专利名称：应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法
技术领域：
本发明涉及到一种在市政、交通管理等行业进行空间数据建模与管理的方法，尤 其是为了更好的组织和管理交通信号、道路交通等行业的空间数据资源，包括非空间数据 模型和空间数据模型，对传统建模方法进行了优化和抽象化设计的方法，充分利用了交通 信号系统的星形空间特点，不同于一般的空间数据建模，结合交通信号时序，达到了城市交 通信号管理系统中建模建库管理的统一性，可以快速的创建各种交通系统的空间及非空间 数据模型，真正实现了空间数据基于时空范围的多维管理，具体地说是一种应用于交通信 号系统空间数据资源管理的星形结构智能建模方法。
背景技术：
目前国内外比较流行的空间数据建模方法主要是采用第三方GIS平台软件进行 建库，只解决了空间数据的以文件或数据库方式的存储问题(比如采用Autodesk Map/ ArcGis/Mapinfo等平台)，即建好库的空间数据没有对这种复杂的关系进行自动识别和判 断的能力。所以当用户需要实施一个基础空间数据模型的管理信息系统时，除了根据GIS 平台软件创建基本的图层外，要实现复杂的空间关系等高级功能，比如对矢量图层以及之 间建立约束关系、空间关系；就需要使用平台的接口进行二次开发实现，这本身就增加了客 户解决方案的时间成本和财务成本；而且后续维护还需要投入技术服务成本进行升级更 新。当前的空间数据建模方法只是利用了目前关系数据库系统中数据表的基本特性， 支持基本的数据类型和空间几何类型；与系统业务功能及外部服务不能灵活的建立接口关 系。特别是对交通信号行业，空间建模和时间的建模是分离的，不能实现综合性的管理和分 析，以及满足客户空间数据资源管理的需要。
发明内容
本发明的目的是针对传统建模方法中的单一性、数据模型管理，空间和时间分离 建模或定义，以及二次开发的复杂性的问题，提出的一种能比较好地解决城市基础信息资 源建模，特别是交通信号、交通管理等行业中应用于交通信号系统管理的星形结构智能建 模方法。本发明的技术方案是一种应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，它包括以下步骤步骤一对交通信号系统空间数据资源进行抽象，创建交通信号业务模型对象 所述的交通信号系统空间数据资源包括各种等级和类别的交通信号、信号位置、方向线 和参考位置；所述的交通信号业务模型对象包括交通信号(TR_SIGNAL)、信号位置(TR_ LOCATION)、方向线(TR_LINE)和参考位置(TR_REF_SIGNAL)；其中针对参考位置(TR_REF_SIGNAL)模型在交通系统中特殊性，我们扩展了空间 几何类型的定义一般空间几何类型包括点、线、面甚至多点、多线、多面等复杂几何对象，不过都没有专门的方向性描述，针对交通信号系统的特殊性，我们扩展定义了一种新的空 间几何类型ADO (特殊的注记几何对象，英文全称Annotation Discriminator Object)，就 是一种带方向的点对象，而且这个方向决定于其他与之相近而且有一定关系的几何对象面 (Polygon)或线对象(Line/MultiLine)。参考位置(TR_REF_SIGNAL)的空间几何类型就是 ADO类型。步骤二 交通信号业务模型的星形关系定义交通信号的空间布局为星形结构， 定义四种交通信号业务模型之间的关系如下，在一个信号位置附近有多个交通信号存在，它们之间为l:n关系，每个交通信号都有一个参考位置即空间信息，它们之间为1:1关系，每个交通信号均通过多条方向线连接到其他设备，它们之间为l:n关系；在空间位置上以信号位置为中心的连接多个交通信号以及方向线，构成一个星形 的网络结构，而且通过上述关系定义使得这种星形模型具有方向性；步骤三交通信号业 务模型时序逻辑规则定义所述的交通信号业务模型时序逻辑规则是对信号状态实时变化 的规则的定义，同时结合空间位置以及方向角度，在信号变化时对其他空间对象或者交通 车辆、行人的影响进行性规则的描述，信号实时数据存储规则的定义；步骤四交通信号业务模型的数据模板定义所述的交通信号业务模型数据模板 用于批量生成具有类似标准的交通信号业务模型对象数据，该交通信号系统数据模板包括 若干个具有步骤二中所述关联关系的业务模型的属性，这些属性在模板中批量输入或自动 从关联对象拷贝；步骤五交通信号业务模型索引、代码维护交通信号业务模型的具体数据具有 严格的定义，索引或代码，包括具有唯一约束的定义或特定范围值内具有唯一约束的定义； 即交通信号业务模型具有唯一识别或分类特征的索引或代码，它们以指定的前缀加自动序 列编号，来自动生成该唯一属性值，其中前缀为若干属性的组合，包括具有相关关系的几何 基本模型的属性；信号位置以“信号分类+交通信号位置代码”定义为唯一索引；交通信号以“信号分类+交通信号位置代码+信号子类+信号代码”定义为唯一 索引，即代码在特定空间范围内唯一；方向线以“信号分类+信号方向+设备编号”定义为唯一索引；参考位置以“信号分类+参考位置代码”定义为唯一索引；步骤六交通信号业务模型符号化定义它包括对主要要素和子要素的定义；其中主要要素是对交通信号业务模型对象的渲染定义，控制基本模型对象在 地图上的显示样式；交通信号基本模型的空间几何类型包括线/多线/曲线即Line/ MultiLine/Curve，点/多点即Point/MultiPoint，特殊的注记几何对象点ADO(特殊的注记 几何对象，英文全称Annotation Discriminator 0b ject)，对应到地图上则显示样式为几 何线段和点对象；主要要素的符号化定义即指对几何线段线型、颜色、粗细的定义，对几何面的边框 颜色、边框粗细，填充颜色，透明度的定义，对点对象的符号库或名称、显示比例、符号大小 的定义；子要素由主要要素扩展而来，一个主要要素附加多个子要素；即每种交通信号业务模型都定义了多个空间几何类型为点的标签对象，它存在于交通信号对象附近，实现地 图上对交通信号业务模型对象的标注；标注内容包括交通信号位置代码、交通信号代码、道 路类别；子要素定义包括标注内容显示的字体、颜色、大小、旋转角度、离被标注对象的偏移 量；步骤七交通信号业务模型服务接口定义该服务接口包括地图目录服务接口 (Map Catalog Service)，模型信息服务接口(Information Service)，模型编辑服务接口 (Editing Service)，模型关系服务接口 (Link Service)，模型定义服务接口 (Meta data Definition Service)，模型符号化服务接口(Presentation Service)，信号监控信息服务 接口(Monitor Information Services)；前六种接口服务是所有交通信号管理或监控系 统应用的基础，对交通信号空间信息管理，信号监控信息服务接口(Monitor Information Services)是交通信号时间维上的信息管理；步骤八在交通及信号管理行业的应用四种交通信号基本模型的内部均实现并 开放了如步骤七所述的服务接口，在主流CAD/GIS客户端平台上，通过WebServices调用上 述服务接口，进行交通信号设计与信息维护、空间查询和专题分析；显示监控信息、历史数 据检索。本发明的交通信号业务模块包括交通信号(TR_SIGNAL)描述各种交通信号，包括停止信号、左转弯、单行道和禁止 某吨位车辆通行，具有信号分类、信号标志、辅助信号、高度、直径、年份的属性；空间几何类 型为线对象，线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve ；信号位置(TR_L0CATI0N)描述交通信号所在空间位置的对象，包括信号架杆，具 有直径、长度、数量、安装年份、道路类别、所属单位；空间几何类型为点对象，点/多点即 Point/MultiPoint ；参考位置(TR_REF_SIGNAL)描述交通信号中方向标志，在设计交通信号系统时， 要设定交通信号的位置，需要有指向某一方向或辐射范围的标志点，这个方向的角度与交 通信号线、交通信号都有空间关系，空间几何类型为ADO(特殊的注记几何对象，英文全称 Annotation Discriminator Object)；方向线(TR_LINE)描述了连接交通信号灯等到灯杆或设备分接箱的导线和电缆， 空间几何类型为线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve ；所述的交通信号系统空间数据资源包括指挥灯信号、人行横道灯信号、交通指挥 棒信号和手势信号，各种连接设备。本发明的步骤一中，四种交通信号业务模块都是空间几何对象，创建为空间数据 库对象并保存到空间关系数据库中时，既包括空间几何属性字段，也有若干不同数据类型 的一般属性字段。本发明的步骤二中所述的业务模型，它的属性数据类型既包括一般数据库类型， 也包括扩展的数据类型操作用户、字典域，空间域，业务属性等，这些属性都与业务处理具 有一定的关系。本发明的步骤三中，交通信号根据分类包括机动车通行信号、非机动车通行信 号、行人通行信号；机动车通行信号又包括重型货车、中型客货车信号、小汽车通行信号、 二三轮轻便机动车通行信号；
设定通行状态定义为允许通行为逻辑真TRUE，不能通行为逻辑假FALSE，那么定义时序逻辑规则如下 机动车通行信号、非机动车通行信号信号在同一方向上不能同时为真； 机动车通行信号、行人通行信号信号在同一方向上不能同时为真； 同一位置的不同方向的机动车信号不能同时相同，状态互斥； 同一位置的相同方向的非机动车/行人信号可以同时相同； 重型货车的通行信号只能在特定时间段工作，其他时间段只能为逻辑假 FALSE ； 商业步行街类似道路不允许添加机动车通行信号； 高速公路、省市高等级公路不允许添加行人通行信号。本发明的步骤四中，所述的类似规划标准的交通信号指在交通信号设计阶段，某 一个区域的交通信号系统含有多个一般属性值相近的交通信号位置，每个交通信号位置又 连接很多一般属性值相近的交通信号，同样这些交通信号都连接着若干一般属性值相近的 方向线或参考位置点，空间上构成了一个星形网络结构。本发明的步骤七中，交通信号模型数据的业务应用通过调用所有对外开放的接口 功能来实现。本发明的步骤八中，空间数据模型是所有服务接口的基础；地图目录服务接口和 模型信息服务接口是检索浏览地图数据的基础服务；模型编辑服务接口响应客户端对具体 模型对象的修改和更新并保存到数据库，支持地图编辑；模型符号化服务接口对外提供模 型对象符号化定义信息；模型业务信息服务接口是所有属性查询统计、专题数据分析的基 础性服务；模型定义服务接口和模型关系服务接口是空间数据模型的属性接口，用于系统 内部使用，不对外提供服务，信号监控信息服务接口是交通信号在时间维上的信息管理。本发明的有益效果本发明提供的建模方法，充分利用了交通信号系统的星形空间特点，不同于一般 的空间数据建模，结合交通信号时序，达到了城市交通信号管理系统中建模建库管理的统 一性，可以快速的创建各种交通系统的空间及非空间数据模型，真正实现了空间数据基于 时空范围的多维管理，达到了城市基础数据资源建模建库管理的统一性，可以快速的创建 各种空间及非空间数据模型，特别是交通信号系统的空间数据模型，很好地满足了城市信 息化管理中对于交通信号系统资源的有效管理，具有很大的推广意义。本发明的智能空间数据对象建模方法是为了建立一个灵活的具有通用性质的空 间数据建模平台而设计，可以一次性定制具有多种属性的信息包括基本数据类型、自定义 类型(数据域、操作用户、地理对象等等)，而且能和业务管理功能、其他地理图层自动产生 关联关系。这种业务模型包含了一个或多个地理图层的数据信息、空间几何类型、之间相关 约束关系和空间关系。采用本发明的建模方法可以快速构建出一个能够有效地对交通信号系统业务数 据进行有效管理和决策分析的空间信息化系统；使客户端系统更大程度地脱离了对关系数 据库定义的依赖，可以使客户端系统更多地专注于对业务逻辑的深度挖掘分析；同时减少 对第三方GIS平台软件依赖程度，降低地理信息系统建设单位的建设投资成本；减少系统 建设的周期和后期技术维护的服务成本。
本发明采用星形网络，它的优点是根据辐射范围快速检索最多的交流流量以及 噪音辐射的范围；优化交通信号的空间规划，以及更加高效的管理交通信号的运行状态； 在空间上检修维护工作充分利用现有资源，提高交通管理工作的效率；在时间维度上利用 时序信息，采用四维管理，有利于历史信息回顾、分析；在交通运行监控上有益于广泛应用； 能和其他交通监控信息或系统容易建立互相调用接口，实现最大限度的资源共享。
图1是本发明的流程图。图2是本发明的模型元数据内部关系示意图。图3是本发明的模型对象之间关系定义示意图。图4是本发明在交通信号管理信息系统中定义的交通信号、信号位置、方向线和 参考位置四个对象的关系示意图。图5是本发明对模型符号化设计的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，一种应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，它包括以 下步骤步骤一对交通信号系统空间数据资源进行抽象，创建交通信号业务模型对象 所述的交通信号系统空间数据资源包括各种等级和类别的交通信号、信号位置、方向线 和参考位置；所述的交通信号业务模型对象包括交通信号(TR_SIGNAL)、信号位置(TR_ LOCATION)、方向线(TR_LINE)和参考位置(TR_REF_SIGNAL)；其中针对参考位置(TT_REF_SIGNAL)模型在交通系统中特殊性，我们扩展了空间 几何类型的定义一般空间几何类型包括点、线、面甚至多点、多线、多面等复杂几何对象， 不过都没有专门的方向性描述，针对交通信号系统的特殊性，我们扩展定义了一种新的空 间几何类型ADO (特殊的注记几何对象，英文全称Annotation Discriminator Object)，就 是一种带方向的点对象，而且这个方向决定于其他与之相近而且有一定关系的几何对象面 (Polygon)或线对象(Line/MultiLine)。参考位置(TR_REF_SIGNAL)的空间几何类型就是 ADO类型。交通信号系统的数据模型，如下四表所示
权利要求
一种应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，其特征是它包括以下步骤步骤一对交通信号系统空间数据资源进行抽象，创建交通信号业务模型对象所述的交通信号系统空间数据资源包括各种等级和类别的交通信号、信号位置、方向线和参考位置；所述的交通信号业务模型对象包括交通信号(TR_SIGNAL)、信号位置(TR_LOCATION)、方向线(TR_LINE)和参考位置(TR_REF_SIGNAL)；步骤二交通信号业务模型的星形关系定义交通信号的空间布局为星形结构，定义四种交通信号业务模型之间的关系如下，在一个信号位置附近有多个交通信号存在，它们之间为1:n关系，每个交通信号都有一个参考位置即空间信息，它们之间为1:1关系，每个交通信号均通过多条方向线连接到其他设备，它们之间为1:n关系；在空间位置上以信号位置为中心的连接多个交通信号以及方向线，构成一个星形的网络结构，而且通过上述关系定义使得这种星形模型具有方向性；步骤三交通信号业务模型时序逻辑规则定义所述的交通信号业务模型时序逻辑规则是对信号状态实时变化的规则的定义，同时结合空间位置以及方向角度，在信号变化时对其他空间对象或者交通车辆、行人的影响进行性规则的描述，信号实时数据存储规则的定义；步骤四交通信号业务模型的数据模板定义所述的交通信号业务模型数据模板用于批量生成具有类似标准的交通信号业务模型对象数据，该交通信号系统数据模板包括若干个具有步骤二中所述关联关系的业务模型的属性，这些属性在模板中批量输入或自动从关联对象拷贝；步骤五交通信号业务模型索引、代码维护交通信号业务模型的具体数据具有严格的定义，索引或代码，包括具有唯一约束的定义或特定范围值内具有唯一约束的定义；即交通信号业务模型具有唯一识别或分类特征的索引或代码，它们以指定的前缀加自动序列编号，来自动生成该唯一属性值，其中前缀为若干属性的组合，包括具有相关关系的几何基本模型的属性；信号位置以“信号分类+交通信号位置代码”定义为唯一索引；交通信号以“信号分类+交通信号位置代码+信号子类+信号代码”定义为唯一索引，即代码在特定空间范围内唯一；方向线以“信号分类+信号方向+设备编号”定义为唯一索引；参考位置以“信号分类+参考位置代码”定义为唯一索引；步骤六交通信号业务模型符号化定义它包括对主要要素和子要素的定义；其中主要要素是对交通信号业务模型对象的渲染定义，控制基本模型对象在地图上的显示样式；交通信号基本模型的空间几何类型包括线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve，点/多点即Point/MultiPoint，特殊的注记几何对象点ADO Point，对应到地图上则显示样式为几何线段和点对象；主要要素的符号化定义即指对几何线段线型、颜色、粗细的定义，对几何面的边框颜色、边框粗细，填充颜色，透明度的定义，对点对象的符号库或名称、显示比例、符号大小的定义；子要素由主要要素扩展而来，一个主要要素附加多个子要素；即每种交通信号业务模型都定义了多个空间几何类型为点的标签对象，它存在于交通信号对象附近，实现地图上对交通信号业务模型对象的标注；标注内容包括交通信号位置代码、交通信号代码、道路类别；子要素定义包括标注内容显示的字体、颜色、大小、旋转角度、离被标注对象的偏移量；步骤七交通信号业务模型服务接口定义该服务接口包括地图目录服务接口(Map Catalog Service)，模型信息服务接口(Information Service)，模型编辑服务接口(Editing Service)，模型关系服务接口(Link Service)，模型定义服务接口(Meta data Definition Service)，模型符号化服务接口(Presentation Service)，信号监控信息服务接口(Monitor Information Services)；前六种接口服务是所有交通信号管理或监控系统应用的基础，对交通信号空间信息管理，信号监控信息服务接口(Monitor Information Services)是交通信号时间维上的信息管理；步骤八在交通及信号管理行业的应用四种交通信号基本模型的内部均实现并开放了如步骤七所述的服务接口，在主流CAD/GIS客户端平台上，通过WebServices调用上述服务接口，进行交通信号设计与信息维护、空间查询和专题分析；显示监控信息、历史数据检索。
2.根据权利要求1所述的应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，其特征 是所述的交通信号业务模块包括交通信号(TR_SIGNAL)描述各种交通信号，包括停止信号、左转弯、单行道和禁止某吨 位车辆通行，具有信号分类、信号标志、辅助信号、高度、直径、年份的属性；空间几何类型为 线对象，线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve ；信号位置(TR_L0CATI0N)描述交通信号所在空间位置的对象，包括信号架杆，具有直 径、长度、数量、安装年份、道路类别、所属单位；空间几何类型为点对象，点/多点即Point/ Multipoint ；参考位置(TR_REF_SIGNAL)描述交通信号中方向标志，在设计交通信号系统时，要 设定交通信号的位置，需要有指向某一方向或辐射范围的标志点，这个方向的角度与交通 信号线、交通信号都有空间关系，空间几何类型为ADO(特殊的注记几何对象，英文全称 Annotation Discriminator Object)；方向线(TR_LINE)描述了连接交通信号灯等到灯杆或设备分接箱的导线和电缆，空间 几何类型为线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve ；所述的交通信号系统空间数据资源包括指挥灯信号、人行横道灯信号、交通指挥棒信 号和手势信号，各种连接设备。
3.根据权利要求1所述的应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，其特征 在于，步骤一中，四种交通信号业务模块都是空间几何对象，创建为空间数据库对象并保存 到空间关系数据库中时，既包括空间几何属性字段，也有若干不同数据类型的一般属性字 段。
4.根据权利要求1所述的应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，其特 征在于，步骤二中所述的业务模型，它的属性数据类型既包括一般数据库类型，也包括扩展 的数据类型操作用户、字典域，空间域，业务属性等，这些属性都与业务处理具有一定的关 系。
5.根据权利要求1所述的应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，其特征在于，步骤三中，交通信号根据分类包括机动车通行信号、非机动车通行信号、行人通行信号；机动车 通行信号又包括重型货车、中型客货车信号、小汽车通行信号、二三轮轻便机动车通行信 号；设定通行状态定义为允许通行为逻辑真TRUE，不能通行为逻辑假FALSE， 那么定义时序逻辑规则如下机动车通行信号、非机动车通行信号信号在同一方向上不能同时为真； 机动车通行信号、行人通行信号信号在同一方向上不能同时为真； 同一位置的不同方向的机动车信号不能同时相同，状态互斥； 同一位置的相同方向的非机动车/行人信号可以同时相同； 重型货车的通行信号只能在特定时间段工作，其他时间段只能为逻辑假FALSE ； 商业步行街类似道路不允许添加机动车通行信号； 高速公路、省市高等级公路不允许添加行人通行信号。
6.根据权利要求1所述的应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，其特征 在于，步骤四中，所述的类似规划标准的交通信号指在交通信号设计阶段，某一个区域的交 通信号系统含有多个一般属性值相近的交通信号位置，每个交通信号位置又连接很多一般 属性值相近的交通信号，同样这些交通信号都连接着若干一般属性值相近的方向线或参考 位置点，空间上构成了一个星形网络结构。
7.根据权利要求1所述的应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，其特征 在于，步骤七中，交通信号模型数据的业务应用通过调用所有对外开放的接口功能来实现。
8.根据权利要求1所述的应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，其特征 在于，步骤八中，空间数据模型是所有服务接口的基础；地图目录服务接口和模型信息服务 接口是检索浏览地图数据的基础服务；模型编辑服务接口响应客户端对具体模型对象的修 改和更新并保存到数据库，支持地图编辑；模型符号化服务接口对外提供模型对象符号化 定义信息；模型业务信息服务接口是所有属性查询统计、专题数据分析的基础性服务；模 型定义服务接口和模型关系服务接口是空间数据模型的属性接口，用于系统内部使用，不 对外提供服务，信号监控信息服务接口是交通信号在时间维上的信息管理。
全文摘要
一种应用于交通信号系统管理的星形结构智能建模方法，包括以下步骤对交通信号系统空间数据资源进行抽象；交通信号业务模型的星形关系定义；交通信号业务模型的数据模板定义；交通信号索引、代码维护；交通信号对象符号化定义；交通信号服务接口定义和交通信号数据模型的使用。本发明提供的建模方法，充分利用了交通信号系统的星形空间特点，不同于一般的空间数据建模，结合交通信号时序，达到了城市交通信号管理系统中建模建库管理的统一性，可以快速的创建各种交通系统的空间及非空间数据模型，真正实现了空间数据基于时空范围的多维管理，很好地满足了城市信息化管理中对于各种信息资源的有效管理，具有很大的推广意义。
文档编号G06F17/30GK101950295SQ20101025567
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者冯强, 周继山, 沈瑞 申请人:南京中图数码科技有限公司