GIS-T課件(9-10講)

1、2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武交通地理信息系統(tǒng)原理及應(yīng)用第三章第三章 GIS-T數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：圖論和網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：圖論和網(wǎng)絡(luò)分析第二節(jié)第二節(jié) 交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)表示交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)表示第三節(jié)線性參照系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型第三節(jié)線性參照系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型第四節(jié)第四節(jié)ITSITS的交通數(shù)據(jù)模型及相關(guān)應(yīng)用的交通數(shù)據(jù)模型及相關(guān)應(yīng)用4.14.1導(dǎo)航數(shù)據(jù)模型導(dǎo)航數(shù)據(jù)模型 基于車道的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型基于車道的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型 三維數(shù)據(jù)模型三維數(shù)據(jù)模型4.44.4分布式互操作交通數(shù)據(jù)庫(kù)分布式互操作交通數(shù)據(jù)庫(kù) 第五節(jié)第五節(jié) 結(jié)論結(jié)論2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工

2、程學(xué)院 程紹武為什么要研究為什么要研究GIS-T數(shù)據(jù)模型？數(shù)據(jù)模型？GIS軟件軟件交通系統(tǒng)交通系統(tǒng)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：圖論和網(wǎng)絡(luò)分析的關(guān)系數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：圖論和網(wǎng)絡(luò)分析的關(guān)系第第1 1節(jié)節(jié) 第三章第三章 GIS-TGIS-T數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 圖圖由表示集合成員的頂點(diǎn)頂點(diǎn)的集合以及表示頂點(diǎn)間的邏輯關(guān)系或物理連接的邊邊組成 有向圖和無(wú)向圖 連通性及同構(gòu) 平面圖及非平面圖網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)Network是一個(gè)明確地調(diào)節(jié)交互和移動(dòng)行為的圖 網(wǎng)絡(luò)與圖的重要不同在于網(wǎng)絡(luò)可以容納與弧關(guān)聯(lián)的權(quán)重權(quán)重，弧的權(quán)重是表示那個(gè)弧的單位流成本

3、的函數(shù)（即，單位流經(jīng)過(guò)弧的成本） 圖是網(wǎng)絡(luò)表示和分析的基礎(chǔ)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)表示交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)表示第第2 2節(jié)節(jié) 第三章第三章 GIS-TGIS-T數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 用有向網(wǎng)絡(luò)表示交通系統(tǒng) 節(jié)點(diǎn)表示交叉口 有向弧表示出行方向 用轉(zhuǎn)換弧表示不同交通模式間的轉(zhuǎn)換（如街道網(wǎng)、地鐵、輕軌、地面公交等） 廣義成本函數(shù)（general cost function）表示經(jīng)過(guò)弧段的單位流成本節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)-弧表示法弧表示法2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武圖圖3-13-1街道交叉口的網(wǎng)絡(luò)表示（街道交

4、叉口的網(wǎng)絡(luò)表示（after Sheffi after Sheffi 19851985）（a a）單節(jié)點(diǎn)表示）單節(jié)點(diǎn)表示（b b）擴(kuò)展表示）擴(kuò)展表示2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武（a a）線路）線路（b b）系統(tǒng)入口、出口和換乘）系統(tǒng)入口、出口和換乘紅線公汽紅線公汽藍(lán)線公汽藍(lán)線公汽換乘換乘起點(diǎn)起點(diǎn)終點(diǎn)終點(diǎn)上載上載卸載卸載圖圖3-23-2公交線路網(wǎng)絡(luò)表示公交線路網(wǎng)絡(luò)表示(after Sheffi 1985)(after Sheffi 1985)行車區(qū)間行車區(qū)間站點(diǎn)站點(diǎn)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武TAZTAZ邊界邊界TAZTAZ形心形心形心連線形心連線圖

5、圖3-33-3連接交通分析區(qū)到交連接交通分析區(qū)到交通網(wǎng)絡(luò)通網(wǎng)絡(luò)(after Sheffi 1985)(after Sheffi 1985)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)-弧表示法的邏輯數(shù)據(jù)模型弧表示法的邏輯數(shù)據(jù)模型120110200300100515070605969圖圖3-43-4 關(guān)系模型的例子的示例網(wǎng)關(guān)系模型的例子的示例網(wǎng)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)(其他屬性其他屬性)100110120200300入弧入弧出弧出弧阻抗阻抗5060-1505115069270691705135960159512弧標(biāo)識(shí)弧標(biāo)識(shí)入節(jié)點(diǎn)入節(jié)點(diǎn)

6、出節(jié)點(diǎn)出節(jié)點(diǎn)（其他屬性）（其他屬性）501001105111012059300110601102006911030070200110圖圖3-53-5 圖圖3-43-4中中 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系模型網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系模型轉(zhuǎn)向表轉(zhuǎn)向表節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)弧弧2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)-弧表示的不足弧表示的不足 一個(gè)問(wèn)題是先前已經(jīng)討論的由平面嵌入引起的表達(dá)困難。 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型另一個(gè)問(wèn)題是其假定弧是同質(zhì)的，即，弧的特性在其端點(diǎn)間是不變的（Goodchild 1998）。這與許多交通應(yīng)用的實(shí)際情況不符。 第三個(gè)問(wèn)題是對(duì)交通系統(tǒng)中實(shí)體之間的一對(duì)多關(guān)系表達(dá)方面存在的困難。2014年春季學(xué)期 主講：交通

7、科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武平面嵌入引起的表達(dá)困難平面嵌入引起的表達(dá)困難一對(duì)多關(guān)系表達(dá)困難一對(duì)多關(guān)系表達(dá)困難弧內(nèi)不同質(zhì)表達(dá)困難弧內(nèi)不同質(zhì)表達(dá)困難2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武線性參照方法和線性參照系統(tǒng)線性參照方法和線性參照系統(tǒng)第第3 3節(jié)節(jié) 第三章第三章 GIS-TGIS-T數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武事件事件線性參照系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)事件的表達(dá)事件事件2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 應(yīng)用背景（案例） 出行路線查詢 路面質(zhì)量、服務(wù)水平 事故管理 線性參照系統(tǒng)通常由以下幾部分組成（Dueker andButler 1997

8、;Nyerges 1990; Sutton 1997; Vonderohe and Hepworth 1996）： 交通網(wǎng)絡(luò)transportation network 位置參照方法location referencing method (LRM) 參照基準(zhǔn)datum2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武位置參照方法位置參照方法Route91“0公里公里”Route40Route895.010.015.0Route40Route895.010.0控制段控制段1控制段控制段2控制段控制段3圖圖3-6b 3-6b 控制段參照控制段參照?qǐng)D圖3-6a3-6a 路名路名- -里程點(diǎn)參照里程

9、點(diǎn)參照2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武Node1Node2Link3Link1Link2Link6Link4Link5從從Node1沿沿Link1參照參照從從Node1沿沿Link3參照參照從從Node2沿沿Link3參照參照從從Node2沿沿Link5參照參照?qǐng)D圖3-6c3-6c link-link-節(jié)點(diǎn)參照節(jié)點(diǎn)參照2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武定長(zhǎng)和變長(zhǎng)（動(dòng)態(tài)）分段定長(zhǎng)和變長(zhǎng)（動(dòng)態(tài)）分段 保存空間對(duì)象或保存空間對(duì)象或使用線性參照方法參考使用線性參照方法參考的的事件事件數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)需要開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型的需要開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型的分段模式分段模式并使用并使用分

10、段模式建立線性參照數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)模型的聯(lián)系分段模式建立線性參照數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)模型的聯(lián)系 定長(zhǎng)分段定長(zhǎng)分段Fixed-length segmentation將每個(gè)網(wǎng)絡(luò)弧分割成相同長(zhǎng)度的段并記錄每個(gè)段的屬性值。2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 變長(zhǎng)或者動(dòng)態(tài)分段Variable-length or dynamic segmentation控制屬性（保持屬性值不變）并量測(cè)具有該屬性值的位置。 一些商業(yè)GIS軟件包均在邏輯層使用關(guān)系模型提供動(dòng)態(tài)分段的能力，差別在于處理空間對(duì)象和拓?fù)鋽?shù)據(jù)方面有所不同（Dueker and Vrana 1992）2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹

11、武圖圖3-73-7 不同類型的路線不同類型的路線動(dòng)態(tài)分段為各種線路表示提供支撐動(dòng)態(tài)分段為各種線路表示提供支撐2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 簡(jiǎn)述線性參照系統(tǒng)的三要素及各要素在線性參照系統(tǒng)中的作用課堂測(cè)驗(yàn)課堂測(cè)驗(yàn)2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武第九次課結(jié)束2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武Event#Route#LocationEvent_IDTime.Route #Route_IDBegin_PosEnd_Pos.Route #Arc #From-MeasureTo-MeasureF

12、rom-PositionTo- PositionSection #.Arc#LengthOrigin_NodeDestination_NodeBase_Network Section Route Point_EventArcGIS中線路與基本網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系模式及函數(shù)依賴中線路與基本網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系模式及函數(shù)依賴2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武Record#Route #Route IDRoadway Begin-postEnd-post112901870000010.0006.000222902870000020.0005.200332903870000030.0005.400442

13、904870000040.0004.200552905870000050.0007.400662906870000060.0004.100772907870000070.0002.900882908870000080.0001.300992909870000090.0002.40010102910870000100.0003.60011112911870000110.0002.50012122912870000120.0004.98413132913870000130.0002.40014142914870000140.0005.80015152915870000150.0001.013.圖圖

14、3-83-8 ArcInfo GIS ArcInfo GIS 軟件中動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型軟件中動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型線路屬性表（線路屬性表（RATRAT）Record #Route Link #Arc Link #F-MEAST-MEASF-POST- POSSection #Section-ID112920.006.000.00100.0011750222930.005.200.00100.0021751.分段表（分段表（SECSEC）2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武Rroute IDFrom -MilepostTo -Milep

15、ostParking Fee4412.532.75$0.75/hr4413.644.27$0.50/hr4416.827.35$0.75/hr681.251.67$1.00/hr.Route IDTo -MilepostPosted Speed Limit4412.535mph4416.745mph44112.635mph684.330mph.Bus Route IDMilepostShelter100.8Y101.4Y102.1N103.3N104.5Y.(a) 路邊停車路邊停車（線性事件）（線性事件）(b)里程點(diǎn)速里程點(diǎn)速度限制（連度限制（連續(xù)事件）續(xù)事件）(c)公共汽車公共汽車站（點(diǎn)事件

16、）站（點(diǎn)事件）圖圖3-93-9 動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型的事件表動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型的事件表2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武動(dòng)態(tài)分段在多式聯(lián)運(yùn)路線規(guī)劃中的動(dòng)態(tài)分段在多式聯(lián)運(yùn)路線規(guī)劃中的應(yīng)用：應(yīng)用：vnet設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的保存多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的方法是為每個(gè)模式開(kāi)發(fā)一個(gè)獨(dú)立的子網(wǎng)然后通過(guò)轉(zhuǎn)換弧將這些網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。由于沒(méi)有保存不同模式網(wǎng)絡(luò)間的函數(shù)依賴，使用關(guān)系數(shù)據(jù)模式保存這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生非規(guī)范化的設(shè)計(jì)并且導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)更新異常。 基于線路系統(tǒng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)可以捕獲多模式交通網(wǎng)絡(luò)中的函數(shù)依賴(Miller and Storm 1996; Miller, Storm, and Bowen 1995)。

17、該策略通過(guò)使用線路和點(diǎn)事件保存網(wǎng)絡(luò)屬性將拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)屬性分離。所有線路都是基于同一個(gè)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。從概念上將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c屬性分開(kāi)。由于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中的任何改變都被傳播到使用網(wǎng)絡(luò)的交通模式，因此有利于保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的完整性。2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 Vnet設(shè)計(jì)使用點(diǎn)事件和線路在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中保存多模式網(wǎng)絡(luò)間的函數(shù)依賴。 不需要指定通過(guò)交叉口的方向的簡(jiǎn)約式設(shè)計(jì)。每個(gè)vnet弧的鍵域如下： 2-vnet（From Route Class，F(xiàn)rom Event ID， To Route Class，To Event ID ) 這里“

18、Route Class”是運(yùn)輸模式的類型（如，自駕出行線路、公共汽車線路），“Event ID”是“Route Class”路線上的點(diǎn)事件標(biāo)識(shí)符。 需要追蹤通過(guò)交叉口的移動(dòng)方向的設(shè)計(jì)。每個(gè)vnet弧的鍵域如下： 3-vnet（From Route Class， From Route ID， From Event ID，To Route Class，To Route ID， To Event ID） 2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武1122332222224455圖圖3-103-10 a a 街道網(wǎng)（自駕出行）街道網(wǎng)（自駕出行）2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程

19、紹武121323紅線公汽紅線公汽藍(lán)線公汽藍(lán)線公汽公共汽車線路公共汽車線路213452014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武From Route CLassFrom Event IDTo Route ClassTo Event ID(非鍵屬性非鍵屬性)Road1Road2Road2Road1Road2Road3Road2Road5Road2Road4Road3Road2Road4Road2Road5Road2Blue Bus1Blue Bus2Blue Bus2Blue Bus3Red Bus1Red Bus2Red Bus2Red Bus3Road1Blue Bus1Road2Bl

20、ue Bus2Road4Blue Bus3Road3Red Bus1Road2Red Bus2Road5Red Bus3Blue Bus1Road1Blue Bus2Road2Blue Bus3Road4Red Bus1Road3Red Bus2Road2Red Bus3Road5Red Bus2Blue Bus2Blue Bus2Red Bus2公汽到公汽換乘弧公汽到公汽換乘弧公汽到街道公汽到街道網(wǎng)換乘弧網(wǎng)換乘弧街道網(wǎng)到公街道網(wǎng)到公汽換乘弧汽換乘弧公汽出行弧公汽出行弧街道網(wǎng)（自街道網(wǎng)（自駕出行）弧駕出行）弧圖圖3-113-11 基于圖基于圖3-103-10 的的2-vnet 2-vnet 關(guān)

21、系關(guān)系2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 盡管盡管vnet策略在保持網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)輸模式間的函策略在保持網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)輸模式間的函數(shù)依賴方面是有效的，但是有兩點(diǎn)不足數(shù)依賴方面是有效的，但是有兩點(diǎn)不足: 首先，由于必須為每條弧內(nèi)的移動(dòng)方向和通過(guò)每條弧的每條公共汽車線路保存網(wǎng)絡(luò)、分段表和線路，因此數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)非常大。 其次，如果它向上擴(kuò)展來(lái)處理大型的交通網(wǎng)絡(luò)，需要非常有效的動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型的計(jì)算實(shí)現(xiàn)。針對(duì)大數(shù)據(jù)集合的地理數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（如，Arc SDE）性能的不斷提高可能會(huì)使vnet成為可行的策略。2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院

22、程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武 企業(yè)級(jí)LRS數(shù)據(jù)模型產(chǎn)生的背景 線性參照系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)分段數(shù)據(jù)模型因其靈活性而廣泛應(yīng)用于交通領(lǐng)域。 (Vonderohe et al. 1995)。DOT或MPO內(nèi)的不同部門、不同行政權(quán)限或不同級(jí)別的政府使用的面向應(yīng)用的LRS和數(shù)據(jù)模型是各自獨(dú)立的 企業(yè)級(jí)LRS數(shù)據(jù)模型的目標(biāo) 是開(kāi)發(fā)一個(gè)針對(duì)LRS的企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)模型，即一個(gè)具有公共特征的支持整個(gè)企業(yè)(如某一機(jī)構(gòu)、公司)或跨企業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型。企業(yè)級(jí)企業(yè)級(jí)LRS數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2014年春季

23、學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) LRS數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 NCHRP LRS數(shù)據(jù)模型支持的操作（NCHRP1997） 基本操作基本操作 定位定位locate：通過(guò)參照現(xiàn)實(shí)世界中的其他對(duì)象確定未知點(diǎn)的位置。 翻譯翻譯position：轉(zhuǎn)換現(xiàn)實(shí)世界中的位置到數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置。 安置安置place：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置到現(xiàn)實(shí)世界中的位置 (翻譯的反過(guò)程)。 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換transform：數(shù)據(jù)庫(kù)中表示位置的不同LRM之間、不同圖形表示之間、LRM和圖形表達(dá)之間的轉(zhuǎn)換。 高級(jí)操作高級(jí)操作 疊置、鄰接

24、及交通分析需要的網(wǎng)絡(luò)分析操作(路徑查找、路由、設(shè)施選址及網(wǎng)絡(luò)資源分配)。2014年春季學(xué)期 主講：交通科學(xué)與工程學(xué)院 程紹武圖圖3-12 NCHRP LRS數(shù)據(jù)模型概念一覽數(shù)據(jù)模型概念一覽（VonderoheVonderohe and Hepworth1996 and Hepworth1996）事件事件事件事件事件事件LRMLRMLRM網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)SourceSourceSource業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)圖形表示圖形表示線形參照方法線形參照方法網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)線性參照系統(tǒng)線性參照系統(tǒng)核心思想：一個(gè)線性參照基準(zhǔn)支核心思想：一個(gè)線性參照基準(zhǔn)支持多個(gè)不同比例的圖形表示和多持多個(gè)不同比例的圖形表示和多個(gè)不同應(yīng)用領(lǐng)域