城市交通网络的可视化研究

测绘通报２００４年第１２期文献标识码：Ｂ文章编号：０４９４－０９１１（２００４）１２－００５０－０３中图分类号：Ｐ２０８城市交通网络的可视化研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　余志文（中山大学智能交通中心，　　　　　　　　　　　　广东广州５１０２７５）Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　Ｔｒａｆｆｉｃ　ＮｅｔｗｏｒｋｓＹＵ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｚ６ｉ－ｗｅｎ摘要：从专题属性、图形属性和位置属性３个方面阐述交通对象的变化，并对这些变化进行可视化。关键词：交通网络；可视化；地图；地学一、月１Ｉ青采用面向对象的方法。根据这一主流，ＩＳＯ／ＴＣ２１１在１９９４年提出了标准化的时空对象概念模型［［９，１０７０根据这一标准，应用于交通对象中，可以得到城市交通网络时空数据的概念模型，如图１。对于城市交通网络上的任何一个交通对象都包括名称、起始和消亡时间、行为、关系、属性（包括空间属性和非空间属性）。交通对象的名称交通对象的起始和消亡时间　　　　科学计算可视化自２０世纪８０年代末被提出以来，很快发展成为一个新兴的学科。而科学计算可视化与地球科学相结合，形成了关于地学数据的视觉表达与分析的地学可视化理论〔１　－３７。国际制图学会（ＩＣＡ）为了探索如何利用计算机图形学的进展，把可视化方法有效地运用到地图学与空间数据分析上，促进科学计算可视化与地图学或地理学的连接，在１９９５年成立了一个专门的可视化委员会以研究可视化思考与智能化动态地图［［４，５７。地图学的可视化研究也由静态走向动态，由单一比例尺变成多比例尺的自动综合，由单一时刻变成连续的一段时间，由平面２维走向３维，由内部网走向Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，使地图逐渐趋于智能化、动态化、多维化，并最终为管理者、使用者的决策提供支持。城市交通网络的可视化研究是地图学可视化的　　　　一个分支，它的可视化表达技术是城市交通电子地图。随着智能交通系统的迅速发展，对城市交通网络的可视化技术提出了更高的要求，网络化、动态、能够处理时空数据的城市交通电子地图成为智能交３ＺＡ９澡；ＸＡｆｔ３Ｚｉ２　ｆｎＨ　４＊Ｍ｝｀ｆｔｏｒｏｋｌ内部变化或自动变化对其他交通对象产生的影响与其他对象之间的关系交通对象的属性（包括空间属性和非空间属性）图１交通对象的时空数据模型三、城市交通网络的可视化　　　　　　　　城市交通网络的可视化是通过城市交通电子地图得以表达的。城市交通网络由点交通对象（红绿灯、指示牌、车辆等）、线交通对象（路、最短路径、动态分段等）、面交通对象（大比例尺地图中的停车场、立交桥、车道等）、体交通对象（３维的交通设施）构成。因此城市交通电子地图也应当包括点、线、面、体这４类对象。传统的静态的城市交通电子地图使用大小、　　　　形状、位置、颜色、明暗度、文本等来表示各种不同的可视化变量和图标。而发展到动态地图以后，则增加了动画。进一步发展后，动画又变成了序列动画。以车辆为例，动态的车辆用有大小、有颜色、有形状、有速度而且按一定顺序排好的动态图标来表示。通系统必不可少的一部分〔６一“〕。因此，基于Ｗｅｂ的能够处理时空数据的城市交通动态电子地图是今后城市交通网络可视化技术的一个发展方向。二、城市交通网络时空数据模型　　　　为了更好地表达城市交通网络上的各种交通对象以及相应的时空数据，为进一步的可视化分析做准备，需要建立城市交通网络的时空数据模型。目前，虽然建立时空数据模型的方法很多，但主要还是收稿日期：２００３－０７－０３广东韶关人，硕士生，研究方向为遥感与地理信息系统。作者简介：余志文（１９７９－）男．测绘信息网ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｏｔｈｅｒｍａｐ．ｃｏｍ网友测绘人提供

２００４年第１２期测绘通报　　　　动态则意味着变化。交通对象不再是静止不动表１对各种不同的交通对象及其变化进行了归类，的，而是随时间变化的。而对象的变化包括３部分：对每一类都列举了具体的实例，为进一步的可视化专题属性变化、图形属性变化、位置属性变化「１１，１２］０表达奠定基础。表１不同交通对象的可视化表达交通对象专题图形位置属性属性变化可视化表达静态红绿灯变化不变不变通过红、黄、绿不同颜色实现点　　指示牌不变不变不变可直接使用静态图标动态点　　车辆变化变化变化通过大小、颜色、形状、速度、方向、时间序列等静态线道路不变不变不变通过粗细、大小、颜色、形状等动态最短路径不变变化变化通过长短、颜色等线动态分段变化变化变化通过颜色、大小、长短、粗细等静态面　　停车场　　不变不变不变直接使用静态图标动态十字路口变化不变不变通过形状、时间序列、颜色等面　　车道　　变化变化不变通过形状、大小、时间序列等体静态体３维立交桥不变不变不变通过３维显示　　　　１．点交通对象的可视化候，位置发生了改变，速度和方向这些专题属性也会点交通对象分为两种：　　　　静态点（红绿灯、指示牌、随之变化。车辆随时间的变化可以从图３中看出。固定的交通设施等）和动态点（车辆、行人等）。点交在二，ｙ，ｔ的３维坐标系中，车辆从：，到。：是静止当比例尺很小时，点的，在：：到：３以３０　ｋｍ／ｈ的速度沿ｘ轴方向运动，之后又以６０　ｋｍ／ｈ的速度从：３运行到。４，然后在：；点，车辆停下来。通过把线条的粗细，坐标的图２。红绿灯随着时间的变化，会成为红、黄、绿相间变化，颜色的填充，箭头的指向等多种可视化手段相的时间序列，专题属性通过颜色变化得到表达，而图结合就可以表示出动态点的时间序列可视化。形属性和位置属性保持不变。禁行图标则不随时间图例而变化，它是静态的，它的颜色、大小、形状等都不会尘４ｖｓ—０　ｋｍ／ｈ变化。在时间序列中，它是一成不变的，直到消亡。－　３０　ｋｍ／ｈ—６０　ｋｍ／ｈ０　　二图例￣行车句句－一一－－一￣一卜０。运动　　ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：．静止　　②　　⑧⑧图３动态点的时间序列可视化－一－－一一－－一一－－一一－补ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⑧　　　　２．线交通对象的可视化图２静态点的时间序列可视化线交通对象可视化比较复杂，除了随时间不同　　　　而发生变化外，还会因为比例尺的变化而发生变化。　　　　动态点主要指图形属性和位置属性会发生变化线交通对象主要分为静态线和动态线两种。静态线的点，车辆最典型的动态点。虽然车辆也可以静最典型的代表是道路。道路在点一弧段的拓扑结止，但对城市交通网络来说，静止只是暂时的，而运构［１３〕中，以线的形式出现。因此，线在表示具体的动才是车辆的特性。动态点在不同时刻的位置属性道路的时候，通常是静止的。道路在修建好以后，专是变化的，专题属性和图形属性也会由于位置属性题属性、图形属性和位置属性都不会发生很大变化。的变化而发生变化。以车辆为例，车辆在运动的时因此，随着时间的推移，道路是不变的，直到消亡。通对象通常不随比例尺而变化，交通对象就会消失。静态点的图形属性和位置属性都不发生变化，而专题属性有时会发生变化，如测绘信息网ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｏｔｈｅｒｍａｐ．ｃｏｍ网友测绘人提供

刚绘但是，道路会随着比例尺的变化而变化，如图４，随着比例尺的不断增大，道路由原来的细单线变成粗单线，由粗单线变成双线，最后变为可以看到车道的面交通对象。ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　—１：１００　１Ｎ　１１１ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一１：１００００１：５　０００ｄ—１：２　０００图４不同比例尺道路的可视化　　　　动态线有可能是非实体，即在逻辑上存在的线，如：最短路径、动态分段，会随着时间的推移或者用户的目的不同而发生变化。随着时间的推移，车辆的起始点和目的地会发生变化，最短路径的图形属性和位置属性都发生了变化，而专题属性保持不变，仍然是最短路径，如图５０ｘ　Ｐ（Ｘ３＇　Ｙ３　，　ｔ４）卜Ｘｙ－Ｆ一最短路径２／　／　／／　爪＼＼二物。。　１　　Ｘｙ尸己　一－　￣　－　　　医ＪＪＪ　一、　　｝　不同时刻的最短路径可视化　　　　　　　　动态分段技术是为了避免数据冗余而在逻辑上　　　对线段进行划分。随着时间的推移，划分的线段会由于专题属性、图形属性、位置属性的变化而不同，如图６所示，在时刻ｔ，时，前５００　ｍ是混凝土路，后５００　ｍ是沥青路。而到了时刻ｔ２，变成了前８００　ｍ是混凝土路，后２００　ｍ是沥青路。从ｔ，到ｔ２，专题属性发生了变化。而在ｔ１，　ｔ：时刻，路都是３个车道的。到了ｔ。时刻，由于某种原因，前３５０　ｍ变成了４个车道，中间３５０　ｍ变成了３个车道，后面３００　ｍ变成了２个车道。这时，图形属性和位置属性就发生了变化。Ｙ　　３５０　ｍ　　　　３５０ｍ　　　３５０　ｍ８００　ｍ　　　　　　　　２００　ｍ５００　ｍ　　　　　　　５００　ｍ图６动态分段的时间序列可视化通报２００４年第１２期　　　　３．面交通对象和体交通对象的可视化城市交通网络中，　　　　面交通对象很少出现。当电子地图的比例尺比较大时，停车场、主干道等就会以面交通对象的形式出现。面交通对象也分为静态和动态两种。交通实体大多是静态的，停车场在大比例尺地图中以面交通对象的形式出现，它的所有属性都不随时间而变化，它的时间序列可视化与图２的禁行图标类似，只不过把图标改成区域。十字路口除了表示实际的交叉口外，在逻辑上还可以作为各种交通流的汇聚点，因此它的专题属性可以是变化的，而图形属性和位置属性不变。动态的面交通对象很少，大比例尺中的车道指实体的时候是静态的，但在逻辑上用于表示交通流等的时候，也可以是动态的。体交通对象实际上也是由点、　　　　线、面交通对象复合而成。在这里，主要是指３维的交通设施。对一些难以表达的交通设施，通常用３维来表达。这种方法直观明了，但是数据量很大，３维生成的速度比较慢，这也是目前发展３维导航地图的一个难点。四、结论　　　　基于Ｗｅｂ的能够处理时空数据的城市交通动态电子地图是智能交通系统发展的要求。而城市交通电子地图要实现动态化，并能够实时地处理并显示时空数据，就必须建立城市交通对象的时空数据模型。交通对象时间序列的可视化是实现动态电子交通地图的关键。本文从专题属性、图形属性和位置属性３个方面阐述了交通对象的变化，并对这些变化进行了可视化，使之能够在地图上显示出来。参考文献：　　　　仁１〕秦承志，周成虎，谢传节，等．地学可视化与可视化分析［Ａ］．中国地理信息系统协会２００１年会论文集（１）［Ｃ］．北京：中国地理信息系统协会，２００１，６９－７８．厂Ｉ，『．Ｌ｝ＩＪ龚建华，林浑，肖乐斌，等．地学可视化探讨【Ｊ］．遥感学报，１９９９，　３（３）：２３６－２４４．Ｆｅｓ飞，ｅｓｅｓＬ）ｅｓＪ龚建华．地学可视化：理论、技术及其应用【Ｄ］．北京：中国科学院地理研究所，１９９７．Ｆ４，ｅｓｅｓｅｓｅｓＬＪＭＡＣＥＡＣＨＲＥＮ　Ａ　Ｍ，　ＫＲＡＡＫ　Ｍ　Ｊ．　Ｅｘｐｌｏｒａｔｏｙｒ　Ｃａｒｔｏ－ｇｒａｐｈｉｃ　Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ：　Ａｄｖａｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　Ａｇｅｎｄａ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕ－ｔｅｒｓ　＆　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，　１９９７，２３（４）：３３５－３４３．仁５］ＭＡＣＥＡＣＨＲＥＮ　Ａ　Ｍ．ＩＣＡ　Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎＡｎｎｕａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ仁Ｒ］．［ｓ．１．」：仁ｓ．　ｎ．］，１９９７．（下转第５５页）测绘信息网ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｏｔｈｅｒｍａｐ．ｃｏｍ网友测绘人提供

２００４年第１２期ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ａ测绘通报５５０ｘ２＝名二２；Ａｙ　２＝艺Ｙ？；ｉ二Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；二１从表２可以看出，　　　　两种软件矢量化精度都随着扫描分辨率的增大而提高，当扫描分辨率大于３００　ｄｐｉ时，矢量化精度提高并不明显。Ｍｓ别厂Ａｘ　２　＋　Ａｙｅ　／２式中，Ａｘｉ，Ａｙ‘分别为４个图廓点在ｘ，ｙ方向上的误差，Ｍ。为纠正后图廓点的点位误差。ＧｅｏＳｃａｎ四、　　　　结束语影响因素，提出了误差控制方法、质量控制指标，提出矢量化时，应该按照地形图图式规范分层建库，以便与ＧＩＳ软件进行接轨。此外，应用两种软件进行矢量化，验证了定向精度、与矢量化精度的大小，同时也验证了对于一般地形图扫描分辨率采用表Ｉ定向误差　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　本文讨论了地形图扫描数字化误差来源及主要　　　　Ｅｐｓｃａｎ分辨率１００　ｄｐｉ　３００　ｄｐｉ　５００　ｄｐｉ　１００　ｄｐｉ　３００　ｄｐｉ　５００　ｄｐｉ△ｘ２０．２６５０．０２３０．０１３０．２５４０．０２２０．０１５Ａｙｅ０．１１２Ｍｓ０．３０７０．００９０．００８０．０９８０．０１２０．０８９０．０７２０．２９７０．００４０．０９２０．０６８从表Ｉ可以看出，当分辨率为１　　　　００　ｄｐｉ时，定向精度较差。随着扫描分辨率的增大，定向精度提高，３００　ｄｐｉ可以满足扫描矢量化精度要求。文中的讨论，可作为大规模地形图扫描数字化质量控制、相关质量标准制定的参考。当分辨率大于３００　ｄｐｉ时，定向精度小于０．　１　ｍｍ，且其精度提高已不明显。因此，对于地形图来说，一参考文献：　　　　ｒｅｓ．「一一〕般采用３００　ｄｐｉ的扫描分辨率即可。　　　　２．矢量化精度分析分别用两种软件对３幅不同扫描分辨率的图形　　　　进行矢量化，对其中所有的格网点进行矢量化，矢量化后的坐标值与理论值相比较，计算结果见表２０误差计算公式为＝△二２十△ｙ２Ｙ葛永慧．扫描图像细化后像点点位精度研究〔Ｊｌ．中国图象图形学报，２０００，５（２），１６３－１６６．杨德麟．大比例尺数字测图的原理、方法与应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社．１９９８，８８－１００．郝向阳，等．地图扫描数字化的点位精度分析［Ｊ１．测绘学报，１９９６，２５（１），４６－５２．余晓红．地图扫描数字化的误差分析〔Ｊ１．测绘科学，２００１，２６（４），４９－５２．ｌ２内、）ｒｅｓｅｓＬ「一一一」厂ＬＦｅｓｅｓＬ「一－「一一」分辨率／ｄｐｉ　１００Ｍ，　　／ｍｍ　　０．３９（上接第５２页）［６１　　ＣＡＭＰＢＥＬＬ　Ｃ　Ｓ，　ＥＧＢＥＲＴ　Ｅ　Ｌ．　Ａｎｉｍａｔｅｄ　Ｃａｒｔｏｇｒａ－ｐｈｙ：　　　　　３０　Ｙｅａｒｓ　ｏｆ　Ｓｃｒａｔｃｈｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａ［７１　　ＫＯＵＳＳＯＵＬＡＫＯＵ　Ａ，　ＫＲＡＡＫ　Ｍ　Ｊ．　Ｓｐａｔｉｏ－ｔｅｍｐｏｒａｌＭａ　　　　ｐｓ　ａｎｄ　Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ仁Ｊ］．Ｔｈｅ　Ｃａｒｔｏ－ｇｒ　　　　　　ａｐｈｉｃ　Ｊｏｕｒｎａｌ，　１９９２，　２９：　１０１一１０８仁８１　　ＹＯＳＨＩＨＩＤＥ　Ｓ，　ＲＹＯＳＵＫＥ　Ｓ．　Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ　Ｄａｔａ　Ｍｏｄｅｌ－ｉ　　　　ｎｇ　ｆｏｒ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｕｐｄａｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｐａｔｉ－ｏｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｄａｔａｂａｓｅｓ　　　　ｔｉａｌ　Ｄａｔａ　Ｈａｎｄｌｉｎｇ．　Ｓｐａｔｉｏ－ｔｅｍｐｏｒａｌ　ｍｏｄｅｌｓ仁Ａ］．［ｓ．　１．〕［ｓ．　　　　ｎ．〕，２０００．仁９］　　　　　ＯＨＴＡ　Ｍ．Ｔｈｅ　Ｓｐａｔｉ－ｏｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｓｃｈｅｍａ　ｆｏｒ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ甜从４』、￣几ＩＪ厂Ｌ顾绘晓．数字栅格地图的生产实践［Ｊ１．三晋测绘，２００２，（２），８－１１．矢ｔ化误差Ｇｅｏ５ｃａｎ３０００．２３ｌｅｓｅｓＪＦ．曾衍伟．地形图扫描数字化精度分析〔Ｊ１．四川测绘，２００３，２６（２），８２－８５．６Ｅｐｓｃａｎ气ｅｓｅｓ口ｒｌＬ５０００．１Ｆ１０００．４１３０００．２１５０００．１Ｓ陈红艳，等．基于扫描矢量化地图数据生产的数据质［１０］　　ＪＯＭＩＥＲ　Ｇ，　ＰＥＥＲＢＯＣＵＳ　Ｍ　Ａ，　ＨＵＮＴＺＩＮＧＥＲ　Ｊ　ＢＶｉ　　　　　　ｓｕａｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｐａｔｉ－ｏｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｏｂｊｅｃｔｓ７量控制［Ｊ１．北京测绘，２００４（ｌ），３２－３６．Ｉ　　　　ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ〕．Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆＧＩＳ，　　　　　　　１９９９，　７０）：３７－４４．［　　　　Ｊ］．Ｔｈｅ　Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｊｏｕｒｎａｌ，　１９９０，２７：２４－４６．　　　　　　［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　９｀ｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎＳｐ　　　　　　ａｔｉａｌ　Ｄａｔａ　Ｈａｎｄｌｉｎｇ．　Ｓｐａｔｉｏ－ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｍｏｄｅｌｓ［Ｃ］．仁ｓ．　　　　　　１．〕：［ｓ．ｎ．」，２０００．仁１１ｌＡＮＤＲＩＥＮＫＯ　Ｇ　Ｌ，　ＡＮＤＲＩＥＮＫＯ　Ａ　Ｖ．ＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＭａ　　　　　　ｐｓ　ｆｏｒ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｄａｔａ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　［　Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪ　　　　　　ｏｕｒｎａｌ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，　１９９９，　１３（４）：３５５－３７４．　　　　　　　　［　　　　Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　９｀ｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｓｐａ－［１２］　　ＨＡＲＶＥＹ　ＪＭ，ＳＨＩ　Ｈ　ＬＳ　．　ＧＩＳ－Ｔ　Ｄａｔａ　Ｍｏｄｅｌｓ［　Ｍ」．Ｌｏｎｄｏｎ：　　　　　　　Ｏｘｆｏｒｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ，　２００１．