基于GIS、RS和GPS的智能城市交通系统

　　1. 引言

　　随着城市化进程的加速，城市规划管理的现代化、智能化显得更为紧迫，更为重要。在人口高度密集的大中城市，到处是错综复杂的大街小巷、鳞次栉比的摩天大楼、横空飞跨的桥梁及其各种管网。面对如此庞大、复杂的管理系统，现行的管理方式已明显的落后于城市化的进程，尤其是城市交通系统的管理模式已不能适应社会的迅猛发展。目前已有许多国家和城市开始尝试和开发数字化城市管理系统，我国在杭州、深圳、广州等城市也在这方面做了不同程度的尝试和探讨，尤其在智能化交通系统方面已取得了初步成果。

　　智能交通系统（ITS）是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统，实现了人、车、路的有机结合，达到信息服务的即时性、动态性和自动化，从而提高交通系统的质量和效率，提高系统的可靠性和安全性，减少能源消耗和对自然界的污染等方面的目的。

　　随着各种技术的快速发展，实现智能化城市交通系统的可行性已具备，论文正是基于现有技术，探讨了智能化城市交通系统的体系结构、所需关键技术及实现的可行性。

　　2. 智能化城市交通系统

　　智能化城市交通系统利用GIS生成城市交通动态电子地图，并建立相应的动态数据库，通过有线或无线网络实现远距离的信息浏览和管理，从而为交通参与者提供实时的信息服务。设想如能将愈来愈智能化的计算机及高度发达的网络系统和逐渐完备的城市电子地图三者集成起来，并辅助以RS、GPS、传感技术以及高灵敏度微波雷达，建立一个完善的智能系统，将该系统安装在主要交通工具和设施上，就可逐步将驾驶员从繁重的驾驶室里解放出来，并能够减少交通事故的发生及提高交通效率，当然也就节省了大量人力、物力和财力。

　　2.1 智能化交通系统组成

　　智能化交通系统主要由三个方面组成，即道路的智能化、车辆的智能化和道路系统的智能化，详细内容如图1所示。

　　其中，道路的智能化是指道路的数字化、电子化及自动化，既建设道路传感器设备，智能化控制系统、智能收费系统、车辆导流系统、指挥监管系统等；车辆的智能化是指给车辆 装备先进的智能电脑及网络系统，使其具有定位、导航、防撞、自动驾驶、动态更新地图库等功能；道路系统的智能化是指通过建设动态交通数据库系统，需求管理智能化系统、智能化的信息查询系统、紧急援救启动系统等，从而为交通参与者实时地提供交通信息，方便司机查看交通状况并选择行车路线。

　　2.2 智能化城市交通系统体系结构

　　在智能化城市交通系统中，车辆、道路和道路系统之间相互依靠、相互关联，通过无线、有线网络连接成一体，其体系结构如图2所示。其中，无线网络技术是关键，它涉及到动态电子地图的及时更新、相关信息的获取和传递，一旦出现问题，将造成整个系统的滞后。道路系统将为智能化的车辆和道路提供信息支持，各种信息和管理数据库的质量直接影响着整个体系的运行性能。数字化、智能化道路的建设将是智能城市交通系统是否先进的体现，尤其是道路上传感器的性能直接影响着系统运行的可行性、安全性。

　　利用各种先进技术，建成的智能化城市交通系统可使交通参与者通过装备在路上、车上、换乘车站上、停车场上的传感器和传输设备向交通信息中心（道路系统）提供和获取各种信息。同时，行驶中的车辆通过车载传感器测定出与周围车辆及道路设施的距离和其它情况，车载计算机进行处理，对驾驶员发出警告；并且自动驾驶系统可以利用这些设备自动导向、自动检测和避障。这些功能的实现将极大地提高交通运行效率，降低交通堵塞和事故发生率，并为所有参与者提供一个舒适、安全的运行环境。

　　3. 可行性探讨

　　智能化城市交通系统是建立在完善的计算机网络和多媒体技术的基础上的。随着这些技术的迅猛发展，实现智能化城市交通系统所需的软硬件设施已基本具备，高速高性能的智能型计算机已随处可见，高的GPS产品也已进入市场，各种网络的发展，尤其是无线网络和宽带网技术的使用愈来愈普遍。这些技术的发展奠定了智能化交通系统的基础。

　　智能化城市交通系统的另一个关键是建立高的城市电子地图和多尺度的动态数据库。在GIS、RS技术的支持下，基于面向对象的空间数据模型，构建基于Oracle数据库的城市交通动态数据库系统，将是信息提供、交换和更新的中心，也是整个智能系统的基础。

　　下面将从智能化城市交通系统必需的几项关键技术来探讨其实现的可行性。

　　3.1 城市交通动态数据库的建立

　　在动态数据库的建设过程中，应充分考虑到数据库的兼容性和开放性，并采取有效的数据更新手段，以保证数据库可靠、准确地为应用系统服务。

　　3.1.1 数据的采集及其更新

　　随着高分辨率的卫星遥感技术（RS）的快速发展，高的遥感数据就成为动态电子地图子库及其它数据子库建立的主要数据来源。通常，可采用ENVI、ERDAS、PHOTSHOP等图像处理软件对卫片和航片进行各种预处理，然后利用ARC/INFO、MapGIS等GIS软件提取所需的各种信息，并生成各种电子地图。GIS软件的空间分析功能和系统对数据的更新和提取具有突出的优势，从而使生成的电子地图趋于智能化。

　　3.1.2 数据库的建立

　　基于后关系数据库技术、理论，利用现有的软硬件设备，是能够建立完善的城市交通动态数据库的。针对智能化城市交通的数据类型是以空间数据为主的特点，因此所建立的数据库应是空间数据库。采用面向对象的空间数据模型，基于Oracle9i数据库平台建设动态交通基础数据库，该数据库具有良好的空间数据管理功能，同时Oracle的良好性能、完全支持网络化的特点将为交通数据的无线网络传输、发布提供基础。

　　其中，城市交通电子地图子库应提供所有国标地形的符号、代号库、地物地貌的绘制工具；提供所有城市构件，如：道路、建构筑物、管线、园林等快速绘制工具和图库。该电子地图图形定位应灵活准确，对图形位置的定位查询，系统可分别采用案卷定位，区域定位，道路定位，坐标定位等多种模式，以方便定位查询。

　　3.2 无线网络技术

　　随着无线网络技术的迅猛发展，可用于移动终端的网络技术已成熟，移动终端和固定终端在网络范围内可随时更新包括电子地图在内的相关信息。无线网络技术是指无线通信或微波通信的计算机网络技术，是Internet与移动通信两种技术在信息服务方面相结合的技术。目前，无线网络技术主要有两类：卫星移动互联网和短程移动互联网。卫星移动互联网是一种通信卫星与光纤/光缆有线互联网相结合的一种通信方式，或独立的直接和通信相联结的互联网。但这种技术和设备开销大，现多为各国军方使用。短程移动互联网是有前途的现代通信技术，其具有3MC功能，即移动的计算机计算、移动接入和移动通信。因此，智能化城市交通主要利用短程移动互联网更新信息。

　　在短程移动互联网内，终端要相互通信，必须遵循一致的无线应用协议和标准。当前，无线应用协议WAP和蓝牙技术标准是应用为广泛的。

　　3.2.1 无线应用协议（WAP）

　　WAP是一个为了满足接入Internet-Web网的、性的开放的无线通信应用协议。它将Internet-Web网上的信息传送到移动终端，提供了一种开放的通用标准，实现了IP与GSM（电路交换系统）网络的连接。WAP与GPRS（通用分组无线交换技术）技术的结合，可以大大提高数据传输的速率。同时，随着3G技术的发展，将极大地提高图形、图像、语言等数据类型的传输效率。

　　3.2.2 蓝牙技术标准

　　蓝牙是一项短程无线连接标准。蓝牙技术用于替代便携或固定电子设备上使用的电缆或连接的短距离的无线接入。该设备使用通行的2.45GHz频段，可以实时传输数据和声音。终端在移动过程中，无需任何连接器和线缆，就可以形成一点到多点的连接，即在该装置周围组成一个“无线微网”，网内任何蓝牙收发器都可以与该装置互通信号。

　　因此，在城市智能化交通系统中，移动终端（如车辆）和固定终端只要遵循无线网络协议和统一的技术标准，如蓝牙技术标准，就可实现信息共享。现有的计算机技术和网络技术已经具备要求，故信息的共享时代已指日可待。

　　3.3 实时定位技术

　　随着卫星通信技术的发展，实时定位技术也日趋成熟，其也越来越高。目前，具有代表性的定位系统有GPS、GNS、NAVSAT、GLONASS和北斗星。其中美国GPS的通用性、欧洲伽利略定位卫星系统GNS的高更具代表性。

　　GPS是一个高、全天候和性的无线电导航、定位和定时的多功能系统，只要有它的接收和处理设备，在任何地方都可以同时接收到少4颗GPS卫星的信号从而实现定量导航和定位的目的。其主要有全天候、覆盖、三维定速、定时和高及快速省时高效等特点。正在建设的由38颗卫星组成的GNS系统，其将是GPS的10倍，其与GPS的相互兼容，将极大地提高实时定位技术的功能和。

　　在智能化城市交通系统中，把GPS接收机所具有的功能集成到移动终端中，即装载车载导航仪，就能够定位用户当前的位置，并通过与电子地图进行坐标匹配，在动态电子地图上就可显示用户当前的位置。同时用户可以利用移动终端的GIS软件进行空间分析和空间查询，得到个性化的地理信息服务。

　　但是，在具体实施时，由于信号常被地形、地物遮挡，导致大大降低，甚至不能使用。为弥补这一不足，可以采用组合导航定向的方法，即集成GPS、电子罗盘和陀螺仪来实现定位和导航。目前，国内已开发的组合式车载导航仪主要有PDC和军用车辆导航仪。因此，车辆智能化所需的实时定位技术已具备。

　　4. 结语

　　随着科技的飞速发展，当建立起完善的城市交通系统电子地图及其数据库，再配以智能化的计算机和高的GPS系统，不久我们就可以实现利用来电脑控制交通工具的梦想，那时我们要做的就是通过车上的电脑终端输入我们要去的地址，由智能电脑自己来判断和选取要走的路线，这样我们就可以坐在车上休息和欣赏沿途的风景。

　　当然，要实现这一目的，整个城市的数字化也必须到位，同时参与者的各项素质也必须提高。因此，尽管技术上已具备，但智能化城市交通系统的实现仍是一个长期、循序渐进的过程。

参考文献:

[1]. GPRS datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/GPRS_1594650.html.