基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究（精选10篇）

篇1：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

对应用于大型活动的交通组织管理与模拟的信息系统空间数据库数据模型、道路空间网络管理技术、路径存储数据结构与编辑技术进行了分析研究,提出了基于GIS技术的大型活动交通组织模拟系统的数据模型、空间网络管理技术、路径存储数据结构与编辑的.主要技术.在此基础上,通过VC++基于MO开发了应用系统.所开发系统成功应用于中华人民共和国第十届运动会的交通组织与管理,提高了交通管理的工作效率.

作 者：蔡先华 陆建 CAI Xian-hua LU Jian 作者单位：东南大学交通学院,南京,210096刊 名：测绘科学 ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE OF SURVEYING AND MAPPING年，卷(期)：32(6)分类号：P208关键词：交通管理 GIS 空间数据模型 模拟

篇2：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

海上溢油应急反应基于GIS的模拟训练系统研究

尽管目前国内外相继研制出有关海上溢油的信息系统,但是在国内还没有专门针对海上溢油应急反应的模拟训练系统.我们对海上溢油应急反应整个过程进行了系统的`分析和研究,研究、设计和开发出海上溢油应急反应基于GIS的模拟训练系统.该系统由海上溢油应急反应培训系统、海上溢油应急反应地理信息系统(GIS)、海上溢油控制与清除决策专家系统和计算机模拟训练系统四个子系统组成.建立了海上溢油应急应用模型系统,以GIS为平台,综合海上溢油应急反应具体过程,实现了GIS与系统应用模型的有机集成.

作 者：刘彦呈 任光 殷佩海 作者单位：大连海事大学轮机工程学院,辽宁,大连,116026刊 名：系统仿真学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION年，卷(期)：16(11)分类号：X55 TP391关键词：海上溢油 地理信息系统 溢油行为预测 模拟训练 专家系统

篇3：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

城市化建设与发展使现阶段我国城市规模不断扩大, 作为社会经济进步发展的重要表现, 城市化发展意义明显。但与此同时, 也直接导致了人们出行半径的增大, 出行时间的延长, 进而在城市交通高峰时段或在其他因素影响下交通拥挤, 不仅浪费了宝贵的时间, 同时使汽车尾气排放量增加, 造成交通污染。导致这一问题的原因主要有两点:一是交通建设滞后;二是车辆缺少实时路况信息做引导。基于CIS的智能交通信息发布系统的应用可以很好的解决因车辆缺少实时路况信息做指导而造成的上述问题, 故本文对此进行研究具有现实意义。

1 系统设计与构架

1.1 基于GIS的交通信息发布系统概述

我国现投入使用的信息发布系统较多, 但实际应用中各有不足, 如表1所示。基于GIS的交通信息发布系统在应用过程中能够让驾驶员提前掌握其所要行驶路段的交通流情况, 从而避免在此处交通拥堵的情况下驾驶员仍驶入或已经发现拥堵而来不及调转方向。不仅如此, 该系统在实际应用中也可以使用Internet或声讯台向驾驶员提供车辆实时所在地到达目的地的路线及所需时间 (预估) , 在实际应用中很好的解决了现有发布方式存在的不足, 应用效果良好。

1.2 系统功能框架设计

本文研究的信息发布系统在功能框架设计方面采用C/S结构。除运用GIS技术之外, 系统设计还需要利用面向对象技术, 并结合用于信息存储、中转及发布的数据库系统。此外, 设计采用C#编程, 借助Active X控件技术, 使Windows系统可以携带本次研究系统所具有的电子地图服务功能, 从而实现系统信息的可视化。GUI设计方面, 出于科学考虑系统功能布局的目的, 通过控件技术使各系统功能得以完成浮动与停靠。这样一来, 电子地图显示便可以同功能窗口集成, 更易于用户操作。总之, 借助准确的系统规划、设计、测试等环节, 建立的集成多项设计技术的GIS交通信息发布系统将具备高质量特性, 不仅易用性较高, 且可扩充性更强。

1.3 数据库结构设计

数据库是GIS交通信息发布系统的一个主要构成要素。在该数据库中除需要有基本地理数据之外, 还需要有道路网络数据以及能够充分反映该道路动静态情况的相关信息数据。该结构设立的目的在于为数据模型及信息发布提供信息服务。从交通信息内容方面来看, 由于信息内容可分为两种, 故本次设计在信息存储方面以内容进行划分, 分开存储, 一部分归为地理空间数据, 一部分归为交通属性数据。

本次数据库设计基于Map Info电子地图, 故档保存也要以此格式进行。交地理空间数据存于其中的TAB表中, 另一种数据则存于外置数据库内。形成的具体结构, 如图1所示。

为保证信息发布的实时性与持续性, 系统运转期间对数据库的访问频率很高, 因此, 如何优化访问机制成为了保证系统稳定运行的关键一环。由于该数据库中, 属性不同的信息被分开存储, 这在一定程度上为灵活处理数据创造了条件。不仅如此, 由于对外置数据库的访问也十分频繁, 因此设计以绑定方式直接将内、外资料库关联起来。但是如果持续性保持关联状态, 以造成资源消耗而降低系统性能, 故系统运行时计划设计建立动态关联, 以开放式互联方式在保证系统性能前提下多方位满足用户需求。

2 系统设计与应用技术的研究

2.1 GIS技术

本次所研究信息发布系统所利用的GIS技术为GIS-T技术, 即交通GIS。它同常规地理信息系统一样, 也用于收集存储信息并对信息进行管理和分析, 只是其具体涉及范围为交通地理信息。该项技术以网络技术作支撑, 以各类道路数据为基础, 旨在满足用户交通信息需求。换句话说, 交通GIS属于常规GIS技术的分支和扩展, 它在原有GIS基础上融入了更多的先进技术, 如动态分段技术、网络空间概念技术等。

2.2 时间序列预测技术

该项技术主要就是依据时间序列, 对未来时间水平的预测。预测中除了需要考虑已有时间序列发展过程之外, 还需要考虑其方向及趋势, 进而以此为基础类推或延伸。交通流预测方面, 主要参考交通流参数所生成的时间序列, 然后对短时间变化预测。该项技术在实际应用中除具有数据需求少的优点之外, 还具有较强的跟踪能力, 在实现系统实时性信息发布方面发挥着重要作用。在进行预测时, 先收集如下信息: (1) 交通流量Q。 (2) 密度K。在检查、鉴别数据无误后将其排成数列。然后再借助时间数列, 对交通密集度D所包含的规律进行研究。在得出一定模式之后, 以此为依据预测未来一段时间内的Q值与K值。

除此之外, 该系统在设计应用过程中还应用到了交通信息采集、LED情报板、交通流评价模型、Web GIS、SQL语言、车辆轨迹动态回放、车辆速度信息查询等技术, 这些技术作用不一, 但共同支撑着系统建成, 本文由于篇幅有限, 在此不做详细介绍。

3 结语

GIS交通信息发布系统的设计与应用有利于优化城市交通运输系统, 帮助其实现信息化与智能化。为实现这一目的, 交通参与者需要有足够准确、及时的交通信息作指导, 这也是GIS技术应用于交通信息发布系统的重要原因之一。依靠该系统对外发布交通信息对于完善交通服务、优化道路通行而言意义重大, 故值得应用与推广。

摘要：基于GIS的交通信息发布系统的设计与应用主要是将GIS与信息采集发布同交通流的评估与预测模型结合在一起, 进而构成智能型交通信息发布系统, 为行驶车辆提供直观、准确、实施的交通路况。文章指出基于GIS的交通信息发布系统在动态调节交通流方面具有重要作用, 并对系统设计及应用进行阐述, 为城市道路出行的优化提供帮助。

关键词：GIS,交通信息,信息发布系统,结构设计,技术

参考文献

[1]张兵, 邓卫, 姜桂艳.基于GIS的交通信息发布系统数据库设计[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版, 2010 (1) :15-18.

[2]李伟, 高骏.基于GIS-T的交通信息发布系统设计[J].交通标准化, 2010 (21) :18-21.

[3]王蕊.基于ASP技术的交通信息发布系统的设计与实现[D].西安:长安大学, 2011.

[4]赵跃.基于Web GIS的交通地理信息发布系统的研究与实现[D].西安:西安科技大学, 2013.

篇4：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

【关键词】配电网规划；地理信息系统；电力系统

在传统的规划配电网规划系统中，人们常常利用手动技术或者借助AUTO CAD绘图软件来实现配电网规划系统，这样不仅消耗大量的时间，也消耗了大量的人力。而且规划设计结果并不美观，灵活性能也受到了局限，导致效果不理想。GIS系统不仅具有大量的数据储备空间，还有较强的的网络分析能力，借助其具备的功能来进行配电网络规划系统处理，这样不仅对大量的数据实现统一管理，从而提升工作人员的工作效率，还把规划措施调配的更加灵活，使规划过程更加明朗清晰，提升配电网络规划系统的效果和效率。

一、配电网规划概述

（一） 配电网规划的主要内容

配电网规划主要包含以下几个内容：

（1）负荷预测：第一是未来需求量的预测，第二是对未来用电量的预测，两个方面。

（2）为了网络构造可以实现优化规划，就要预算出未来电源和负荷水平呈现的状况，建立一个合理的网络建设计划，应用较少的资金来实现配电网络的运行需求，从而满足资金限额的拘束要求。

（3）为了变电所实现优化规划，将变电所的位置和容量进行规划，在进行变电所规划时要满足多种约束条件，其中包括负荷要求、线路容量以及变电所容量等，进而完善变电所的地位和容量。

（4）短路容量校核是指根据不同的设备方式进行配电网络控制，例如提高网络设计，根据电压等级分配，变压器容量的大小，阻抗的选择方式以及运行方式等，从而确保各个级别的电压断路器开断电流和设备中稳定电流可以很好的配合。

（5）无功规划是指根据无功补偿设备的最好的地理位置，容量的大小，类型的区分和投放时间的长短来确定是否更换新的无功补偿设备。

（二） 配电网规划的基本要求

实现配电规划的主要因素是利用最少的资金，来实现最好的方案，保证配电规划和城市规划共同完成并且与生态环境协调一致，从而满足人们对未来用电量的需求。

二、基于 GIS 的配电网规划智能决策支持系统

专家决策模块相当于一个智能储存库，它可以将配电网络进行分化，该系统可以根据涉及的中心理论进行支持。专家决策模块可以借助配电网络规划有关的不同信息，实现综合解析，根据分析的结果采取最合理优化的解决措施进行配电系统的网络规划。专家决策模块可以借助知识库中广大数据实现推理判断，模型库根据不同的标准模式划分成多个模型，其中包括任何方面都可以用的通用模型，指定的专业模型和根据不同的用户要求划分的用户模型等。方法库中有很多的数学筹算办法，在配电网络规划中根据不同的问题寻找不同解决对策。在制定配电网规划时，不仅要求科学合理布局，还要兼顾到基础数据，这些基础数据包括区域国民经济状况、配电网络系统负荷特性、配电网络结构等。配电网规划能够与SCADA 系统、MIS系统等进行有效连接，并且能够一并与专家决策模块进行互联互通。利用 GIS智能技术，可以直接将配电网络各个目标进行优化。在负荷分析子系统和优化规划子系统等诸多子系统大力支持下，专家决策模板才能准确的实现对配电网络进行规划，进而形成一个独立的规划效果。同时在地理信息数据的帮助下， GIS系统可以直观地将配电网络规划效果清晰的展现出来，建立出各规划年的配电规划图。

三、基于 GIS 系统的配电网规划方法

我们可以借助GIS 系统中巨大的资源容量和技术，应用到配电网络的规划中来，这样不仅可以让配电工作人员方便快捷进行配电网络规划设计，还使配电网络规划具有合理科学的性能。具体来说，基于 GIS 系统的配电网规划方法主要分为以下几个部分。

（一）空间负荷预测

（1）在空间负荷预测中，为了更好的管理供电系统，可以根据不同的用电类型和不同的负荷性质把供电地域划分到多个小区。在进行配电系统规划的过程中，小区负荷预测一般采用的方式是负荷密度法，它主要根据规划部门所在的区域进行从上至下的规划方式，其主要特点就是对负荷密度进行预测。而负荷密度法的主要缺点就是容易因为人为的失误受到影响。

（2）基于 GIS 系统的配电网规划的案例很多。例如，在GIS 系统中应用GIS 空间负荷预测系统，它主要功能就是将降低数据收集数量，降低分析和处理系统的难度，减少配电工作人员的工作量。以负荷密度法举例。首先，在制定配电网规划时，不仅要求科学合理布局，还要兼顾到基础的负荷，而这些基本负荷包括商业负荷、城市居民负荷、农村负荷、工业负荷、城市公共负荷和其他负荷。然后再借助GIS 系统中的规划功能，将整个大区域划规划成诸多小分区，进而将各个小分区中原来的负荷数据以及未来预测的负荷分布进行整理收集。并将整理出来的数据进行分析，并与各个区域规划部门给出的规划数据进行对比，进而整理出最合理的数据进行计算，得出准确的分区负荷密度。

（二） 变电所的地理位置及容量优化规划

在实现负荷空间预测时，根据各个小区实际负荷值和分布趋势作为基础，借助GIS 系统来实现未来我国负荷发展的要求，进而优化变电所的地理方位和容量。利用最少的资金的同时，确定各个阶段时期变电所不同的地理方位和不同的容量。为了得到准确的空间负荷预测结论，就要借助GIS 系统和电子地图技术，将在规划区域内的所有能够查询的地理方位进行备选，可以先制定一个变电所地址的选择表，进而实现目标年的用电要求。最后结合负荷实际增长状况以及成本投放的数量进行审核，实现各个期间的用电要求可以满足负荷增长的需求，进而实现投资经济利益的最大化。

（三）网络结构优化、短路容量校核及无功规划。

为了实现配电网络结构优化，我们可以从两方面入手，第一步骤是实现空间负荷预测，第二步骤是实现变电所的位置优化和容量优化。网络结构优化主要是借助设立非线性混合整数规划模型的原理，在诸多拘束的因素下，例如负荷要求、优化变电所地理方位和容量、提高变电器和线路的容量以及保持功率平衡性能等，实现应用最少的资金，规划出最合理的目标以及保障各个高压和中压配线具有稳定的网架结构。

四、结束语

总而言之，通过本文对GIS 的配电网规划系统的应用及发展方向的进一步分析，使我们对GIS 的配电网规划系统有了新的认识，配电工作人员在拟定配电网络图纸时，可以根据配电网络不同的地理信息进行配电网规划系统的设计，从而加大配电网规划系统的工作效率。

参考文献：

[1]周云成. 基于 GIS 的 10kV 配电网络电气连通性分析[J]. 电力系统保护与控制，2010，38（ 10） ： 83 -87.

篇5：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

基于GIS的海水入侵可视化数值模拟系统

将变密度三维海水入侵模型(SUTRA模型)与地理信息系统(GIS)进行有机集成开发出可视化海水入侵数值模拟系统.该系统充分利用了GIS的空间分析和数据管理功能及其可视化功能,实现了SUTRA模型的可视化构建1、含水层空间和模拟时间的可视化离散、各种参数的可视化赋值、模型的可视化模拟及其模拟结果的`可视化表达等功能,为海水入侵研究提供了有效的模拟和分析手段.

作 者：薛显武 陈喜 魏玲娜 钱玉香 吕义明 孙乃波 XUE Xian-wu CHEN Xi WEI Ling-na Qian Yu-xiang LV Yi-ming SUN Nai-bo  作者单位：薛显武,陈喜,魏玲娜,XUE Xian-wu,CHEN Xi,WEI Ling-na(河海大学,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏,南京,210098)

钱玉香,吕义明,孙乃波,Qian Yu-xiang,LV Yi-ming,SUN Nai-bo(山东省威海市水文水资源勘测局,山东,威海,264200)

刊 名：地下水 英文刊名：GROUND WATER 年，卷(期)： 29(1) 分类号：N945.12 关键词：地理信息系统   海水入侵   饱和带非饱和带溶质运移模型   数值模拟  

篇6：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

关键词：GIS,WebGIS,路网影响,交通事故,交通预案

0 引言

近年来,随着车辆保有量和高速公路里程数的不断增加,高速公路交通事故的发生数量不断攀升,与一般交通事故相比,高速公路交通事故危害程度更大、损失严重,若处理不当,很可能导致二次事故及严重交通拥堵,因此必须有效合理地处理高速公路交通事故,降低事故影响,减少人员伤亡与财产损失。目前,国内外科研机构针对高速公路交通事故成因、事故黑点、事故紧急交通组织等作出了很多研究,取得了一些研究成果,在一定程度上缓解了高速公路交通事故频发的现状,但是它们或是针对交通事故信息系统,侧重分析交通事故成因、评价事故等级和探索事故空间分布等,而未能对交通事故影响进行预测分析显示,或是针对交通事故管理系统,遇到突发事件时进行交通信息采集、发布和诱导,而对交通管控的范围和程度未作深入分析研究,不能针对事故特性提出科学有效的交通组织方案,并针对事故影响范围及时进行紧急交通组织。因此,将交通事故影响和交通组织管理进行深度整合,将事故发生后的损失降到最低显得尤为重要。

1 基于GIS的高速公路交通事故影响预测系统

基于GIS的高速公路交通事故影响预测系统在获取高速公路交通事故基本信息(事故地点、事故类型、车流量等)的情况下,通过既定模型计算出其对周边道路的影响范围和影响程度,在高速公路交通事故黑点的预案基础上快速提出交通组织方案。其采用SuperMap Deskpro作为交通地理数据处理平台,SuperMap Objects作为交通事故路网影响预测及黑点智能鉴别的开发平台,Super Map Is.net作为交通事故影响范围及管制信息的网络地图发布平台,VISSIM作为交通仿真优化平台。

1.1 高速公路交通事故影响预测

以下将高速公路交通事故影响预测分为事故延迟时间、路网影响范围两部分进行研究。

事故延迟时间预测是整个交通事故影响预测的基础,为路网影响范围提供依据。高速公路交通事故延迟时间是个不可控制的变量,它不仅取决于交通事故本身的类型,还依赖于事故路段的交通状况,很难进行精确预测。因此,借用华南理工大学刘伟铭教授的决策树法对高速公路交通事故延迟时间预测进行研究,通过对大量精准的事故数据进行统计分析,建立基本能反映出高速公路交通事故延迟时间的预测决策树:车辆相撞(45min)、撞上物体(52min)、车辆故障(55min)、人员受伤(59min)、车辆起火(68min)、人员死亡(111min)。

交通波模型是运用流体力学基本原理,将交通密度的变化简化、抽象为交通波。交通波生动形象地描述了两种不同交通状况的转化过程,当车流的交通密度发生变化,将会产生交通波,通过对交通波的传播速度和传播方向的分析,得出交通三参数与排队长度的关系。由交通事件引起的交通拥堵蔓延过程中所体现的车流波称为集结波,拥堵蔓延速度即波速。在交通波理论基础上,考虑驾驶行为及道路物理属性的影响,建立拥堵蔓延速度模型,能够合理地描述由交通事件引起的道路拥堵蔓延特性。

路网影响范围预测是通过建立事故条件下的交通波模型,基于事故延迟时间预测事故对交通流的影响,并根据构建的交通波模型计算出事故发生后可能的最大排队长度和达到最大排队长度所需的时间。基于交通波模型对交通事故下道路拥堵的蔓延特性进行分析,可以得到广州市各等级道路的拥堵蔓延速度时变规律数据库,结合SuperMap GIS平台中路网的各路段属性以及路段之间的连接性信息,输入交通事件发生路段、交通事故类型、发生时段、影响时间,使道路拥堵在GIS地图上按照既定步长以一定速率向上游方向蔓延,得到直观的拥堵蔓延规律图谱,以此作为交通预案制作的部分条件。

1.2 高速公路交通事故紧急交通组织

高速公路交通事故影响范围按照影响程度可划分为保护区和缓冲区,一般将事故现场及为保护事故现场而设置的警戒过渡区称为保护区,将事故保护区的边界到事故上游影响范围边界称为缓冲区。保护区、缓冲区两者的交通组织方式根据不同路网环境与天气情况、不同路段及事故本身的特点而采取不同的交通组织方案。

保护区的交通组织方式如下:一是对事故现场进行警戒,拉警戒线或采用其它警用设施,如反光桶、反光锥对现场进行封闭,并由交警在事故现场维持秩序,疏导交通;二是过渡区管制,过度区长度由行车速度决定。缓冲区可采取的交通组织方式有排队等待、交通诱导、交通控制或利用对向车道。根据事故占用车道、车流密度、通行能力和交通量之间的关系等对控制区交通组织措施进行决策,一般情况下可利用主线及进口匝道前的可变情报板显示交通拥堵信息。当事故时间较长或事故上游交通量远远大于事故路段通行能力时,需要采取交通控制措施从事故点上游可分流的出口分流,并利用无线电广播发布事故信息及解决方案。

1.3 基于GIS的高速公路交通事故黑点智能鉴别

根据高速公路近1~3年的道路交通事故进行事故黑点(路段)智能鉴别,对所有的交通事故黑点制作交通事故预案库,为交通事故发生后的快速响应和处理打下基础。

1.4基于WebGIS的交通事故影响范围及交通管制信息发布

基于WebGIS的交通事故影响范围及交通管制信息发布流程如下:用户访问交通事故影响范围及交通管制信息发布网站客户端,浏览器向Web服务器发出请求,如果请求需要地图服务,Web服务器将地图服务转移到GIS服务器,由GIS服务器处理该请求并产生相应结果,最后以地图切片或数据流的方式回传给客户端程序。

2 系统功能模块

基于GIS的高速公路交通事故影响预测系统主要提供以下功能:(1)交通信息发布功能:包括基于WebGIS的高速公路交通事故影响范围、交通管制信息发布、高速公路及周边主干道实时路况查询等;(2)高速公路交通事故黑点智能鉴别:根据最近1~3年的道路交通事故信息,通过GIS缓冲和叠置分析,根据交通事故的当量死亡人数,智能鉴别事故黑点;(3)高速公路交通事故影响范围预测:输入交通事件发生路段、交通事故类型、发生时段、影响时间,使道路拥堵在GIS地图上按照既定步长以一定速率向上游方向蔓延,从而得到直观的拥堵蔓延规律图谱;(4)高速公路交通事故紧急预案组织及仿真:根据不同区域,结合不同路网环境与天气情况及事故本身的不同特点,采取不同的交通组织方案,根据事发地点及交通事故情况不同,设置不同参数,输出仿真视频并优化。

3 系统整体架构

基于GIS的高速公路交通事故影响预测系统整体架构分为以下3个结构层次,如图1所示,包括:(1)应用服务层。主要面向公众提供交通事故影响范围及交通管制信息服务,并面向管理者提供交通事故仿真分析;(2)服务提供层。主要采用SuperMap Objects作为交通事故路网影响预测及黑点智能鉴别开发平台,采用Super Map Is.net平台发布交通事故影响范围相关地图信息,VISSIM作为交通仿真优化平台;(3)数据服务层。采用Oracle等数据库管理和提供GIS-T地理数据信息和道路交通事故相关信息。

4 系统存在的主要问题及解决措施

在进行高速公路交通事故影响预测时,根据影响时间、空间的先后顺序,将影响过程进行更详细的划分,以便得出更准确的预测;在进行高速公路交通事故紧急组织时,将交通事故影响区域进行更详细的划分,以便更有针对性地进行紧急交通组织,控制事故蔓延[8]。

5 结语

基于GIS的高速公路交通事故影响预测系统,先对高速公路交通事故影响程度和范围进行精准预测,然后针对不同影响区域及影响程度给出不同的交通组织措施[9],建立庞大的交通组织预案库,包括高速公路交通事故黑点(路段)发生事故后不同影响区域及不同影响程度的预案。将交通事故影响和交通组织管理进行深度整合,针对事故特性提出科学有效的交通组织方案,针对事故影响范围及时进行紧急交通组织,疏导交通,以预防二次事故发生,并利用VISSIM对交通事故的影响进行仿真优化,从而提高了高速公路的管理水平,促进高速公路管理迈向现代化。

参考文献

[1]任其亮.时空路网交通拥堵预测与疏导决策方法研究[D].成都:西南交通大学,2007.

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[3]郝媛,徐天东,孙立军.城市快速路常发性交通拥挤分析[J].交通与计算机,2007(2):91-94.

[4]臧华,彭国雄.高速道路异常状况下车辆排队长度的预测模型[J].交通与计算机,2003,21(3):112.

[5]张广新.道路交通事故多发点智能排查系统地研究[D].吉林:吉林大学,2006.

[6]李少伟,宋洁华.基于SuperMapIs.net的交通信息实时发布[J].海南师范大学学报,2010(9):338-342.

[7]北京超图软件股份有限公司.Super Map Is.net 2008开发手册[M].北京:Super Map Press,2008.

[8]郭冠英.用集散波法计算道路交通阻塞长度[J].上海公路,1997(2):39-41.

篇7：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

【关键词】房地产；勘测；数据库；GIS

0.概述

地理信息系统GIS(Geographic Information System)是为获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的数字化的计算机数据库管理系统。空间数据库技术是地理信息系统技术的重要技术之一。地理信息系统研究计算机技术和空间地理分布数据的结合，通过一系列空间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计，乃至企业管理提供对规划、管理和决策有用的信息。房地产勘测、选线和布设工作中，需要用到地形图、遥感影像图、基础地质图和地质灾害资料等工程相关的参考资料。在以往的管理方式中，往往采用手工录入蓝图数据、委派地理信息部门对新线路重新勘测的办法，工作效率低且容易在二次输入时出错。通过建立专门的GIS系统利可查询有关数据、图片、图象、地图、技术资料、管理知识等，可以大大提供勘测工程的效率。

1.数据库结构

GIS中的数据库有两种：空间数据库（存储地理信息）和属性数据库（存储非地理信息）。基础地理数据库中存储和管理的数据，目前主要包括1:5万的数字地形、数字地名、大地数据、用户空间专题库和4D产品、遥感影像数据等。专题数据库包括基础地质图、地质灾害专题数据、房地产位置及属性数据、工程相关技术文档数据、多媒体数据等。本系统各种运行及故障数据、变电站设备信息采用非地理数据库存储，而行政区、线路、杆塔等采用地理数据库存储，降低了开发难度，较好地实现了所需功能。

2.数据库的建设

空间数据库技术是GIS基础和核心,由于空间数据非常复杂，使GIS理论研究与软件开发的难度很大，至今还没有一种数据库技术有能力把GIS空间数据的管理、分析、显示和传输都表示得很好。因此需要建立一种有效的空间数据模型在系统的建设过程中起重要的作用。

2.1数据库内容

2.1.1基础地形图数据

地形信息主要包括境界信息、流域边界信息、地形信息、交通信息、水系信息、行政區划信息、居民地信息等。数字地形库的主题划分以国家基础地理信息系统中的主题划分方法为基础。

2.1.2遥感影像数据

包括航空遥感数据、航天遥感数据等。遥感影像库中，对不同分辨率的遥感影像数据分别进行存储和管理，实现多尺度、多数据源、多时态空间的遥感海量信息的集中管理。

2.1.3基础地质资料

各种比例尺的地质图件、新构造分布图等。

2.1.4多媒体数据

存放野外勘测和布设影像和视频等资料数据。

2.1.5技术文档数据

房地产勘测、选线和布设各环节所产生的工程技术文档资料，包括相关的法律法规和技术标准规范等。

2.1.6用户空间专题库

主要存储各个行业的用户，地区用户的统计数据，用户图层、报警用户图层，这些专题图层数据的详尽程度根据地图比例尺及应用需求而定。

2.1.7系统维护数据

主要存贮系统运行维护日志，系统用户、角色和权限表，数据字典等。

2.2数据采集方案

在数据入库过程中，我们需要将图纸和文本表格资料录入数据库。主要遵循准确高效原则，采取合理的采集手段实现原始数据的数字化。

2.3图纸矢量化方法

2.3.1资料整理

按要求整理好图纸资料和相关的文档资料。

2.3.2扫描

对预处理好的作业底图，用扫描仪扫描。所有的图件扫描后都必须经过扫描纠正，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作的顺利进行。

2.3.3分层矢量化

矢量化前要对扫描图进行坐标配准。选取图幅控制点，进行配准。矢量化的要求如下：

①线状要素：线状要素的采集主要采用分层方式进行，分层方式按本系统建设数据库标准要求处理。

②点状要素：点状要素的采集主要是先建立相关属性结构，然后根据不同情况进行录入。

③面状要素：分层方式按本系统建设数据库标准要求处理。

④注记：需要输入的注记包括水系、堤防、道路名称的注记，行政区的注记。以属性的形式输入到对应的数据库中，然后通过应用工具将其动态地标注出来。

2.3.4投影坐标转换

将矢量化后的要素转换成规定的投影和坐标系。

2.3.5数据质量初检

在进行一系列的数据录入和转换之后，需要对数据进行严格的检查。为保证数据的质量，在一幅图中重、漏、错的比例超过5％ ，则需要重新返工。

2.3.6投影坐标转换

将矢量化后的要素转换成规定的投影和坐标系。

2.3.7数据质量初检

在进行一系列的数据录入和转换之后，需要对数据进行严格的检查。为保证数据的质量，在一幅图中重、漏、错的比例超过5％ ，则需要重新返工。

2.3.8图幅拼接

对相邻图幅数字化后的要素执行拼接，形成整个区域的无缝图层。

2.3.9与属性数据关联

使用属性连接工具将图形和属性关联，形成完整的图形矢量化文件。

2.4数据库入库

一般数据地图是用AutoCAD或其它绘图软件绘制的，对这些数据地图的导人需要很复杂的过程。只有空间信息而没有编码属性信息，要对其进行必要的编辑处理才能入库。

2.5系统功能

地理空间数据必须保持其权威性、现势性和正确性。数据管理子系统包括图层管理、数据编辑、元数据管理、数据转换与输出、图片多媒体数据维护、系统数据字典维护等功能。

2.5.1图层管理

图层管理的主要功能包括图层增删、图层属性结构编辑，以及对图层的显示、访问属性进行设置等。

2.5.2元数据管理

元数据用于描述数据的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等有关的信息。系统提供元数据的录入、查询、输出等功能。

2.5.3数据编辑

数据编辑提供相对常用的数据编辑功能，可以满足用户对现有图层进行简单的编辑，如增加或删除图形要素、修改图形参数或属性等。

2.5.4数据转换与迁移（下转第113页）

（上接第35页）数据转换与迁移功能，主要是为解决不同格式空间数据之间的数据转换，实现MAPGIS格式与ArcGIS、MapInfo等常见格式之间的数据转换。实现不同地理数据库之间的数据迁移。

2.5.5多媒体数据管理

多媒体数据管理，主要为了更为直观、生动地反映地理要素对象的特征面貌，实现电网信息图层中要素对象与多媒体数据之间的关联。这样，就可以在空间信息展示子系统中查看图层时，可以查看其所对应的多媒体信息。

3.结论

GIS是近年发展迅速，其内涵和外延正在不断变化。由于地理信息在人类生活和国民经济中的重要作用，GIS在未来的几十年中将保持高速发展的势头，成为高科技领域的核心技术。利用GIS 技术可以将与地理有关的文本数据以地理图形方式显示出来,使管理人员能够全面了解空间的分布状况。要想做好GIS系统，GIS系统数据库的设计及建设是非常关键的一步，GIS系统中最重要的就是数据了，在GIS系统中几乎所有的功能都是在对已有数据分析处理的基础上完成的，而所有的数据(包括基础地理数据、空间数据、属性数据)都是通过数据库来存储和管理的。因此通过数据采集与管理子系统完成数据的采集,建立数据库是非常重要的。它的好坏直接影响到GIS系统的功能和效率。

【参考文献】

［１］王家耀.空间信息系统原理[M].科学出版社，2001.

［２］郭仁忠.空间分析[M].武汉测绘科技大学出版社，1997.

［３］陶华学，孙英君.GIS空间分析模型的建立[J].四川测绘，2001，24(4)：147-149.

篇8：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

关键词：监控资源,GIS,Oracle,ArcGIS

0 引 言

我国公路交通安全监控信息已进入联网应用阶段, 国内部分经济发达省份的公路交通监控系统已初步建立, 山东、浙江等省相继建立了基于高速公路、主要国/省道、省/地交界处等多种形式的交通安全监控系统。尽管山东、浙江的公路交通监控系统建设取得了一定的成效, 但从全国总体情况看, 对跨辖区的交通安全监测设备而言, 各地前端监控设备种类、品牌、型号众多, 系统功能、数据格式、传输协议不一, 造成各类监控设备集成困难, 跨辖区路段之间、跨省路段之间、高速公路与国省道之间交通监测信息无法高效衔接, 路面各种交通监控设备关联性差、主动服务水平低。

目前, 已有一些地区建立了交通安全监控系统, 但是仍然存在如下问题。首先, 各辖区管理单元的交通监控资源系统基本独立设计、建设、运行, 监控信息无法实现有效共享, 信息无法得到有效应用;其次, 没有运用GIS (地理信息系统) 显示技术, 不能对道路交通状况进行直观的分析和处理。采用GIS技术可以可视化地表达高速公路的地理位置、监控资源的位置、设备状态、交通流量等各类信息, 提高高速公路管理者的工作效率[1]。

根据我国道路现有交通监控资源管理应用状况, 我们设计并实现了一个基于GIS的交通监控资源管理系统, 对跨部门、跨区域、跨路网的交通监控设备进行科学有效地管理和控制。系统运用Oracle数据库技术对监控资源进行分级分类管理;运用GIS技术实现监控资源布局的可视化;利用B/S三层体系结构对监控系统资源进行有效管理。

1 系统框架

该系统包含对各种信息数据的管理, 包括地理信息数据、视频监控设备数据、智能卡口数据以及用户信息数据等, 系统总体框架如图1所示。

数据库中存放有各类监控设备信息以及用户和管理员信息等, GIS服务系统作为后台运行系统, Web服务系统以网页形式呈现给用户。

软件主要功能是管理各个监控设备的信息, 其中由数据库存储监控设备信息, 以动态网页的方式与用户进行交互, 用户可以查询当前监控设备, 并可以显示在GIS地图上, 用户也可以修改设备信息。用户还可以根据级别对自身信息数据进行管理和设置, 加强安全性。

2 系统设计

监控资源管理系统采用分布式数据库技术开发, 对各个监控分区内的交通监控资源, 如摄像机、车辆感应器等实施跨网管理, 便于交通管理部门及时了解各个监控分区可供使用的监控设备的数量、分布、运行情况等, 从而实现对资源的统一调度和充分共享。下面介绍系统的功能设计、网络结构和数据库设计。

2.1 功能设计

高速公路监控设备管理系统应完成以下功能:

(1) 监控设备数据录入功能

将高速公路普查所得的各类监控设备、人员资料数据等录入计算机, 存入数据库中。

(2) 监控设备数据查询功能

能快速、准确地找到满足条件的设备数据记录, 并得到详细的资料。查询功能模块根据其具体情况分布在各个录入浏览子界面内。

(3) 监控设备数据修改功能

通过浏览器界面对数据库中设备数据进行修改更新。

(4) 监控设备数据删除功能

通过浏览器界面对数据库中设备数据进行删除操作。

(5) 用户安全管理功能

为保证系统安全, 本系统采用了分级安全管理 (总队、支队、大队) 。每个用户都有所属单位, 单位又分为总队、支队和大队。由于用户都有自己所属的部门, 所以用户只能查询到本部门或所管辖部门内部的监控设备, 然后再根据需要查询或修改的区域、路网等条件进行进一步的筛选, 最终展现给用户所需要的数据, 并且当用户点击某条数据后可以对其属性进行详细查看和修改。

(6) 制表打印功能

利用此功能, 高速公路监控设备数据内容的报表可以采用事先预定的格式打印出来。可以大大减轻工作量, 提高工作的效率和准确性。

系统以数据表格的方式为用户提供增加、删除、查询、修改的功能。按用户级别设置权限, 为用户提供不同的查询和修改功能。总队管理数个支队, 支队又分管数个大队。不同部门的用户登录时所管理的数据是不同的。总队人员可以管理所有监控设备, 而支队只能管理其管辖范围内的监控设备。大队管理的范围最小。

由于本系统的数据来源于不同部门、不同区域、不同路网, 所以数据量非常大, 不可能完全显示给用户。用户必须根据自己的权限及查询的需要, 选择自己的查询范围进行有效查询。

UML (Unified Modeling Language) 作为一种通用的建模语言, 融入了软件工程领域的新思想、新方法、新技术, 在软件开发的不同阶段可以采用相同的一套概念和表示法, 在同一个模型中它们可以混合使用, 具有定义良好、易于表达、功能强大等优势。图2是监控设备数据信息管理的UML图[2]。

2.2 网络结构

系统采用四层结构模式, 对经典的MVC模式[3]进行了扩充。MVC 模式由三类对象所构建:视图是负责呈现模型的对象, 通常直接从模型中获取所需显示的状态与数据;模型对象则持有所有的数据、状态和业务逻辑;控制器对象接收请求并解读其对模型的操作, 从而控制业务对象去完成请求。本系统把模型对象进行细分, 分为静态对象和动态对象, 这样逻辑上更加清楚, 以后修改时也更加容易。图3为四层逻辑结构图。

视图是展示给用户的界面、图片、数据表格等, 本系统中就是监控设备和用户的信息, 以及监控设备和用户的各项属性, 还提供有监控设备的注册表格等。视图本身只是一个框架结构, 其内容需要调用控制器对象。控制器对象负责给视图填充监控设备以及用户的具体信息, 也负责视图下达命令的处理。动态模型对象中, 提供了一些常用的方法, 比如调用和更新数据库数据需要的方法, 以及一些复杂的数据操作, 大多用来直接与数据库连接。而静态模型对象中大多存放一些静态常量、字符串等数据, 供动态模型对象调用, 比如数据库连接字符串、数据库字段名等数据。因为考虑到数据库移植和修改的原因, 所以设计了将静态模型对象从原来的模型对象中分离出来, 这样以后在移植方面就容易得多。

2.3 数据库设计

本系统建立的主要目的是让相关用户管理高速公路上的监控设备。本系统按照数据标准采用大型商用数据库Oracle[4], 实现各种数据的整合和统一, 建立中心数据库。数据库中包含设备编号、区划属性、设备名称、设备类型、所属部门等一系列信息, 并建立数据交换接口, 便于以后管理平台的改进及相关系统的集成, 提供有效的辅助决策支持。

数据库概念设计的目的是产生能够反映系统需求的数据库概念结构, 即概念模式, 常用数据库关系图来表示数据库之间的结构, 以下是监控设备管理数据库的关系图, 如图4所示。

其中数据库名称为监控设备 (EQUIP) , 数据库包括:诱导设备表 (DEV_TIS_LED) 、智能卡口表 (DEV_TGSGATE) 、交通流检测设备表 (DEV_FLUX_INFO) 、视频监控表 (CCTV_CAMERA) 、视频服务器表 (CCTV_SERVER) 、气象监控设备表 (DEV_WEATHER_INFO) 、用户表 (SYS_SYUSSER) 、单位信息表 (ORG_INFO) 、用户权限表 (USER_AUTHORITY) 、设备编码表 (EQUIP_CODING) 。

一张用户权限表对应多个用户, 用户登录时系统自动查找用户权限以提供相应权限的功能。每当录入一个设备时, 根据设备编码表来确定设备的编码。

在设计好数据库之间的关系后, 把关系图细化为ER (实体-关系) 图, ER 图是用来描述某一组织 (单位) 的概念模型, 提供了表示实体、属性和联系的方法。构成ER 图的基本要素是实体、属性和关系。利用ER 方法进行数据库的概念设计, 可分成3 步进行:首先设计局部ER 模式, 然后把各局部ER 模式综合成一个全局ER 模式, 最后对全局ER 模式进行优化, 得到最终的ER 模式, 即概念模式。图5是一个视频监控器和视频服务器的局部ER图。

数据库的逻辑设计过程就是把ER 图转化为关系模式的过程。在上面的实体以及实体之间关系的基础上, 形成数据库中的表格。

3 GIS设计

由于传统的交通监控资源管理系统对监控信息的管理仅限于文字和图表, 并不直观。本系统采用了GIS技术进行设计实现, 对传统的系统进行了可视化的补充。采用GIS技术可以可视化地表达高速公路的地理位置、交通流量、交通事故信息、附属设施状态、路面现状、项目建设情况、监控资源的位置及状态等各类信息, 方便快捷地生成各类专题图和统计报表, 极大地提高了高速公路管理者的工作效率, 及时、准确、直观地为交通行业的宏观决策提供依据[5,6]。

GIS将主要道路构造物、道路附属设施的空间位置信息和相关属性信息进行分层管理和维护, 用不同的符号分层显示, 并将道路监控系统所采集的监控信息与地图上的设备位置信息关联起来, 用户可以在地图上点击某个监控设备, 从而了解此设备采集的监控信息[7,8]。本系统中的空间数据信息, 如路网信息 (包括高速公路、国道、省道等) , 路段信息 (桥梁、敏感点段、涵洞、隧道、立交等) , 水系 (江、河、湖泊等) , 植被 (山林、绿化带等) 等由其他专题提供, 而监控设备的信息则与已设计好的监控设备数据关联。

3.1 总体结构

系统采用ArcGIS作为开发工具[9,10], 其中利用ArcMap进行地图的设计, 用Oracle作为空间数据库, 用ArcSDE for Oracle与Oracle进行数据连接, 利用ArcGIS Server在网络上发布, 并提供一系列的查看、测量、查找等地图功能。其总体的GIS网络结构图如图6所示。

1) 浏览器

通过 Web 浏览器连接运行在Web服务器上的Microsoft ASP .net Web应用和J2EE的Web应用。

2) Web服务器

Web服务器里主要是IIS和一些组建库, 以便对程序进行解释处理。

3) ArcGIS Server

主要包括一个 Server 管理机 (Server Objects Manager) 和多个 Server容器机 (Server Objects Container) 。

4) ArcSDE for Oracle

ArcSDE 是 ArcGIS 与关系数据库之间的 GIS 通道, 通过ArcSDE就可以将地图中的空间数据透明地存入Oracle数据库中, 不需具体知道存放格式等要求。

3.2 功能设计

系统的设计目标是对监控设备数据提供显示输出、查询、测量、控制管理等功能, 以及属性信息的显示和查询操作等。

1) 浏览地图

用户可以使用多种方式浏览地图, 常用的工具有放大、缩小、显示全图、标识要素等。使用这些工具可以浏览地图、查找要素, 以及获得相关信息。如果想详细了解某个地区, 可以缩放地图以获取该地区的信息。如果地图被缩放后希望看到整幅地图, 用户可以很轻松地将地图设置为全图显示状态。使用标识工具单击一个地理要素, 可以查看该要素的属性内容。其界面如图7所示。

2) 查询分析

信息查询分为空间信息查询和属性信息查询。属性信息查询为用户提供有关共享数据的一些基本属性信息。空间信息查询由 ArcGIS Server的 Search Attributes Task 控件来实现。对于空间信息查询, 在文本框中输入要查询的属性信息, 满足条件的空间要素会高亮显示在地图上。

4 软硬件环境

本系统的硬件环境为:CPU为Intel至强处理器, 双核2.4 G;内存为8 G。其软件环境为:操作系统是Windows Server 2003;数据库采用Oracle;服务器软件为ArcGIS Server 9.2, ArcSDE for Oracle, 微软IIS;开发工具有ArcMap, ArcCatalog, ArcGIS Server, ASP .net (C#) , Visual Studio 2005。

5 结束语

本文主要介绍了基于GIS的跨部门、跨区域、跨路网的交通监控资源管理系统, 运用Oracle数据库技术, 对监控资源进行分级分类管理, 并从开发系统框架开始, 设计并实现了该系统。本系统能够将与高速公路有关的信息以图形、 图像或文本的方式, 形象、直观地显示在用户面前, 达到图文并茂的效果, 大大促进了高速公路管理信息由表格化向图形化方向的发展。系统采用B/S方式, 用ArcGIS、ASP.net (C#) 进行开发, 为交通管理部门充分有效利用交通资源提供支持。

本系统还是存在一些需要改进的地方。首先, 系统是采用ASP.net和Oracle相结合开发的监控资源管理系统, 可能存在一些兼容性问题, 如果用JSP和Oracle相结合开发, 兼容性问题会少很多;其次, 系统开发时没有较全面地考虑运行效率的问题, 如果在Oracle系统中采用虚拟数据库的方法, 把数据库分块处理, 运行效率将会更高。

参考文献

[1]何迎迎.基于GIS的高速公路信息管理系统[J].青海交通科技, 2007 (2) :8-10, 21.

[2]严悍, 刘冬梅, 赵学龙.UML2软件建模概念、规范与方法[M].北京:国防工业出版社, 2009.

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[6]GOODCHILD MF.Geographic information systems and disag-gregate transportation Modeling[J].Geographical Systems, 1998 (5) :19-44.

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[8]何原荣, 李全杰, 傅文杰.Oracle Spatial空间数据库开发应用指南[M].北京:测绘出版社, 2008.

[9]ESRI Corp.ArcGIS Server Administrator and Developer Guide[R].2004.

篇9：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

摘要：本文基于GIS理论和方法，运用二次开发技术将MapX控件嵌入到面向对象的开发语言Delphi中，并结合电子地图数据管理方法、视频监控技术以及数据通讯技术，初步实现了边防管控信息系统。

关键词：GISMapXDelphi二次开发

1 研究背景

我国陆地边界线长2.2万千米，与15个国家接壤，周边事态和地形环境极为复杂。过去，由于受技术条件制约，大部分边境事件和战备执勤工作只能以电话口述、文字或照片的形式上报，致使上级机关掌握和处置边境事件不够迅速、研判不够准确。近十多年来，国家投资20多亿元人民币进行边防基础设施建设，修建了2万余公里的边防巡逻路、6000余千米的边境铁丝网和近600套边境监控设施[1]。随着边防硬件设施的不断完善，如何利用现代信息技术提高现有硬件设施的使用效率、降低损耗，建立集监控、指挥、科学管理、协调运营、安全防范为一体的边防管控信息系统，就成为迫切需要解决的问题。随着GIS技术的日益成熟，其组件式开发技术已广泛应用于许多行业和领域。通过对边防管控系统的需求分析，发现运用GIS强大的图形管理和数据分析功能会事半功倍。本文将GIS技术和视频监控技术以及数据通讯技术有机结合起来，可以有效地实现边防智能化管理和控制并提高现有边防硬件设施的利用效率。

2 工具软件及系统开发方式简介

Delphi是著名的Borland(现在已和Inprise合并)公司开发的面向对象的可视化软件开发工具，具有非常强大的功能，可以快速、高效地开发出基于Windows环境下的各类程序，尤其是在界面设计、数据库编程等方面具有独到之处[3]。MapX 是MapInfo公司推出的功能较为完备的ActiveX 组件，能够和标准的编程语言Delphi、Visual Basic、Visual C++等结合进行开发。MapX 提供了一系列的对象模型，大量的属性、方法和事件，非常易于学习和使用。MapX可以脱离MapInfo平台运行，并且提供:①常用操作(放大、缩小、漫游等)；②数据绑定；③专题地图；④空间分析；⑤查询分析；⑥地理编码等功能[2]。在MapX上进行二次开发可以用较小的开发成本实现GIS基本功能。因此，有机的结合这两种工具，充分发挥各自的优势，进行边防管控信息系统开发是可行的。

3 边防管控信息系统功能设计

3.1 系统开发平台及功能模块划分本文以Delphi(并用到Delphi第三方控件Suipack)作为开发平台，将MapX作为控件嵌入其中，以Access 2003作为存储非空间数据属性的数据库来进行边防管控信息系统开发(图1)。

系统主要实现地理信息管理和属性信息管理两部分功能，其功能结构图如下(图2)：

3.2 多类型信息显示 边防管控信息系统记录每个军事单位多种类型信息，包括：管辖区域的地理信息、人文信息、军力信息等。在地图上点击选取军事单位时，这些信息会同步显示。此外，边防管控信息系统具有很强的扩展能力。用户可根据实际情况定义系统管理的信息类型、信息内容、信息格式、信息来源以及相应的显示方式(如：文字、图形、图表、视频图像等)。

3.3 分布式数据库管理 边防管控信息系统采用分布式数据库管理，通过安全保护机制，既能保证每个军事单位自身数据信息的完整性、实时性和安全性，也能通过网络为其它军事单位提供完整、实时的数据信息。具体表现在以下几个方面：①单点数据完整性。每个军事单位负责维护一套自身的数据信息，以保证这些信息在该军事单位的完整性。②信息实时性。每个军事单位对自身的数据信息具有修改权限，可以进行实时更新。此外，在授权的情况下可以浏览其它军事单位的信息。③本地数据安全性。只有通过身份认证的用户，才具有修改本地数据的操作权限，一般用户只具有浏览权限。④分布数据安全性。军事单位之间，可以通过设置数据信息访问权限进行安全控制。如：上级单位可浏览下属单位数据；同级单位之间可授权访问数据信息；下级单位无权浏览上级数据。⑤实时数据同步。当某军事单位数据信息发生更新时，浏览数据信息的单位可及时看到更新后的数据。

3.4 软硬件一体化GIS技术与视频监控技术以及数据通讯技术相结合，在浏览数据信息的同时，可以获得各军事单位的音频、视频信号(图3)。这些实时视频图像可在计算机屏幕上显示，也可切换到大屏幕上显示，方便浏览。由于采用了软硬件结合的方式，在获得授权的情况下，还可以通过边防管控信息系统直接控制前端视频监控设备。如：切换站点、切换摄像机、调整视野、调整焦距以及控制云台的运动等。结合分布式数据库中的军事数据和信息，边防管控信息系统可从多个层面为监控、管理和指挥提供强有力的支持。系统具有全双工通讯能力，在处理边防事件时指挥人员能够与远方军事单位人员直接进行交流，并可在第一时间看到事发现场的实时视频图像，很大程度上提高了指挥人员对情况的把握程度。

3.5 辅助决策支持当发生突发事件时，系统可为决策者提供决策支持。如：①给出距事发地点距离最近的军事单位；②给出各支援单位到达事发地点所需的时间；③根据用户定义的支援代价，给出军事单位处理该事件所需代价；④提供以往类似事件的处理方法(备选方案以优先级形式提供)。在突发事件处理完成后，可将事件内容及其处理过程详细记录到系统案例库，供以后发生类似事件时参考。同时，系统可对各类突发事件进行统计分析，发现突发事件发生的频率、特点和趋势，为边防管理和控制提供指导依据。

4 系统关键技术实现

4.1 系统操作窗口布局边防管控信息系统以地理信息系统(GIS)作为信息管理和显示平台，各级军事单位(标注五角星处)按照实际地理位置标注在矢量地图上。用户可进行电子地图的操纵、查询、级联进入等功能。

4.2 外部数据库的加载边防管控信息系统中的数据库主要由空间数据库和属性数据库两个组成部分。空间数据库主要存储地理信息(即系统用到的矢量化地图数据)；属性数据库存储相关属性信息(即管辖区域的人文信息、军力信息、天气情况、视频信息等)。

5 结束语

地理信息系统的应用日益广泛，其技术水平也在飞速发展，GIS技术在国防上的应用目前已经起步并进入发展阶段，而这也是促进国防信息化建设的重要环节[4]。本文对边防管控信息系统进行初步的论述并实现了一些功能，还有许多地方需要进一步完善，这也是我们以后需要逐步解决的问题。

参考文献：

[1]新华网受权发布.2006年中国的国防.

[2]齐锐，屈韶琳等.用MapX开发地理信息系统[M].清华大学出版社.2003.07.

[3]谢建华，李培铮.基于Delphi的MapInfo地图集成[J].四川测绘.2003.06.

篇10：基于GIS的大型活动交通组织模拟系统研究

如何在发生危险化学品泄漏时能够第一时间快速和较为准确地模拟预测危险化学气体的扩散范围及扩散浓度分布,有效地组织受影响区域人员疏散,对减轻人员伤亡和财产损失具有重要意义。近年来,关于危险化学气体泄漏扩散模拟软件的开发,国内外学者做了大量的研究工作并开发了相应的应用软件,如:国外有ALOHA、SLAB、DEGADIS、SAFETY等软件[1],国内有原化工部开发的泄漏危害分析的仿真软件[2]、中国安全生产科学研究院开发的基于GIS危险化学品泄漏扩散事故处置系统[3]等。

目前,国内外气体泄漏扩散后果模拟软件多是基于二维空间数据建立的,气体扩散浓度是在二维空间上显示。这种基于二维空间数据的建立和应用,虽然能反映气体扩散范围及浓度分布,但不能得到垂直尺度上污染浓度分布,不能真实、直观反映气体泄漏扩散事故现场的信息,不能给决策者带来身临其境的感觉[4]。因此,真三维GIS与实时气体泄漏扩散预测模型的结合研究更具现实应用价值。

本文是以随机游走大气扩散模型为基础,将该气体泄漏扩散模型集成到真三维地理环境信息系统中,完成对危险化学气体泄漏扩散动态模拟仿真系统的设计与研究。该系统真三维场景根据储罐、建筑物等的实际三维地理坐标构建,场景中每个实体的几何空间位置与实际完全一致,可以逼真地在真三维场景中呈现危险化学品泄漏扩散的全过程,实时动态预测并显示出气体泄漏扩散三维浓度,能更直观地、有效地帮助应急指挥人员组织应急救援和疏散,为企业、政府在危险化学气体泄漏事故预防、预测和评估以及应急预案的制定提供参考。

1理论模型

目前,国内外事故后果分析软件对气体泄漏扩散所用的分析方法最常使用的是高斯模型[5]。高斯模型是最早开发的气体扩散数学模型,它是从统计方法入手来考察扩散气体的浓度分布情况,模型简单,计算结果与试验值能较好吻合,应用较为广泛。但高斯模型只适用于轻气体或与空气密度接近的气体,并且对于连续泄漏扩散,高斯模型中没有时间项,不能实时动态预测气体泄漏扩散情况。为了克服高斯模型的不足,本文采用改进的随机游走大气扩散模型。

随机游走大气扩散模型能反映气体在大气中湍流扩散的本质,程序结构清晰,计算较为简单,具有实时性,且精度上也有一定的保证。改进的随机游走大气扩散模型是在随机游走大气扩散模型的基础上加上由重力效应产生的速度分量,使模型也可以适应于重质气体。本文基于根据气象预报部门给出的气象数据计算出区域的平均风速,采用改进的随机游走大气扩散模型,按照源项资料,分期分批释放粒子,来模拟危险化学气体的泄漏扩散和估算污染物浓度随时间的演变。

1.1改进的随机游走大气扩散模型基本思想

改进的随机游走大气扩散模型的基本思想是:把每个气体粒子当作有标志的粒子,气体的泄漏扩散可以用大量标志的粒子扩散来表示。这些粒子在空间和时间上的总体分布就构成了气体泄漏扩散分布的图像。每个粒子的轨迹可以分割成若干个离散的区间,粒子在每个区间都经历相同的时间间隔,称为步长。在每个步长内,水平和垂直速度分量都保持定长。水平方向的两个速度分量都由平均速度及叠加在上面的扰动(或称涨落)部分构成,垂直方向的速度分量不仅由平均速度和叠加在上面的扰动构成,还应加入重力效应产生的垂直速度分量。平均速度部分由风场诊断模式或预报模式提供,涨落部分用相关部分(前一时刻的涨落量对后一时刻涨落量的影响)和随机部分(用随机过程来模拟湍流脉动的随机性)之和表示,随机游走就是对这个随机部分用随机过程进行模拟[6]。

1.2改进的随机游走大气扩散模型介绍

改进的随机游走大气扩散模型基本原理是用大量标记粒子的释放来表征泄漏物的连续排放,使它们在流场的平均风中输送,同时又用一系列的随机位移来模拟湍流扩散,并跟踪它们的运动轨迹,最后统计这些粒子在时间和空间上的总体分布,从而得出泄漏气体的扩散规律[7]。

粒子在每一个时间步长Δt上的速度表达式均可以表示为[8]:

式中,u(t)、v(t)、w(t)分别表示t时刻的粒子在x、y、z三个方向的速度;undefined、undefined、undefined是指在Δt时间步长内的平均速度,取决于风速和初始泄放速度;u′(t)、v′(t)、w′(t)是指t时刻的脉动速度;undefined(t)是指z方向上由重力效应产生的垂直速度分量。当泄漏气体为轻质气体或与空气密度接近的气体时,重力效应产生的垂直速度分量undefined(t)可以忽略,取值为零;当泄漏气体为重质气体时,重力效应产生的垂直速度分量undefined(t)可根据Lagrangian方程[9]求解得出。

在t时刻的脉动速度由两部分构成,即相关部分和随机部分,其表达式为:

式(2)中,右边第一项表示前一段时刻的脉动速度对Δt时刻后的脉动速度的影响,即脉动速度的相关部分;Rundefined(Δt)、Rundefined(Δt)和Rundefined(Δt)表示x、y、z三个方向上的拉格朗日自相关系数,可参照雷孝恩半经验公式[10]计算得出。式(2)中右边第二项表示t时刻脉动速度的随机分量,是从零平均值和标准差σ″u、σ″v和σ″w的正态分布做随机抽样给出的[11],标准差σ″u、σ″v和σ″w计算表达式为:

式中:σ′u、σ′v和σ′w为湍流速度统计量,可参照雷孝恩半经验公式[10]计算得出。

2模拟软件系统的开发

2.1系统的结构

本文开发的真三维GIS的危险化学气体泄漏扩散动态模拟仿真系统主要包括六个功能模块(见图1)。数据库管理功能模块包括企业信息、重要设施、危险源信息的录入参数设置等;地图基本操作功能模块包括对地图进行放大、缩小、漫游、选择、全幅显示、距离测量、面积量算等地理信息系统中的基本功能,主要用于对地图的查看以及在地图上进行复杂查询以及后果分析中的辅助功能;实体建模操作模块主要是指对已建的真三维地理信息系统的补充,可以人为地从中增加部分单元,如建筑物、水域、道路、储罐等;事故场景确认模块主要包括事故泄漏点的确定,从而获得事故点周边环境、泄漏物质情况等基本信息,并形成事故发生基本情况文档;事故后果模拟模块,分为重气和非重气泄漏模拟,结合改进的随机游走大气扩散模型在真三维图形界面中直观显示泄漏扩散过程及浓度分布情况,并可以查询泄漏范围内任意一点的浓度时间曲线;文档打印、输出功能模块主要是对泄漏扩散模拟结果划分的爆炸下限浓度范围、中度伤害范围、轻度伤害范围等信息以word文档的形式输出和打印。

2.2系统的主要算法

2.2.1 系统算法逻辑流程

真三维GIS的危险化学气体泄漏扩散动态模拟仿真系统的算法流程见图2。

系统首先要求输入风速、大气稳定度、地面类型、大气压等扩散环境基础数据值,系统利用半经验公式可确定此时刻气体扩散系数;其次,系统要求输入泄漏物质类型、储存压力、裂孔形状、泄漏气体的物化性质等参数,并对这些参数进行综合分析,确定泄漏速率。再根据泄漏点的位置确定泄漏物x、y、z三个方向的泄漏初速;最后,在得到扩散参数和各方向泄漏初速度的情况下,利用改进的随机游走大气扩散模型即可得到泄漏物质在空间内扩散情况,再根据有毒有害气体危害浓度限制值即可确定该泄漏物质的危害区域范围。

2.2.2 泄漏扩散区域粒子-浓度转换算法

理论上,当粒子的数量足够大时,用随机游走大气扩散模型模拟的结果才是趋向精确的,这是由大数定律所决定的。但是,在实际的时候,考虑到计算机的内存有限,模拟时只能用一个粒子代表一定的物质,并且将其当作质点来处理,故这牵涉到粒子-浓度转换技术。本系统采用的粒子-浓度转换算法如下:

首先把空间划分网格,网格点的平均污染物浓度为污染源释放的所有粒子对该网格的贡献之和[12]。若在t时间内污染源释放了K个污染粒子,则在空间某点在t时刻的污染浓度可写成:

undefined (4)

式中,c代表污染物浓度;x,y,z为网格点中心坐标;ΔxΔyΔz是网格(x,y,z)的空间尺度; xi,yi,zi为污染源释放的第i个粒子的源坐标;Qi为K个污染粒子质量的总和;J(x,y,z,t|xi,yi,zi,t)相当于三维δ函数,即当释放的粒子处在(x,y,z)范围内时,J=1,否则,J=0。

在本次研究中,不管是瞬时泄漏还是连续泄漏,我们都将近似认同为单位时间内喷射出的泄漏气体的质量是一定的,则计算机实现上用有限个粒子代替实际中的所有粒子,其每个粒子表示的泄漏气体的质量也是一定的,在三维情形下(考虑水平方向两个距离为x和y,垂直高度上的距离为z),将需要计算浓度的区域划分为网格,则每个网格的体积为ΔxΔyΔz。假设计算机实现时单位时间内喷出的粒子数为N个,而时间t时网格j上的气体的粒子数为nj,则该网格内的泄漏物浓度用下式计算可得:

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其中:Q为泄漏源单位时间内泄漏的气体的质量,g/s;N为设置的单位时间产生的粒子个数。

2.3系统的实现

以VC++为主要编程环境,运用Direct 3D作为三维可视化开发工具,实现虚拟场景建模和气体泄漏扩散的动态过程模拟。选取某化工区为试点建立基础数据库和真三维GIS场景。软件系统只需输入环境风速、泄漏品名称、泄漏模式、泄漏口面积、储存压力等简单参数,然后通过大气泄漏扩散模块即可在真三维环境中对气体的泄漏扩散进行动态仿真模拟,确定最大/瞬时空间浓度扩散范围、在下风向特定位置污染物的浓度分布、任意点污染物浓度随时间的变化。软件系统主要界面见图3-图8。

3系统软件的验证

为验证本软件的正确性,本文将开发的系统软件与挪威DNV Technical公司开发的较为成熟且应用广泛的PHAST6.54软件[13]进行对比验证(说明:PHAST软件中使用的气体扩散模型是基本经验的高斯模型,虽然设计场景是二维的,但是结果输出也是在三维方向的浓度数据,故具有可比性)。

首先预设一个泄漏事故情景。某厂泄漏物质为液化石油气(连续泄漏);储罐压力为9.79×105Pa;圆形泄漏口半径为100mm;泄漏源高度为2m;气象情况为西风,风速2.4m/s;大气稳定度为D类;地面类型为密集的高、矮建筑物;环境温度为293K。

本软件与PHAST软件的结果比较见表1。

从两种软件模拟的结果对比分析可知,从轻度危害区域来看,PHAST软件和本软件的相对误差为33.3%;但是从泄漏事故发生后应急救援最关心的爆炸下限浓度划分的区域范围和中度危害划分的区域范围来看,两个软件的相对误差在11%以下,满足实际要求。相对误差产生的主要原因是由于本软件采用的是改进随机游走大气扩散模型,它在模拟时释放的是粒子,只有粒子到达的网格才有浓度,而释放的粒子数有限,随着距离的增大,扩散到远距离的粒子越来越少,所以其浓度误差存在会随着距离增大而增加。

综上来说,通过与PHAST软件计算结果进行对比来看,本文编制的软件结果是可信的。

4结论

利用计算机手段能够直观明了地描述危险化学品泄漏扩散的动态过程。本文将真三维GIS和改进的随机游走大气扩散模型相结合,开发了基于真三维GIS的危险化学品泄漏扩散动态模拟仿真系统,实现了危险化学品泄漏事故的泄漏扩散过程的三维动态展示以及扩散后果危害区域显示等功能,且系统仿真结果通过与PHAST软件对比,验证了本系统计算结果的可信性。本系统可以大大提高对于危险化学品泄漏扩散事故应急救援的效率和决策的有效性,为应急预案的制定和危险化学品泄漏事故的救援工作提供了一个可靠的决策支持系统。

摘要：针对传统危险化学气体泄漏扩散软件在模拟表现力方面的不足,提出将改进的随机游走大气泄漏扩散模型集成到真三维地理环境信息系统中,完成了基于真三维GIS环境下的危险化学品泄漏扩散模拟仿真系统的设计与开发。该系统能够在真三维场景中直观地展示危险化学气体的三维扩散过程,实时显示危险化学品泄漏扩散浓度分布图及事故不同程度的危害范围。同时通过与PHAST软件模拟结果对比,验证了该系统的可靠性。系统可以直观地、有效地帮助应急指挥人员组织应急救援和疏散,为企业、政府在危险化学品泄漏事故预防、预测和评估以及应急预案的制定提供参考。