面向对象的多层次公交数据模型与GIS技术的结合

数据模型（Data Model）是人们对现实世界某一部分的逻辑描述。GIS数据模型以数字的形式，表达现实世界地理对象及其相互关系。GIS-T数据模型则是针对交通系统应用范围广、参与者众多、数据建模过程可以被广泛定义等特征所设计的符合它的要求的数据模型。

典型的GIS-T数据模型可分为两类，即基于“节点—弧段—多边形”的拓扑关系数据模型和面向实体的数据模型。拓扑关系数据模型以拓扑关系为基础组织和存储各个几何要素，其特点是以点、线、面间的拓扑连接关系为中心，它们的坐标存储具有依赖关系。该模型的主要优点是数据结构紧凑、拓扑关系明晰，系统中预先存储的拓扑关系可以有效提高系统在拓扑查询和网络分析方面的效率。但是，也有一些不足的地方，例如，难以表达复杂的地理实体、更新维护困难等。

面向实体的数据模型引入了面向对象的概念，它的核心内容是将独立、完整、具有地理意义的地理实体作为基本单位，对地理空间进行表达。每个实体不仅具有自己独立的属性（空间的与非空间的），而且具有自己的行为（操作），能够自己完成一些操作。虽然面向实体的数据模型，在内部组织上可以按照拓扑关系进行，但是，对象的坐标存储之间（尤其是面与线的坐标存储）不具有依赖关系，这是它与拓扑关系模型的本质不同。该模型能够很好地克服拓扑关系数据模型的缺点，具有管理维护方便、空间分析容易的优点，更重要的是，在复杂地理实体的实现上成为可能。但是，该模型也存在着拓扑查询和分析的效率低、实体间共有的公共点和公共边重复存贮、难以实现跨图层的拓扑查询和分析，必须做进一步的处理才有可能解决等缺点。

从1988年美国公路和运输工作者协会（American Association of State Highway and Transportation Officials，AASHTO）在GIS-T会议上发表了一系列的论文开始，GIS被用作一种平台来显示交通基础设施。比如，道路、桥梁的数据。Spear and Lakshmanan（1998）概括了GIS在交通方面的几个应用：交通需求预报（Golledge，1998）；基于行为的交通分析（Goodchild，1998）；公共交通规划与市场分析（Racca，1998）；交通与土地利用规划（You and Kim，1998）；交通小区设计（You，1997）；交通安全评价（Affum and Taylor，1997）；公共交通设施分析（O'Neill，1992）；数据属性与交通网络表示（Sutton，1997）。

由于交通网络具有很强的空间特征，而GIS技术所具备的强大的空间数据操作、管理与分析功能使之与交通网络分析的结合成为必然。作为缓解现代城市交通问题的有效技术手段，GIS-T不但可以存储、管理和更新城市交通网络的空间数据库，辅助城市交通线路规划、交通管理，在GIS的数据操作及空间分析技术的辅助下，可以建立广泛的实时数字交通信息用户服务体系，实现全数字化交通信息的实时发布、存储与检索，为城市交通管理、车辆的人工及智能导航、客货运输调度及居民出行等提供有效的技术支持。(www.xing528.com)

GIS在我国已有多年的发展历史，在资源、环境、测绘、规划等领域取得了很大的进展。但是，在城市交通领域，多为在现有的GIS平台上进行二次开发，完成静态的路段查询及检索，在动态性很强的城市交通工程与交通规划方面研究还比较少。随着全球定位系统技术、遥感技术、互联网等现代信息技术的广泛推广与普及，势必要求GIS技术在实时变化的城市交通网络分析中发挥应有的作用。

交通数据建模产生于1994年在Milwaukee（Vonderohe and Hepworth，1998；Dueker and Butler，1998；Fletcher and et al.，1998；Sutton and Wyman，2000；Peng and Huang，2000；Huang and Peng，2001a）的线性参照系统（Linear Referencing Systems）通用数据模型。当时，研究者们将重点集中在线性参照系统和通用线性模型上，而交通网络数据模型则很少涉及。Dueker and Butler（1998）提出了通用GIS-T数据模型，包括独立的地图比例、详细实体属性、交通模式、位置测量方法。

实践中，GIS-T数据模型随着时间的推移已有多个，简单地划分如下：网络模型、过程模型、对象模型。美国人口统计局所采用的TIGER（Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing）模型，就是在早期的网络模型基础上发展而来的。过程模型关注的是交通行为如何被引导，如以规划四阶段为核心的交通规划软件系统（Urban Transportation Planning System，UTPS）中的数据模型包含了网络模型。对象模型则是识别或列举尽可能多的对象，并在逻辑上将它们组织起来，以使它们尽可能有效被利用，为实现这一目标，在欧洲建立并发展了地理数据文件（Geographic Data Files，GDF），描述了道路及道路相关数据。它指定了数据获取的规则和对象的属性，指定了拓扑关系，并从多个层次描述不同的对象表示，其代表性模型有GIS-T Enterprise数据模型（GIS-T Enterprise Data Model）。但是，这些模型都存在着不足。例如，网络模型和过程模型对单个实体的操作效率不高，难以表达复杂的实体，动态分段网络分析效率低，更新维护困难。对象模型集成了网络模型及过程模型，并将交通相关的元素有逻辑地组织起来成为对象，但是，也同样存在着上述不足。

目前，GIS-T数据标准主要有美国联邦地理数据委员会（Federal Geographic Data Committee，FGDC）的地理信息框架数据标准（Geographic Information Framework Data Content Standard）和欧洲的地理数据文件（Geographic Data Files，GDF）。数据模型的类型主要有：节点—弧段数据模型、基于动态分段和线性参照的NCHRP20-27数据模型（Vonderohe et al.，1997）、GIS-T Enterprise数据模型（Dueker and Butler，1998），以及面向对象的UNETRANS（The Unified Network for Transportation Data Model）数据模型等。