动态分段和线性参照模型：多层次公交数据模型

如前所述，动态分段和线性参照系统是GIS-T的核心技术，对于公交线路，GIS-T通过路径网络来进行表达。一个基本的动态分段数据模型，至少应包括弧段、路径、路段三个组成部分。Fletcher列出了动态分段的四点优势：任何一个要素的变化不会影响其他要素；容易添加和删除要素；应用时只需处理具有特殊意义的要素，减少处理和存储的数据量；一些实体可以被表述成节点或弧段。由于动态分段能够保持底层物理要素不变，支持路线上的各种事件，因而在公交领域得到了广泛的应用。NCHRP20-27模型及Dueker and Butler（1998）的GIS-T Enterprise模型是基于动态分段和线性参照的数据模型的代表。

（一）NCHRP20-27模型

NCHRP20-27模型是美国国家合作公路研究项目（National Cooperative Highway Research Program，NCHRP）中的“20-27（2）”项目提出的适合于位置参照系统（Location Reference System，LRS）的统一交通数据模型，该模型主要考虑了点状和线状交通要素及基于这些要素的线性参照方法（Vonderohe et al.，1997）。在该项目的后续项目“20-27（3）”中，加入了多维及时间参照，使得位置参照系统模型得到了进一步的完善，成为多维位置参照系统（MDLRS）（Koncz and Adams，2002）。

图2-3描述了NCHRP企业LRS数据模型的概念框架。模型分为三层，即业务数据层、线性参照系统层和制图表达层，其中，线性参照系统层又进一步分为线性参照方法、网络和基准三个子层（Vonderohe et al.，1997；Scarponcini，2002）。该模型除了支持空间定位（Locate）、空间位置与数据库中位置之间的相互转换（Position/Place）、不同LRM之间的转换（Transform）等基本功能外，还支持叠置、连通、领接及网络分析等功能。其主要特征包括（黄正东等，2014）：

1.融入时态的GIS-T模型

定义了时间对象（Time Object），可以表达绝对时间、相对时间和多维时间中的时间点和时间区间；设置时间参照基准（Temporal Datum）；计算时态关系（Temporal Relationship）；查阅历史发展脉络。

2.导航应用

MDLRS满足实时导航需求，定义了Conveyance对象，表达任何时空中移动的实体，同时，也包含了导航功能（Track and Route）。track功能用于跟踪移动实体的运动轨迹，route功能用于路径计算和导航指示。

3.多维位置参照

在3D空间中定义元数据，设置3D参照实体对象，实现二维和三维的位置参照，这是对二维位置参照系统的有效补充。

4.多尺度表达

针对不同空间尺度的应用需求，设计多尺度的表达模型，既可表达拓扑类要素，又可表达地理几何（制图）类要素。

图2-3　NCHRP企业LRS数据模型的概念框架(www.xing528.com)

（二）GIS-T Enterprise模型

Dueker and Butler（1998）对LRS数据模型进行了扩展，提出了一个通用的企业级GIS-T数据模型（图2-4），目的在于实现交通数据的共享。

图2-4　GIS-T Enterprise数据模型

该模型由四个部分构成：

①交通设施实体：实施范围、交通实体、事件点、线性事件、点事件、交叉口。

②交通网络：节点、弧段、路径、路径段。

③量测基准：锚点、锚段、参照对象、地理点位。

④制图要素：基础线段、线性事件段、线段、点符号、制图点位。

模型的核心是交通要素和事件。

交通要素是指交通系统中可唯一识别的地理要素，包括点要素、线要素和面要素。

事件指的是属性、事故或交通要素本身（比如道路交叉口）。根据空间形态的不同，事件可以分为点事件、线事件和面事件。点事件通过位置，即事件点来与交通要素关联。事件点描述了事件发生的位置，即相对于交通要素的偏移量。线事件通过一个起始事件点和一个终止事件点来定义，它只能发生于线性交通要素上。面事件是指交通要素的组成部分或影响交通要素的非交通实体（如城市），它通过相关的线事件和点事件来描述。

与NCHRP模型相比较，NCHRP模型是以基准为中心的，而GIS-T Enterprise模型则以事件为中心，基准是用于提高定位精度的，仅作为可选项。事件可直接与网络模块、地图几何模块、线性基准模块链接，即事件参照可直接建立在基准模块上，将网络拓扑和基准完全分开，而NCHRP模型是通过网络拓扑与基准链接。地图大多与交通特征相关联，而不是和基准相关联。路线（Traversal）是用来进行路径规划的，不是作为线性参照和动态分段的参照。GIS-T Enterprise模型可以允许交通特征不带拓扑关系，因而支持更广泛的非交通特征数据。但是，线性定位体系在应用中会出现体系本身难以克服的弊病：逻辑上的路径不连续；交通设施难以唯一定位；末端成圈状的道路不能进行唯一的线性表达；斜坡难以用线性表示。因此，在实际应用过程中，根据表达对象的特征，需采用不同的方式进行表达。