城市交通网络的可视化研究

测绘通报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　50第2004年　12期　文章编号:0(2004)中图分类号:P208　　　　　文献标识码:B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)TheResearchonVisualizationofUrbanTrafficNetworksYUZhi2wen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[9,10]。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、起始和行为关系属性(包括空间属性和非空间消亡时间、、、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、车辆等)、指示牌、最短路径、线交通对象(路、动面交通对象(大比例尺地图中的停车场、态分段等)、车道等)、立交桥、体交通对象(3维的交通设施)构线面成。因此城市交通电子地图也应当包括点、、、体这4类对象。传统的静态的城市交通电子地图使用大小、形位置颜色明暗度、状、、、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、有形状、有颜色、有速度而且按一定顺序排好的动态图标来表示。一前言　　、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[1～3]。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[4,5]。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,动态化、使地图逐渐趋于智能化、多维化,并最终为使用者的决策提供支持。管理者、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,对城市交通网动态、络的可视化技术提出了更高的要求,网络化、能够处理时空数据的城市交通电子地图成为智能交通系统必不可少的一部分[6～8]。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:作者简介:余志文(),男,广东韶关人,硕士生,研究方向为遥感与地理信息系统。第测绘通报2004年　12期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　51动态则意味着变化。交通对象不再是静止不动的,而是随时间变化的。而对象的变化包括3部分:专题属性变化、图形属性变化、位置属性变化[11,12]。表1对各种不同的交通对象及其变化进行了归类,对每一类都列举了具体的实例,为进一步的可视化表达奠定基础。表1不同交通对象的可视化表达图形位置可视化表达属性变化不变不变黄绿不同颜色实现通过红、、不变不变可直接使用静态图标变化变化通过大小、颜色、形状、方向、速度、时间序列等不变不变大小、通过粗细、形状等颜色、变化变化颜色等通过长短、变化变化大小、通过颜色、粗细等长短、不变不变直接使用静态图标不变不变通过形状、颜色等时间序列、变化不变通过形状、时间序列等大小、不变不变通过3维显示专题属性变化不变变化不变不变变化不变变化变化不变交通对象静态红绿灯点指示牌动态车辆点静态道路线动态最短路径线动态分段静态停车场面动态十字路口面车道静态体3维立交桥点线面体　　点交通对象的可视化1.指示牌、点交通对象分为两种:静态点(红绿灯、行人等)。点交固定的交通设施等)和动态点(车辆、通对象通常不随比例尺而变化,当比例尺很小时,点交通对象就会消失。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,如图2。红绿灯随着时间的变化,会成为红、绿相间黄、的时间序列,专题属性通过颜色变化得到表达,而图形属性和位置属性保持不变。禁行图标则不随时间大小、而变化,它是静态的,它的颜色、形状等都不会变化。在时间序列中,它是一成不变的,直到消亡。候,位置发生了改变,速度和方向这些专题属性也会随之变化。车辆随时间的变化可以从图3中看出。在x,y,t的3维坐标系中,车辆从v1到v2是静止的,在v2到v3以30km/h的速度沿x轴方向运动,之后又以60km/h的速度从v3运行到v4,然后在v4点,车辆停下来。通过把线条的粗细,坐标的变化,颜色的填充,箭头的指向等多种可视化手段相结合就可以表示出动态点的时间序列可视化。图3动态点的时间序列可视化2.线交通对象的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。线交通对象主要分为静态线和动态线两种。静态线最典型的代表是道路。道路在点2弧段的拓扑结构[13]中,以线的形式出现。因此,线在表示具体的道路的时候,通常是静止的。道路在修建好以后,专题属性、图形属性和位置属性都不会发生很大变化。因此,随着时间的推移,道路是不变的,直到消亡。图2静态点的时间序列可视化动态点主要指图形属性和位置属性会发生变化的点,车辆是最典型的动态点。虽然车辆也可以静止,但对城市交通网络来说,静止只是暂时的,而运动才是车辆的特性。动态点在不同时刻的位置属性是变化的,专题属性和图形属性也会由于位置属性的变化而发生变化。以车辆为例,车辆在运动的时测绘通报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　52第2004年　12期但是,道路会随着比例尺的变化而变化,如图4,随　　面交通对象和体交通对象的可视化3.着比例尺的不断增大,道路由原来的细单线变成粗城市交通网络中,面交通对象很少出现。当电单线,由粗单线变成双线,最后变为可以看到车道的主干道等就会以子地图的比例尺比较大时,停车场、面交通对象。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图4不同比例尺道路的可视化化的,而图形属性和位置属性不变。动态的面交通动态线有可能是非实体,即在逻辑上存在的线,对象很少,大比例尺中的车道指实体的时候是静态动态分段,会随着时间的推移或者用如:最短路径、的,但在逻辑上用于表示交通流等的时候,也可以是户的目的不同而发生变化。随着时间的推移,车辆动态的。的起始点和目的地会发生变化,最短路径的图形属线面交通对象复体交通对象实际上也是由点、、性和位置属性都发生了变化,而专题属性保持不变,合而成。在这里,主要是指3维的交通设施。对一仍然是最短路径,如图5。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图5不同时刻的最短路径可视化示时空数据,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动态分段技术是为了避免数据冗余而在逻辑上图形属性和位交通地图的关键。本文从专题属性、对线段进行划分。随着时间的推移,划分的线段会置属性3个方面阐述了交通对象的变化,并对这些由于专题属性、图形属性、位置属性的变化而不同,变化进行了可视化,使之能够在地图上显示出来。如图6所示,在时刻t1时,前500m是混凝土路,后　参考文献:500m是沥青路。而到了时刻t2,变成了前800m是混凝土路,后200m是沥青路。从t1到t2,专题[1]秦承志,周成虎,谢传节,等.地学可视化与可视化分属性发生了变化。而在t1,t2时刻,路都是3个车析[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,.道的。到了t3时刻,由于某种原因,前350m变成[2]珲龚建华,林　,肖乐斌,等.地学可视化探讨[J].遥了4个车道,中间350m变成了3个车道,后面感学报,1999,3(3):.300m变成了2个车道。这时,图形属性和位置属[3]技术及其应用[D].北京:龚建华.地学可视化:理论、性就发生了变化。中国科学院地理研究所,1997.[4]　MACEACHRENAM,:AdvancingtheAgenda[J].Compu2ters&Geosciences,1997,23(4):.[5][R].[s.l.]:[s.n.],1997.(下转第55页)图6动态分段的时间序列可视化第测绘通报2004年　12期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5544Δx2=∑i=1x2;Δy2=i∑y2;i=1iMs=Δx+Δy/222式中,Δxi,Δyi分别为4个图廓点在x,y方向上的误差,Ms为纠正后图廓点的点位误差。表1定向误差　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300dpi时,矢量化精度提高并不明显。四结束语　　、本文讨论了地形图扫描数字化误差来源及主要GeoScanEpscan分辨率100dpi300dpi500dpi100dpi300dpi500dpiΔΔ从表1可以看出,当分辨率为100dpi时,定向精度较差。随着扫描分辨率的增大,定向精度提高,当分辨率大于300dpi时,定向精度小于0.1mm,且其精度提高已不明显。因此,对于地形图来说,一般采用300dpi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2。误差计算公式为Δs2=Δx2+Δy2Ms=∑s2Δin表2矢量化误差GeoScanEpscan分辨率/dpiMs/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300dpi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。　参考文献:[1]葛永慧.扫描图像细化后像点点位精度研究[J].中国图象图形学报,2000,5(2),.[2]方法与应用[M].杨德麟.大比例尺数字测图的原理、北京:清华大学出版社.1998,.[3]郝向阳,等.地图扫描数字化的点位精度分析[J].测绘学报,1996,25(1),.[4]余晓红.地图扫描数字化的误差分析[J].测绘科学,2001,26(4),.[5]顾绘晓.数字栅格地图的生产实践[J].三晋测绘,2002,(2),8211.[6]曾衍伟.地形图扫描数字化精度分析[J].四川测绘,2003,26(2),.[7]陈红艳,等.基于扫描矢量化地图数据生产的数据质量控制[J].北京测绘,2004(1),.(上接第52页)[6]　CAMPBELLCS,:30YearsofScratchingtheSurfaceCartographi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文章来源：《地学前缘》 网址: http://www.dxqyzz.cn/qikandaodu/2021/0225/414.html