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3S技术在城市交通系统中的作用

时间:2013-4-10 10:31:45 点击:

  核心提示:摘 要 地球空间信息技术是当前世界范围内发展最快的三大重要高新技术之一,随着其不断地发展和完善,其基础理论和技术方法已经日趋成熟,并正在从规划、国土、测绘、军事等专业应用向社会生活的众多行业和领域渗透和拓展,城市建设作为城市管理中的一个重要环节,对城市的发展起到十分重要的作用。 关键词 3S...
一、3S技术简介
1  3S技术的组成
1.1  遥感   (remote sensing,RS)
RS是指使用某种遥感器,不直接接触被研究的目标,感测目标的特征信息(一般是电磁波的反射辐射或发射辐射),经过传输、处理,从中提取人们所需的研究信息的过程。遥感可分为航空遥感、航天遥感等。遥感技术具有探测范围大、资料新颖、成图迅速、收集资料不受地形限制等特点,是获取批量数据快速、高效的现代技术手段。随着它的不断发展和完善,遥感数据体现出信息丰富、准确、现势性强等突出特点,已经广泛应用于地学、环境、军事、测绘、农林等各个方面。
随着城市数字化建设的不断深入,城市规划数据的采集、存储,分析和管理等面临着彻底的变革,城市规划的基础数据表现出数据量大,数据格式多样,数据更新快等特点。这就要求必须运用一种新的数据采集方式来满足时代发展的要求,由于遥感技术在数据采集获取方面的突出特点,使遥感技术成为城市规划中重要的数据源。目前,遥感技术在城市规划中的主要应用可以归纳为如下两个方面:
一、城市空间布局综合分析
随着遥感技术的发展,遥感技术所获取的信息具有宏观性、综合性、动态性、重复性和多源性等特性,正是由于RS能获得大范围高精度的城市地理空间信息,故而可以通过它对城市的总体空间布局进行分析,目前已开始应用的具体方面有:
城市建城区范围及城镇结构体系分析;
城市内部用地规划分析;
城市生态绿地面积分析,城市建筑密度与建筑容积率分析;
城市公共设施分布情况统计分析,城市环境污染分析等各个方面。
二、城市规划实施情况动态监测
在现代城市规划中,不仅要对城市内部各种要素进行现状分析,而且还要对城市规划的实施情况进行动态、实时的监测、控制。目前,利用遥感进行动态监测普遍的方法是对遥感图像进行提取分类后,结合具体的工程进度图进行配准叠加,叠加后就可以得到各个工程项目的范围、地理位置等与城市总体空间布局的关系,以便对城市规划进一步的分析决策。运用遥感技术的动态监测具有高效,实时和经济效益好等优势。
1.2  地理信息系统   (geographic information system,GIS)
GIS 是指在计算机软硬件支持下,对具有空间内涵的地理信息进行输入、存贮、查询、运算、分析、表达的技术系统。它还可以用于地理信息的动态描述,通过时空构模,分析地理系统的发展变化和演变过程。它的最显著特点是能够科学管理和综合分析空间数据,反映地理分布特征及其之间的拓扑关系.并具有决策功能。我国大部分城市规划部门目前“一局二院”的设置更利于规划部门利用测绘数据库建立的G15系统进行规划及管理,而网络技术的发展更为这种技术线路的运行提供了保障。GIS为数字城市规划提供基础平台,负责规划数据的编辑、转换、存储、检索、分析、模拟、表达与输出等功能。
它作为一项新技术应用于中国的城市规划开始于20世纪80年代中后期,进入20世纪90年代以后.中国的经济发展速度明显加快,城市建设的规模达到了空前的程度。同时,随着城市功能的调整和城市建设的迅速发展,城市地形地貌、用地、规划布局不断发生变化,新建、改建、扩建项目不断增加。这种突变,使城市规划部门的工作负荷急剧增加,产生了应用现代信息技术改进规划和管理的强烈需求,经济建设的高潮也使得地方政府有了一定的财力来支持新技术的应用。经过几年的努力,一些城市已使GIS达到了初步实用的阶段。
目前,GIS在现代城市规划中的应用主要集中在如下几个方面:
构建城市基础地理信息数据库;
规划信息的查询与管理;
辅助城市规划进行各项专题分析;
实现三维展示与漫游;
规划成果的网络发布;
规划方案比选和分析评价。
1.3  全球定位系统   (Global Positioning System,GPS)
GPS 是美国自20世纪60年代始历经20多年的开发,于1994年部署完成的卫星导航系统。该系统由分布在6个轨道上的24颗定位导航卫星组成,提供全球24 h 1次/s的定位讯号,使全球任何地方、任何时候都能同时接收到至少4颗卫星的讯号。接收器根据讯号测出定位点到卫星的伪距,由此可实时得到定位点的三维位置和时间数据。虽受美国SA或反电子欺骗政策的限制,经基准站校正后,其静态精度仍可达厘米级,动态进行差分处理后也可达到米级精度。GPS以其全球、全天候、快速、准确的定位功能.在测绘、环境、工程等领域得到广泛的应用。GPS为数字城市规划提供快速、准确的空间定位.从而可以方便地进行定位、测量、监控导航等。
目前,由于GPS在控制测量中所体现的工作效率与经济效益较常规的测量方法有成倍的增长,故而大多数城市都建立了自己的GPS控制网,为城市近期发展提供基础的控制数据资料。同时.GPS的发展已经能够满足目前快速精确定位的需要,并且开始逐渐向小型化和普及化等方向发展。特别是近年来RTK技术的发展,使GPS在城市野外基础数据获取方面变得更为快捷,高效,已经开始应用于控制测量、放样与施工测量、地籍要素测量和地形测量等城市基本测量方面。
另外,GPS在车辆监控导航中的应用也初见端倪,是GPS一个最大的民用市场,能够有效的解决城市交通堵塞等问题,是未来智能交通系统的发展方向,也是现代城市交通规划中一个十分重要的考虑因素。
1.4  3s技术集成
3s技术作为建立“数字城市”的三大支撑技术各有其特色,但在单独使用时难免有其局限性:GPS可瞬间定位但却不能表达地理属性;遥感技术可快速获取信息但信息的处理、分析必须结合其他技术;GIS具有较好的检索、分析、结台处理能力,但数据来源和录入始终是难题。而3s集成技术是将这3种对地观测新技术有机地结合在一起——在线连接、实时处理、系统整体性。目前,这种结合性技术手段的理论应用在我国近几年才刚刚兴起,但由于它对“数字城市”建设具有强大的支撑作用而引起国家科委、自然科学基金委及广大科学工作者的极大兴趣.并取得了较快发展。它的应用目前主要集中在几个方面:
一、应用GIS数据库中的电子地图和GPS接收机相结合的车载、船载导航系统,为城市交通设施建设与交通管理提供信息保障和便利。
二、利用机载GPS接收机进行数字化航空摄影测量,Rs技术提供的数字化影像图获取信息,并与GIS实现无缝嵌接,获取数字城市建设中必要的信息和数据,建立城市地理信息系统下的各级子系统(房产、交通、管线、环境等),从而为政府部门规划与决策提供及时详尽的资料(信息)。
三、利用GPS与GIS的集成,可以测量区域的面积或者路径的长度。该过程相当于用数字化仪录入数据.采集多边形边界或路径的顶点坐标.并将数据通过GIS进行记录,计算相关面积或长度。这种技术应用于城市规划、土地管理中.能大大地提高工作效率。
3s集成为数字城市规划提供了十分方便而且有效的实时、动态、整体的对地观测技术系统、空间与目标分析系统、智能辅助决策系统、实时交互式可视化系统、规划效果仿真与影响评估系统等,正是这些系统使规划者可以集中精力于规划灵感获取与规划创作。而不再受创作实现手段的限制。
二、3S技术在城市交通系统作用研究
2.1 3S与智能交通
交通系统维系着国民经济建设和人民生活的正常运转。城市交通需求的迅速增长,同时也带来了交通拥挤、交通事故、环境污染等等一系列问题,成为困扰许多大城市发展的通病,交通拥堵已成为制约城市经济和社会发展的“瓶颈”,解决交通问题已迫在眉睫。
经过多年的实践,城市建设和交通管理部门已意识到单纯地进行道路基础设施建设已不可能从根本上解决目前的交通状况,相关部门也将注意力从完善交通设施和扩大路网规模逐步转移到运用高新技术来改造和管理现有交通系统,建立高效、便捷的路网管理体系来满足日益增长的交通需求。这就形成了 智能交通系统(intelligent transportation system,ITS)。
ITS是综合应用多种现代信息技术改善道路交通状况、提高交通系统运输效率、管理水平和安全状况的技术方法。
在智能交通系统(ITS)发展的过程中,3S技术发挥的作用越来越重要,它能为ITS提供必要的空间数据和交通信息的获取、处理、分析以及可视化的理论和技术支持。交通地理信息系统(GIS—T)是地理信息系统技术在交通领域的拓展,它是构建信息化、智能化交通系统的重要基础,也是ITS的一个重要基础。
3S技术为ITS信息采集、数据库建设提供了关键技术。借助3S技术在处理和分析基础地理数据、路网数据等空间数据的优势,合理地组织、管理和发布交通信息将有助于提高交通系统的运行效率,降低交通事故的发生率。通过交通信息的分析和对交通数据的挖掘,掌握人们在不同时段、区域的出行规律,为交通管理部门进行交通规划、交通诱导、车流量预测提供支持,为缓解交通拥堵提供理论依据。
3S技术在交通领域经过多年的应用与发展,正在建立适合交通系统的时空基准、时空数据模型和时空数据分析等理论基础,开创了以信息源采集、信息融合处理、交通数据挖掘、交通信息传输表达为代表的技术方法,应用于交通管理、物流管理、智能导航、交通信息位置服务和交通安全等领域。
2.2  地球空间信息理论为ITS提供理论支撑
2.2.1  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。在交通领域,交通信息的位置不是由单一的坐标基准确定,而是根据应用需求配合线性参照系统(1inear referencing system,LRS)共同确定。
线性参照系统主要是为解决交通网络中事件的定位和表达而设计的,通常由交通网络、线性参照方法(1inear reference methods,LRM)和基准3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。LRM是事件位置信息传播的有效手段,用经纬度来描述收费站的位置没有用相对于所属道路里程值更直接、更易理解,并且用坐标描述的点与路网匹配时,因精度问题往往出现偏离道路的情况,而用LRM描述的点能够很好地与道路匹配。因此,实现两套坐标系统的融合和高效转换是一项必要的基础工作。
同时,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。时间基准结合地理或线性参照系统就构成了ITS的时空基准。

作者:黄 琰 来源:郑州测绘学校(郑州市大学南路1号 450015 电话:13938220843)
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