多层次公交数据模型与GIS-T理论体系相结合

（一）时空基准

地球空间信息基准是确定一切地球空间信息几何形态和时空分布的基础（李德仁，2006）。在交通领域中，交通信息的位置不是由单一的坐标基准确定的，而是根据应用需求配合线性参照系统（Linear Referencing System，LRS）共同确定。LRS通过未知点与已知点/参考点在道路网络上的可偏移距离确定未知点的位置，通常由交通网络、线性参照方法（Linear Reference Methods，LRM）和基准三部分组成，其核心技术是线性参照基准的建立和动态分段技术。例如，道路上一座桥梁的位置，既有地理经纬度坐标（X，Y），又有里程桩号（KM/M），当用坐标描述点与路网匹配时，因精度问题往往出现偏离道路的情况，而用LRM描述的点，则能够很好地与道路匹配（李清泉等，2004）。因此，道路上大量的属性信息多采用沿线里程定位，而GIS数据部分多采用的是地理坐标系，这两套坐标基准为交通应用中的空间位置参照提供了保障，实现两套坐标系统的融合和高效转换，是一项必须的基础工作。同时，多粒度时间基准是各种交通信息的重要特征，既有以秒为周期的交通流信息，也有以年为周期的季节交通状态变化，交通信息在空间基准的基础上引入时间维，从而确定在某一空间位置的某个时间点或时段所处的状态和包含的属性信息。时间基准结合坐标或线性参照系统就构成了智能交通系统的时空基准。

（二）时空模型

智能交通应用除了需要必要的时空基准作为支持，同时还需要合适的数据模型存储、管理和表达与交通系统有关的多源时空数据。例如，路网几何数据、路网属性数据等。

在GIS-T发展演绎中，其数据模型经历了从平面模型到非平面模型，从基于车道模型到基于路幅模型，跨越了从节点—弧段（Arc-Node）网络模型到基于定位参照体系和动态分段的数据模型的发展历程，并向三维及一体化的时空数据模型方向延伸。

平面拓扑集成数据模型是GIS领域较早对网络地物的表达方式，作为节点—弧段网络模型表达道路网络的一种最常用方法，其中的节点和弧段代表的是空间坐标系统中的点和线，分别对应于现实路网结构中的道路交叉口和路段，它们是LRS中唯一与坐标系统建立联系的部分。

节点—弧段模型基本上能表达交通网络，同时支持最短路径算法和空间拓扑分析等功能。但是也有诸多不足。例如，节点的表达方式增加了数据存储的冗余，降低了模型的效率，与实际的交通网络的特点不符，弧段与属性记录是一对一的关系，不支持一对多的关系等（Miller and Shaw，2001）。

为解决上述缺点，提高平面模型的应用范围、脱离平面强化限制，将平面模型扩展到非平面模型，同时进一步细化基本建模单位，将车道作为建模单位，发展为基于车道的数据模型，对车道中的交通流、车辆转向等问题一并考虑。虽然这种表达方式简单，易于实现，但定位实时性差、成熟算法较少和数据生产困难等因素，制约了基于车道的数据模型的发展。(www.xing528.com)

20世纪70年代初，美国公路合作研究组织（NCHRP）指出，动态分段技术可以克服线性参照中定长分段的缺陷，使路段的长度改变适应不同的情况，并于1994年8月提出NCHRP模型。

NCHRP模型除了支持定位、实际位置和转换等基本功能外，还支持路线的重叠、连通、邻接，以及网络分析等功能，并在随后的扩展中开发了MDLRS（Multi-Dimensional LRS）模型。Dueker and Vrana于1992年提出了一个线性LRS数据模型，在1997年将其发展为GIS-T企业级数据模型，并于2000年提出了一个交通数据共享数据框架。

交通网络分析和应用中，单纯地考虑空间要素很难满足现代交通应用的需求，将时间维引入现有的数据模型中也是必然趋势。时空数据模型的研究兴起于20世纪70年代，Langran（1989）首次总结了GIS数据库应用中的时态特征，标志着GIS时空数据建模的正式开始，其代表性的模型主要包括强调时空状态序列的过程模型、重点描述某个事件上形成的时空因果联系的时间点模型，以及面向对象的时空数据模型等（佘江峰等，2005；姜晓轶等，2006）。交通应用中的时空数据模型研究也随之同步发展，前述MDLRS模型，就是一个适合于基于交通要素的多维时空数据的记录、表现、应用的综合时空一体化数据模型。它为交通系统中的多维数据的集成管理和应用提供了一个框架。

（三）动态时空分析

交通信息具有多源、时变和多维等特性，时空数据的分析理论是提供现时性交通信息服务，开展路网信息的检测、更新及交通流量预测，进行移动目标管理和查询的前提。空间分析与移动数据库管理技术的发展为开展时空数据分析提供了有力支撑。

空间分析是研究地理的重要方法，而交通领域的应用，通常需要将空间数据与交通信息结合并融入时态特征。同时，还要考虑到出行者的因素，这使得传统的空间分析理论在交通应用中需进一步的扩展。

目前，道路交通状态预测、行程时间估算、交通路网可达性、道路拥挤定价、基于出行者行为（Activity-Based）建模与分析、交通地理信息系统，对出行者行为的影响等研究已逐步成为交通领域中时空分析的热点。