基于GISDK 的路网构建与分析
基于GISDK的路网构建与分析
李大韦，程琳
东南大学交通学院, 南京 (210096)
Email: godavid87@https://www.wendangku.net/doc/ca4590997.html,
摘要：在工程实践中，常需要将其他格式矢量图导入TransCAD中以构建路网。本文结合实例，针对导入后产生的线层连通性问题，总结了虚连接的表现形式，利用GISDK二次开发包编制了路网修正工具，自动完成节点检查和路网修正过程。并在修正后的路网上利用GISDK编制的评价指标计算工具得到路网结构的相关评价指标，对路网结构进行了初步分析。
关键词：路网构建；TransCAD；二次开发；路网评价
中图分类号：U491 文献标识码：A
1 引言
为应对日益复杂的交通规划和管理，目前GIS已广泛应用于交通运输管理的各个环节，也逐步形成其独特的技术内涵和体系结构——GIS-T[1]。而TransCAD是用于规划、管理和分析运输系统和设施特点的第一个也是唯一的一个GIS-T。TransCAD中自带有美国主要城市的街道信息文件，但在我国的工程实践中，经常需要将其它格式的文件（通常为AutoCAD 文件）导入到TransCAD中以生成路网线层文件。而在导入过程中，由于数据兼容性问题，常会产生虚连接的问题，造成路网失真[2]。
虚连接的问题一般的解决方法是局部放大地图，逐个检查和修改可能出现问题的地方。在路网节点较多的情况下，这既费时费力，又容易疏漏。本文结合实例，利用 GISDK开发工具来解决这个问题并在修正好的路网上，得到相关评价指标。
2 GISDK简介
GISDK是TransCAD 软件的二次开发工具,它最重要的组成部分是Caliper Script 编程语言。GISDK由编译器、调试器和运行工具箱组成。编译器接受Caliper 脚本代码,创建一种能在TransCAD 平台下运行的数据库；调试器在测试条件下运行Caliper Script ；运行工具箱的功能是运行编译器、调试器和程序。通过应用GISDK函数，几乎可以扩展和定制任何功能[3]。
TransCAD 软件宏的开发不需要特殊的编程环境,采用记事本就可编写,然后存为*.rsc 文件。编写完宏后，启动TransCAD ,选择Tools – Add-ins，显示Add - ins 对话框，然后选择GIS Developer’s Kit 即可进行编译调试。编译调试完成后，即可执行宏，完成相应的任务，生成用户界面。
3 路网构建
3.1 问题的形式
现有该城市公路网的AutoCAD格式地图，导入TransCAD后生成路网线层如图1所示，在一般比例下观察，很难发现虚连接问题，但将其局部放大约100倍后，可以发现不少虚连接，一般形式有三种，如图2所示。观察这三种形式，可知如果与某节点相连的连接线不大
基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)，（2007AA11Z205）
多于2条，则很可能出现虚连接问题。
图1 路网线层
Fig. 1 Line layer of Road Network
(a) (b) (c)
图2 虚连接问题的三种形式
Fig. 2 Three Forms of Virtual Connection
3.2 解决方法
本文解决此问题的思路包含两块：节点检查和路网修正。流程图分别如图3、图4所示。利用GISDK实现此功能并生成用户界面如图5所示。利用节点检查模块，可以得到所有潜在的虚节点，生成一个选择集，并显示在地图上。然后根据实际情况，对该点集进行适当调整，并利用路网修正模块修改路网。即使某潜在虚节点不是虚连接，也只会增加路网修正模块运行时间，不会改变该节点特性。
图3 节点检查模块流程图图4 路网修正模块流程图
Fig.3 Flow Diagram of Connection Check Fig. 4 Flow Diagram of Network Correction
在路网修正模块中，使用GetLine()函数获取潜在虚节点的连接线特征点坐标信息。在使用CoordToLineDistance()函数获取离节点最近特征点信息时，必须先将其连接线删除，否则得到的将是改节点本身的信息。如果获得的最近点是连接线上的特征点，而非节点，还需要使用SplitLink()函数将连接线处分离并产生新节点。在重绘连接线的过程中，首先要将GetLine()函数获得连接线特征点坐标数组中的虚节点处坐标用最近点坐标代替，然后使用AddLink()函数及坐标数组添加连接线。
图5 路网修正工具箱
Fig.5 Tool Box of Network Correction
3.3 实例演示
第一步，由AutoCAD格式文件导入生成的路网线层上运行“路网修正”工具箱，并点击按钮，调用节点检查模块，执行完毕后可以发现在断点层中产生“修正点集”选择集，并在地图上用红点标出潜在虚节点，如图6中(a)所示（该图虚节点较多，近1000个）。
(a) (b) (c)
图6 路网修正过程
Fig.6 Process of Network Correction
第二步，利用TransCAD本身的工具，量出几个虚节点处的缝隙长度，即该节点与最近轮廓点之间的距离，发现均为0.02km左右。故设置“查询范围”值为0.05。
第三步，在“修正点集”下拉框中选择潜在虚节点集合，即第一步产生的“修正点集”选择集。点击，运行路网修正模块。在程序运行过程中，可以发现红点逐渐消失，如图6中(b)所示，表示潜在虚节点正被逐一修正。因为该路网虚节点较多，程序在Inel(R) Pentium(R) processor 1.70GHz,512MB内层的笔记本电脑上运行约15分钟后完成。地图上红点全部消除，并弹出错误提示，如图6中(c)所示。检查图2中所示虚节点处连接情况，如图7所示，均得到较好的修正。
(a) (b) (c)
图7 路网修正结果
Fig.7 Result of Network Correction
4 路网结构评价
路网修正后，建立小区面层及网络文件。在线层中根据道路等级创建选择集，在节点层中创建重要节点的选择集。完成准备工作后便可以进行路网结构评价。
4.1 评价指标选择
本文仅对路网的结构进行初步的评价，指标选取如图8所示。
图8 路网评价指标
Fig.8 Guidelines of Road Network Evaluating
（1）路网密度
路网密度是指城市各等级道路总长与城市用地总面积之比,公式为：
S
L
D i
i
=
（1）
式中D i──i级路网密度；
L i──i级道路总长；
S ──城市用地面积。
（2）公路网等级水平指数
公路网等级水平指数是指区域内各路段修正技术等级的加权平均值，计算公式如下：∑
∑?
=
i L
i J
i L
J
（2）
式中Li ──第i条公路（或路段）的里程；
J i──第i条公路（或路段）的等级换算系数，高速公路为0，一级公路为1，二级公路为2，三级公路为3，四级公路为4，其它公路为5。
（3）非直线系数
非直线系数ξ定义为路网各节点间实际线路总里程与直线总里程之比，非直线系数便是衡量路线便捷程度的重要指标。
（4）连接度。连接度是指网络中实际的连接线数与其最大可能连接线数之比,用r 表示,计算公式为:
r = L/3 ( V - 2) （3）
式中: L ──连接数；
V ──节点个数。
连接度可以衡量网络的复杂程度, r值越小,交通流网络越简单,反之则网络越复杂[4]。
4.2 评价指标计算
利用GISDK编制指标计算对话框，如图9中(a)所示，输入小区面积、路段长度等字段及重要节点选择集，选中需要计算的指标，点击确定按钮后，弹出对话框即可得到指标计算结果如图9中(b)所示，并在软件目录下产生“路网评价.txt”文件，记录计算结果。
(a) (b)
图9 路网评价输入和输出
Fig.9 Input and Output of Road Network Evaluating
4.3 计算结果分析
根据评价指标计算结果可知，在路网规模方面，吴江市的公路网密度为0.98km/km2与周边其他城市比较（如表1所示），相对落后。公路网水平等级指数计算为3.00，这说明吴江市公路网的平均等级为三级，这是相当低的。
表1 公路网密度比较
Table 1 Comparison of Road Network Density
吴江常熟张家港太仓昆山
0.98 1.13 1.20 1.02 1.25
在路网几何特性、成网率方面，一般要求非直线系数不大于1. 4 ,即不出现有反向迂回的线路,尽量控制在1. 1～1. 2 之间为好,否则会大大增加出行者费用。吴江市公路网的非直线系数1.3，满足一般要求。连接度约为0.5，说明网络路径丰富，连通性较好。
5 结论
本文结合吴江市公路网实例，总结了将AutoCAD格式文件导入TransCAD后线层连通性问题的三种表现形式，利用GISDK开发工具编制了路网修正工具箱，对吴江市公路网线层进行了修正，经检验后发现结果较为理想。在修正后的路网上利用GISDK编制的评价指标计算工具，得到了相关评价指标，对吴江市公路网的作了初步的评价。在TransCAD平台上，利用GISDK开发工具，并结合其他软件还可以构建更加复杂的系统[5]，而在这方面，还有待进一步的研究。
参考文献
[1]刘学军,徐鹏.交通地理信息系统[M].北京：科学出版社，2006.
[2]周伟,吕连恩,王元庆.OD拟合分析数据可视化优化方法研究[J].交通与计算机, 2004(4):13-16.
[3]涂圣武,张海军,罗洪波,王永忠.基于GISDK的TransCAD 软件宏的开发与应用[J].公路与汽运,2006(4):45-47.
[4]钱雪娟. 城市路网结构评价方法探讨[J]. 交通科技与经济,2007, (2):88-93.
[5]HUANG Bo, PAN Xiao-hong. GIS coupled with traffic simulation and optimization for incident response[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2007, 31(2):116-132.
Construction and Analysis of Road Network Based on
GISDK
Li Dawei,Cheng Lin
School of Transportation, Southeast University,Nanjing (210096)
Abstract
In engineering practice, vector maps in other formats are often imported to TransCAD for building road networks. This paper aims at the line layer connectivity problem after importing vector maps with examples. Virtual connections forms are summarized, and a toolbox is programmed with GISDK to check nodes and modify road network automatically. In this paper, another toolbox is proposed to calculate the evaluating guidelines of road network, and a preliminary analysis is conducted based on the fixed network.
Keywords: road network construction;TransCAD;secondary development;road network evaluating CLC number: U491 Document code: A
作者简介：
李大韦（1987-），男，博士研究生在读，研究方向为交通规划与管理。
联系人：李大韦
通讯地址：南京市玄武区东南大交通学院程琳课题组（邮编：210096）