)州市區(qū)公交站臺(tái)覆蓋率與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相差較大, 建議相關(guān)部門在未來城市道路規(guī)劃中增加公交站臺(tái)數(shù)量的分布決策提供理論和數(shù)據(jù)支持.

4.4 公交站點(diǎn)平均站距

公交站點(diǎn)平均站距, 是城市用地內(nèi)的公交線段的平均長度, 是反映城市用地公交站點(diǎn)設(shè)施配套水平的指標(biāo). 按常規(guī)公共交通線路平均站距市區(qū)線應(yīng)在500-800 m之間, 郊區(qū)線應(yīng)在800-1 000 m之間[8], 計(jì)算公式如下:

公交站點(diǎn)平均站距計(jì)算: 城市用地內(nèi)中所有的公交線段長度的平均值. 在規(guī)劃中, 計(jì)算不同的城市用地的平均站距圖示其差異性(圖11).

圖11 揚(yáng)州市區(qū)公交站點(diǎn)平均站距計(jì)算分析(站距= L為線段總長度/C為線段數(shù))

在ArcGIS中應(yīng)用此原理得出揚(yáng)州市公交站點(diǎn)評(píng)價(jià)站距: 邗江區(qū)10 968米, 廣陵區(qū)7 804米, 均與常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域相差較大, 建議在今后城市規(guī)劃中加大優(yōu)化公交站點(diǎn)分布和縮短站點(diǎn)平均距離.

4.5 公交線網(wǎng)覆蓋率

公交線網(wǎng)覆蓋率, 是公交線路服務(wù)面積占城市用地面積的百分比, 是反映城市居民接近公交程度的指標(biāo), 通常按300米和500米服務(wù)半徑計(jì)算(用于缺少站臺(tái)位置的數(shù)據(jù)情況下, 代替站點(diǎn)覆蓋率指標(biāo))[8], 具體公式如下:

公交線路覆蓋率操作方法: 在ArcGIS中使用緩沖區(qū)(Buffer)生成公交線路500 m的面域圖形, 再與城市用地面積相除(圖12).

圖12 揚(yáng)州市區(qū)公交線路覆蓋率的計(jì)算分析

按原理操作獲得揚(yáng)州市區(qū)公交線路覆蓋率= 503 232 562.5/982 617 100.7 100% = 51.

5 結(jié)語

從整體上來說, 基于GIS的城市公共交通數(shù)據(jù)庫可實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的公共交通, 并且對(duì)未來發(fā)展情況進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)和預(yù)測, 以提高規(guī)劃的科學(xué)性、降低規(guī)劃成本和風(fēng)險(xiǎn). 具體體現(xiàn)在:

(1) 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)共同存儲(chǔ)在GeoDatabase數(shù)據(jù)庫模型中: 提供快速的、多用戶、多類型(諸如矢量、柵格、圖表等)數(shù)據(jù)存取, 是目前非常主流的數(shù)據(jù)庫模型.

(2) 數(shù)據(jù)生成、編輯與處理、空間查詢分析與統(tǒng)計(jì)功能: 如基于道路和站臺(tái)來生成公交網(wǎng)絡(luò)、公交線路查詢、公交指標(biāo)的計(jì)算分析與圖示等等;

(3) 不同屬性、不同格式的公交數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián); 可以與更高級(jí)別的GIS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng), 如城市地理信息數(shù)據(jù)庫、交通地理信息數(shù)據(jù)庫兼容, 可以擴(kuò)展成更高級(jí)別的數(shù)據(jù)庫.

此外, 對(duì)于一些研究性機(jī)構(gòu)而言, GIS城市公共交通數(shù)據(jù)庫可作為研究城市公共交通現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)律的數(shù)據(jù)與方法論支持.

1 楊兆升.城市智能公共交通理論與方法.北京:中國鐵道出版社,2004.

2 池建.精通ARCGIS地理信息系統(tǒng).北京:清華大學(xué)出版社,2011.

3 劉鎮(zhèn)陽,張秀媛,徐進(jìn)等.城市智能公共交通系統(tǒng).北京:中國鐵道出版社,2005.

4 沈巍.大城市公交優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略研究南京:東南大學(xué),2006.

5 金銀秋.數(shù)據(jù)庫原理與設(shè)計(jì).北京:科學(xué)出版社,2003.

6 陳明輝,王文杰.面向GIS的道路規(guī)劃成果信息化管理的實(shí)現(xiàn).地理空間信息,2007,5(2):14–16

7 汝緒偉,丁華,孫靈文.基于GIS的城市道路項(xiàng)目庫建設(shè)與空間決策支持分析.城市勘測,2013,4:17–20

8 中華人民共和國建設(shè)部. GB 50220–95. 城市道路交通規(guī)劃涉及規(guī)范.

Construction and Analysis of Yangzhou Urban Public Transport Database Based on GIS

XU Yan1, LV Jie2, MA Yu-Yin1, WANG Hai-Mei1, WANG Nian-Hong1, HUANG Rui112
(Faculty of Resources and Environmental Engineering, Yangzhou College of Technology, Yangzhou 225009, China) (Yangzhou Information Service Industry Base, Yangzhou 225009, China)

Based on GIS as a platform, this paper realizes the construction and analysis of the Geo-database of urban public transport in Yangzhou. Based on the ArcGIS, the design process and construction process of public transport database are analyzed deeply. And the calculation and analysis scheme of the public transport index in the Geo-database are presented, reflecting the structure rationality of database itself and the strong support for the planning work. It also provides a more complete data support and technical basis for the future development of intelligent public transportation system.

urban transit; Geo-database; index analysis; ArcGIS

2013年江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃(2013625);2015年度揚(yáng)州市社科研究課題(2015325)

2016-04-06;收到修改稿時(shí)間:2016-05-30

10.15888/j.cnki.csa.005559