【正文】 們也發(fā)現(xiàn)一些完全支持軟件集成的在地理信息系統(tǒng)互操作和軟構(gòu)件方面的最新發(fā)展。我們有這樣的軟件工具，如查詢語言集合和面向?qū)ο缶幊淘试S用戶定制地理信息系統(tǒng)軟件。 先進的交通應(yīng)用系統(tǒng)，特別是旅游需求模型分解方法和智能交通系統(tǒng)，需要不是很支持節(jié)點弧線數(shù)據(jù)模型的復(fù)雜的表述和抽象的交通特征。我們已經(jīng)在第三章討論過一些?，F(xiàn)在我們將在這章的結(jié)尾部分詳細論述它，使用地理信息系統(tǒng)的一些先進的交通應(yīng)用系統(tǒng)會在這本書的第二部分討論。我們以一個地理可視化，集成科學(xué)的形象化和地圖制圖討論來結(jié)束這一章。 我們將討論幾種方式和策略，包括虛擬現(xiàn)實在內(nèi)的地理可視化。這些信息和通訊工具的開發(fā)將使交通地理信息系統(tǒng)在新興數(shù)據(jù)資源豐富的環(huán)境下變得越來越重要。1　地理信息系統(tǒng)和空間分析空間分析是指隨著地理位置不同而變化的這種特性的科學(xué)研究。空間分析包括范圍、布局、地理空間的互動和變化(奈吉斯1991)等問題。這些問題圍繞地理信息的獲取和處理，有很大的互補性。事實上，有些人認(rèn)為地理信息系統(tǒng)的空間分析就像是生物學(xué)中的顯微鏡和天文學(xué)中的望遠鏡一樣，它對提高科學(xué)研究非常有意義 (1987 Abler)。因此，有很多探討并加強空間分析和地理信息系統(tǒng)聯(lián)系的研究計劃。包括美國國家地理信息和分析中心(NCGIA) I14研究和歐洲自然科學(xué)基金會的科學(xué)規(guī)劃(見貝利和Gatrell 1995； 菲舍爾與Nijkamp1993；費希爾等人1996；Fotheringham 和羅杰森1994；古德柴爾德、parks、Steyaert 1993；朗利和Batty 1996)。地理信息系統(tǒng)往往有別于其他計算機制圖及圖形系統(tǒng)，它是通過它的分析能力來引用地理上的數(shù)據(jù) (古德柴爾德 1987)?？宋?1988)指出，與計算機制圖不同，地理信息系統(tǒng)開發(fā)了新的地理信息檢索,而不是以前的譯成代碼的信息。令人遺憾的是，即使在今天廣泛應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的情況下，地理信息系統(tǒng)空間分析能力仍然有限。朗利和Batty(1996)認(rèn)為,地理信息系統(tǒng)為空間分析提供了新的環(huán)境：它為系統(tǒng)的空間提供了一個新的、更加開放的基礎(chǔ)平臺。但到現(xiàn)在為止它沒有為包括空間分析在內(nèi)的新功能的發(fā)展提供明確和簡便的處理平臺(第二頁)。奧彭肖和克拉克(1996)認(rèn)為問題更嚴(yán)重盡管在空間分析和地理信息系統(tǒng)這個科目有很多相關(guān)主題的書，反之亦然，但是大多數(shù)問題沒被解決，雖然現(xiàn)在一些問題的意識大為改善。Fotheringham(2000)指出，把地理信息系統(tǒng)與空間分析相結(jié)合，可能因為缺乏工具和使用不當(dāng)造成系統(tǒng)局部功能下降。菲舍爾等人 (1996)認(rèn)為，空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計和空間建模都有可能進一步提高地理信息系統(tǒng)的分析功能。他們確定了空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析提高地理信息系統(tǒng)的4 種方式。首先是關(guān)于空間取樣方法。例如，可以利用空間統(tǒng)計方法，幫助交通地理信息系統(tǒng)用戶通過使用密度抽樣調(diào)查來確定家庭旅行地點。第二是對相同的研究區(qū)域但不符合規(guī)定的地區(qū)或不相同的空間參照系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行空間整合和數(shù)據(jù)比較。在交通分析過程中，我們經(jīng)常需要參照不同空間參考系統(tǒng)(如世界時間坐標(biāo)系與路線和英里程標(biāo))來分析社會經(jīng)濟、人口、運輸?shù)葦?shù)據(jù)，他們是在同一研究領(lǐng)域但是不同的地理單位(如人口普查區(qū)、郵政編碼、交通分析區(qū))采集的數(shù)據(jù)。我們注意到，第四章空間分析的問題(如邊界效應(yīng)、規(guī)模、單位面積的修改問題)、工具(如面積推算方法)可以利用地理信息系統(tǒng)處理功能。第三個利用空間數(shù)據(jù)分析來加強地理信息系統(tǒng)的方式是對資料豐富但理論性不強的問題以及探討變化數(shù)據(jù)的問題進行探索性空間數(shù)據(jù)分析(ESDA)。探索性空間數(shù)據(jù)分析是利用散點圖，鄰近法，外部檢測法，空間插值方法，時空互動數(shù)據(jù)顯示，自相關(guān)試驗等，幫助用戶識別數(shù)據(jù)集的模式(例如，見Anselin等人1996；伯勒和Gunnink 1996；unwin1996 )。大量的數(shù)據(jù)在交通系統(tǒng)運輸過程中被收集，探索性空間數(shù)據(jù)分析將成為未來數(shù)據(jù)資料豐富的時代的交通地理信息系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵。第四個對地理信息系統(tǒng)的加強是空間數(shù)據(jù)分析測試，測試涉及系統(tǒng)分析和測試虛擬空間參照數(shù)據(jù)。這就需要發(fā)展與地理信息系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的空間統(tǒng)計分析軟件(如見Anselin1992 Getis和Anselin1993)。模型是指一個被簡化表示的調(diào)查對象，目的是為了對對象的進行描述、解釋、預(yù)測和決策?？臻g模型是研究對象在空間(地理空間、屬性)中的模型?？臻g建模包含大量多樣化的模型，包括大氣、水文、陸地表面、生態(tài)、經(jīng)濟和社會模型(Wegener 2000)。地理信息系統(tǒng)及相關(guān)工具，對于局部提高和實現(xiàn)地理空間建模有著巨大的潛力(米勒2000)。但是，現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)建模工具是被數(shù)據(jù)模型所使用。例如，交通問題必須被表述為一個能夠發(fā)揮預(yù)期分析的概念化框架。古德柴爾德(1998)提出了：通過一套數(shù)據(jù)模型最終確定多功能的地理信息系統(tǒng)是可能的。目前地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型常常被設(shè)計成能很方便的存儲地理參考數(shù)據(jù)。因此,他們在處理如旅游道路、旅行方案、起訖點等交通分析中往往遇到的抽象的空間模型和實體問題時是比較弱的。顯然,現(xiàn)在需要將研究的重點從地理信息處理轉(zhuǎn)到地理信息的應(yīng)用(奧彭肖 1996)。各種各樣的數(shù)據(jù)模型需要支持交通分析，古德柴爾德(1998)指出，我們看到許多對基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的擴展，如轉(zhuǎn)換表格、動態(tài)分割、路線和里程計劃以及行車多年的車行道。然而，目前地理信息系統(tǒng)仍然在數(shù)據(jù)流量分析，復(fù)雜路徑，時間變化上不能適當(dāng)?shù)奶幚?。古德柴爾?2000)指出，交通地理信息系統(tǒng)的發(fā)展可以用三種視圖來描述。地圖視圖具有靜態(tài)性的特性，并且集中了數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)描述。交通網(wǎng)線往往被表述為一個采集并且聯(lián)系拓撲數(shù)據(jù)模型的結(jié)點，如美國人口普查局使用的檔案和許多商業(yè)地理信息系統(tǒng)軟件所采用的。這種拓撲數(shù)據(jù)模型有其自身的缺點。例如，實施平面拓撲數(shù)據(jù)處理模型就不能恰當(dāng)?shù)奶幚砹⒔粯蚝退淼?。此外，?dāng)新的交點產(chǎn)生時，該網(wǎng)絡(luò)的拓撲必須重新生成。屬性值必須與固定的網(wǎng)絡(luò)分段相聯(lián)系。因此，需要擴展節(jié)點弧線拓撲數(shù)據(jù)模型來處理線性參考數(shù)據(jù)的存儲，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上他們的值不一定改變。航空影象的創(chuàng)建與網(wǎng)絡(luò)連接和平面性有關(guān)系。雖然節(jié)點弧線結(jié)構(gòu)提供了簡便的算法分配，如在網(wǎng)絡(luò)上的兩個地點之間尋找最佳路徑，但是它不能滿足許多航空的需要。至少，航行到一個街道網(wǎng)絡(luò)需要知道像單行道那樣的信息和限制規(guī)定。因此,一些商業(yè)地理信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)品從而增加了一個標(biāo)記單向街道的變量，并通過可變的表來處理變化。 此外，某些智能交通系統(tǒng)(ITS)應(yīng)用要求申請專用的行車道路，為了在分開的高速公路上不改變車道或轉(zhuǎn)頭，而給出導(dǎo)航指示。因此對于這樣的應(yīng)用，傳統(tǒng)中心線表示網(wǎng)絡(luò)是不適合的。 即使多年來，地理信息系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)模型有許多擴展，目前仍不能很好的處理地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流量分析，復(fù)雜交通和時間變化等問題。地圖視圖基本上是靜態(tài)的描述，而航空影象是試圖在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)地理上描述信息的動態(tài)特性。第三種視圖，行為模型視圖(動態(tài)視圖)，明確處理不連續(xù)的物體在幾何學(xué)上的變化行為。 這種意見與Hagerstrand(1970)提出的時空道路的概念密切相關(guān)。一條時空道路追蹤個人的活動位置通過三維時間。對于這些數(shù)據(jù) (例如，見Canpenter和瓊斯1983；Jancllce等人 1988； 瓊斯 1990)，基于活動的分析在交通計劃研究中是一個很好的分析例子。因此，行為視圖要求一套新的超過在地圖視野和航空影象下發(fā)展的表示方法。 一些研究計劃已經(jīng)為滿足這些需要而開始研究(例如Kwan和Golledge 1995；Shaw and Wang 2000)；但是，在地理信息系統(tǒng)中完全實現(xiàn)行為視圖仍然存在著不少挑戰(zhàn)。2　地理信息系統(tǒng)的分析功能地理信息系統(tǒng)有幾個基本的分析功能，幾乎存在于所有的地理信息系統(tǒng)軟件。這些基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)分析功能對許多地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用是有益的，包括交通地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用。 這一節(jié)簡要闡述地理信息系統(tǒng)的基本功能,如查詢、地圖疊加、動態(tài)分段疊加、緩沖區(qū)、空間聯(lián)合操作。其它更專業(yè)的在交通地理信息系統(tǒng)應(yīng)用中的分析功能將在下一章討論?！』A(chǔ)的地理信息系統(tǒng)分析功能　查詢支持交通地理信息系統(tǒng)分析的一項主要的功能是根據(jù)用戶指定的標(biāo)準(zhǔn)查詢地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的能力。 其中一個例子，對基于屬性的布爾查詢可以找到各街道交通量大于1萬車次每天和體積/ 布爾邏輯運算操作，如AND(例如交點)、OR(例如并集)、NOT、XOR等可用于各種可能的組合去獲得一個達到用戶特定的標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果。布爾邏輯運算操作是結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS 見第二章)的一部分。布爾邏輯運算操作延伸到了基于地點而不是基于屬性的地理特征的查詢。布爾邏輯運算的一個發(fā)展是地圖匹配的查詢語言，即第三代結(jié)構(gòu)化查詢語言的多媒體的使用 (如圖形、圖像、聲音、視頻) 部分。 我們在第二章討論了一些結(jié)構(gòu)化查詢語言對地理數(shù)據(jù)的缺點。沃博伊斯(1995)評論了擴展結(jié)構(gòu)化查詢語言空間資料庫利弊。他指出，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化查詢語言只能把數(shù)據(jù)庫檢索功能“通過把結(jié)構(gòu)化查詢語言嵌入到計算的機器編程語言，例如C語言” (297頁)。另一方面，結(jié)構(gòu)化查詢語言的新標(biāo)準(zhǔn)，將允許用戶自己進行操作并且用結(jié)構(gòu)化查詢語言的命令把他們嵌入計算機。空間查詢操作，如在x英尺距離內(nèi)可以編程并且用結(jié)構(gòu)化查詢語言處理空間查詢。同時努力擴大關(guān)系數(shù)據(jù)庫處理空間數(shù)據(jù)的功能也是圍繞在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)軟件供應(yīng)商的問題之一?？蓴U展的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)允許用戶定義、增加新的數(shù)據(jù)類型和功能。 空間數(shù)據(jù)類型(如點、線、多邊形)和功能(如關(guān)聯(lián)和疊加)可以包含在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。Oracle公司的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的用戶，可以建立并操縱用戶自定義的對象類型和用戶自定義的要素(Oracle公司1999)。 用戶自定義的或者抽象的數(shù)據(jù)類型(參閱第2章)將擴展關(guān)系數(shù)據(jù)庫，除了嵌入式數(shù)據(jù)類型。一組對象能形成一個提供特定領(lǐng)域性能的數(shù)據(jù)庫要素。 一個空間數(shù)據(jù)庫要素，例如，能儲存幾何學(xué)數(shù)據(jù)類型和用戶自定義的處理空間數(shù)據(jù)的操作符。Oracle公司的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)存儲空間的點、線、弧、圓和多邊形去描繪一個在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)字地圖并且提供疊加等來分析兩個地理對象之間的聯(lián)系(Oracle公司1999)。一些地理信息系統(tǒng)軟件供應(yīng)商也開發(fā)他們自己的產(chǎn)品，與主要的商業(yè)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。這就允許地理數(shù)據(jù)移動從現(xiàn)有的老化的數(shù)據(jù)庫而不是更難的反面的任務(wù)。由環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRI)開發(fā)的空間數(shù)據(jù)庫引擎(SDE)被設(shè)計為一臺應(yīng)用服務(wù)器和空間數(shù)據(jù)管理服務(wù)器 (ESRI 1998)?？臻g數(shù)據(jù)庫引擎使關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠通過增加一個空間數(shù)據(jù)類到關(guān)系型數(shù)據(jù)模型，來存儲和管理空間數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)庫引擎存儲地理特征例如一排地理數(shù)據(jù)庫表。 空間數(shù)據(jù)庫引擎存儲描述地理特征的坐標(biāo)，例如表欄中簡單的二元對象的數(shù)值。 此外，空間數(shù)據(jù)庫引擎還擴展了結(jié)構(gòu)化查詢語言的標(biāo)準(zhǔn)，以支持空間聯(lián)系和空間搜索，空間數(shù)據(jù)庫引擎可以檢核地理特征之間的空間關(guān)系，如相相等、連接、包含、重疊等。 地圖疊加地圖疊加早在地理信息系統(tǒng)出現(xiàn)以前就作為一種地圖分析工具所使用了。 一個例子就是麥克哈格(1971)關(guān)于自然的典型設(shè)計，他描述一個模擬覆蓋物和適當(dāng)?shù)脑u估方法。 現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)使工作更容易、更迅速并且較少出現(xiàn)錯誤 (當(dāng)然，錯誤是避免不了的)。地圖疊加功能在柵格地理信息系統(tǒng)和矢量地理信息系統(tǒng)中有不同的處理方法。 兩個地圖圖層疊加在一起時能夠得到新的信息，相應(yīng)的兩個地圖圖層的網(wǎng)格單元的數(shù)值被校核。矢量地理信息系統(tǒng)，在另一方面，采用一個連續(xù)的坐標(biāo)系統(tǒng)。它需要比較兩個地圖圖層的坐標(biāo)并根據(jù)地圖特征評價拓撲關(guān)系。矢量圖疊加功能有兩種類型，即拓撲疊加和動態(tài)分段疊加。 圖21顯示了三種常見的拓撲疊加操作；(A)多邊形多邊形疊加(B) 線多邊形疊加(C) 點多邊形疊加。 矢量圖層疊加功能因為拓撲疊加操作而被認(rèn)知，他們對兩個地理信息系統(tǒng)圖層之間的連接關(guān)系進行評價。這些程序能夠結(jié)合從地理信息系統(tǒng)的圖層和單一的屬性表得到的屬性數(shù)據(jù)。因此，用戶可以在拓撲的基礎(chǔ)上進行檢索和分析屬性數(shù)據(jù)。在上面討論了布爾邏輯運算操作往往嵌入到地圖疊加功能中來并指出不同的地圖圖層應(yīng)該怎樣被結(jié)合；見圖22。A 多邊形—多邊形疊加B 線—多邊形疊加C 點—多邊形疊加圖21 矢量拓撲疊加交通地理信息系統(tǒng)應(yīng)用往往處理網(wǎng)絡(luò)中的線狀和點狀的位置特征問題。尋找在空間上具有相同特征的點和線，需要用動態(tài)分段疊加。 回顧第三章，在動態(tài)分段數(shù)據(jù)模型中，線段部分都被歸類到路程而且點與線的位置特征都通過一個線性參考系統(tǒng)(LRS)被引用。例如,公共汽車站被設(shè)在離公共汽車道路起點 圖 12 布爾邏輯運算在拓撲疊加中的例子每一個描述某一精確地點或一段道路網(wǎng)絡(luò)長度的屬性特征被稱為一個事件。 有三種類型的事件可能發(fā)生在道路網(wǎng)絡(luò)中。點事件具有在一個線路上發(fā)生地點唯一的屬性。例如交通事故、巴士站、收費站。連續(xù)事件是描述目前但是往往沿著整個路線變化的屬性事件，如一些行車道情況，交通道的數(shù)量，車速限制等等。 線性事件只描述目前在路線上選定的直線部分的屬性事件。例如，建筑帶是沿著高速公路路線而隧道路線是沿著鐵路線與線路上不連續(xù)的部分路線有關(guān)。每次事件至少需要兩項資料：路線的證明數(shù)據(jù)和沿著路線的線段的測量數(shù)據(jù)。 一般情況下，點事件和連續(xù)事件通過一個簡單的線性信息來描述而線事件是通過線性信息在開始點和結(jié)束點屬性值發(fā)生的變化來描述的事件。 附加的屬性描述的事件能被添加到事件檔案資料。在大多數(shù)情況下，事件數(shù)據(jù)存儲在關(guān)系表中并且能通過路線的身份和鏈接的相關(guān)信息被鏈接到地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層中。我們使用動態(tài)分段疊加來分析道路網(wǎng)絡(luò)上不同事件在空間上的一致。布爾運算將分離所有的線性事件，當(dāng)任何包括事件的屬性值發(fā)生變化時，并且只隨之創(chuàng)建一個覆蓋事件的輸出文件。在事件表里的記錄不能與其它事件表的記錄相重復(fù)，否則將被排除在輸出文件之外。連接操作也分割線性事件隨著所有點的線性屬性值的改變，但是它在輸出文件里既記錄疊加事件也記錄不疊加的事件。圖23和24數(shù)字顯示了線線聯(lián)合疊加的例子和點線分段