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1、基于GIS交通网络的建筑物内部三维网络模型研究论文导读:：本文在二维交通网络逻辑数据模型基础上，讨论了概念化的楼层网络，进行了建筑物内部连通的三维网络模型的研究。基于ArcGIS的交通网络模型建立了试验区的建筑物内部三维网络模型，并给出分析结果，该方法为建筑物内部三维网络模型研究提供了技术支持。论文关键词：交通网络，GIS，三维网络模型，建筑物内部 1引言地理信息系统（GIS）数据模型是地理实体的抽象表示。数据模型是通过数据手段对现实世界进行的抽象，是操作与完备性规则都经过形式化定义的目标集合及表达数据库中数据逻辑组织的指导方针1。数据模型决定了需要在数据库中表达的特征及其如何描述它
2、们之间的相互关系，定义了其在数据上的各种操作。交通地理信息系统已成为GIS技术最重要的应用领域之一2。城市交通网络数据模型分为两个主要部分，一个是建筑物外部使用多模式的交通网络，另一个建筑物内部的交通网络。随着GIS在交通领域应用的深入，建筑物外部交通网络模型的研究已经相当成熟，但是国内对于建筑物内部的交通网络数据模型的研究很少见诸于文献。许多交通相关的应用，诸如紧急调度、路径规划和疏散计划等需要准确预测从应急设施到目的地时间。在城区，尤其是在中央商务区，有大量的人员在大楼内部进行商业和相关的活动，目的地也很可能发生在市区的某个高层建筑的内部。因此小学语文教学论文网，要确定到达目的地的最佳路线
3、，不仅需要到建筑物的入口，而且是到达建筑物内部的最佳途径。由于它是三维的，建筑物内部的交通网络建模比较复杂。为了支持城市公众出行信息服务和交通管理等应用，需要研究建筑物内部的三维交通网络数据模型和相关技术，同时必须与建筑物外部交通网络模型无缝融合。目前，经典的商用GIS软件还不能完全满足这种需求3。在二维GIS 交通网络研究中，结点-弧段多模式交通网络模型广泛应用。结点-弧段模型确定二维直角坐标系中点、线实体的坐标中国知网论文数据库。一些矢量GIS数据模型也允许储存实体的Z值。然而，这的Z值，只是用来作为实体的属性，而不是从坐标系中获得。因此，虽然这种矢量数据模型对于三维实体可视化是很有用的，
4、但是无法确定三维实体的拓扑关系，如三维连通性等。高层建筑物内部的连通实质上是一个三维连通的求解问题，当前成熟的二维GIS 交通网络研究为三维连通研究提供了很好的基础。本文在结点-弧段关系的二维交通网络逻辑数据模型基础上，提出了建筑物内部连通的三维网络模型。基本思想是应用基于楼层的二维网络数据模型，把建筑物的每个楼层作为一个模式的二维子网络，楼梯和电梯作为的楼层之间，也就是多模式之间的垂直连通，建立具有城市交通网络路径分析功能的连通分析方法。最后，使用GIS软件ArcGIS提供的网络数据模型建立了建筑物内部楼层三维连通模型。2网络模型当前对城市交通网络数据模型的研究主要有五种类型：传统的结点-弧
5、段模型、静态分段技术下的结点-弧段模型、动态分段技术下的结点-弧段模型、基于车道的数据模型和基于车道的三维数据模型4。网络模型除具有一般网络的弧段、结点间的抽象拓扑关系之外，还具有GIS空间数据的几何定位特征和地理属性特征（拓扑关系是地理对象在空间位置上的相互关系，如节点与线、线与面之间的连接关系）。结点-弧段模型的基本要素主要有结点、弧段、转向表小学语文教学论文网，图1是网络示意图。图1 网络示意图Figure1Sketch map of the network结点是网络中弧段相连接的地方。结点在实际问题中可以表示道路交叉口、河流交汇点等要素。结点和弧段各自对应一个属性表，它们的邻接关系通过
6、属性表的字段来关联。弧段就是网络中的一条边，弧段通过结点和其它的弧段相连接，每个弧段和两个结点相连。弧段可用于表示现实世界网络中的运输网络的高速路、铁路，电网中的传输线和水文网络中的河流等。弧段之间的相互联系是具有拓扑结构的。转向表是一个记录表，在对道路进行网络分析的时候，我们经常会遇到十字路口、三岔口等的情况，这时就需要使用转向表根据实际需求控制车辆的转向和转弯所需的耗费。用来存储从一个弧段经过结点到达另外一个邻接弧段的耗费值。转弯耗费通常是有方向性的，转弯的负耗费或零耗费值一般为禁止转弯。近年来，网络模型领域出现了一些革命性的发展，其中最值得注意的是非平面多模式网络模型的发展，它放松了平面
7、强化需求，允许交通特征与联接关系的更有效和更精确表达。编辑与维护非平面网络的技术已经在GIS业界逐渐成熟。许多GIS软件都具有非平面多模式网络模型功能，如ArcGIS、SuperMap等。当然，这些是直接支持建筑物外部的交通网络模型，对于建筑物内部的网络模型并没有直接的支持。3建筑物内部建模3.1 概念化楼层网络大多数高层建筑物可概括为由垂直进入系统（如楼梯和电梯）连通的楼层网络。为了表示交通网络，走廊和接入系统构成的结点-弧段模型不能有效的实现建筑的三维网络。从二维角度看，建筑网络的一层通常与其他楼层是重叠的。因此，网络连通需要考虑楼层的重叠。一栋高层建筑可被概念化成由独立的楼层组成。将这些
8、楼层进一步细分为房间和走廊中国知网论文数据库。走廊作为连通一个楼层所有房间、入口和出口点的主要环节。建筑物内部的运动主要发生在这些走廊上。因此，走廊构成了运动的主要网络特征。建筑物由楼梯、电梯和门组成进入系统，使运动能从建筑内部连通到外部。高层建筑简化的概念表示如图2所示。因此，每个楼层都有其自身的走廊网络，而且这些独立的楼层网络由楼梯和电梯来连通。在GIS数据库建模时小学语文教学论文网，楼层上的走廊应该是多边形特征，但是网络数据模型只能由线和点组成。因此，多边形走廊要素需要转换成一个线要素，线是多边形的中线，这种中线可以用中轴变换得到5。由楼梯、电梯和门组成的进入系统用点特征建模，走廊连到这
9、些点上。建筑物内部的网络可概念化为由走廊线和电梯、楼梯点组成，走廊线上重叠的点作为楼层间垂直连通点。图2 概念化楼层网络Figure2Conceptualizing floor network学者Lee，J.使用对偶图表示几何网络和逻辑网络实现了三维网络连通的拓扑模型5。大多数的GIS软件只有三维可视化功能，但是缺乏诸如三维连通等三维分析的功能。如果每一楼层网络是一个独立的子网络，各子网络之间的连通只允许在预先确定的点，即使他们是重叠的，那么楼层之间垂直连通关系就能有效地表示。因此，各楼层子网络组成了多模式的网络模型，多模式之间通过电梯和楼梯点来连通，用来表示各楼层子网络的三维连通。所以，可以
10、用具有多模式网络模型的二维GIS软件来实现建模内部的三维网络模型。3.2 楼层间的网络模型我们用概念化的数据模型来表示楼层网络，用它为楼层间垂直的连通关系建模。要实现建筑物内部模型的网络分析，往返楼层所需的时间在决策过程中起重要的作用。因此，数据模型需要有建筑物楼层子网络的旅行代价和楼层间的旅行代价。对于楼层子网络的旅行代价，我们通过关联旅行代价到网络的属性上来实现；对于楼层间的旅行代价，我们使用数学模型实时计算和分析。基于网络的成本属性是作为旅行代价按比例分配到网络边上。如一个称为TravelTime的成本属性可以用来存储遍历在某个特定的网络边上所需要的时间。由于行走有不同方向，所需的时间可
11、能不同，用两个成本属性字段（如小学语文教学论文网，FromTime,ToTime）来存储一个给定边的成本。为了建立从建筑物内部一个地点到另一个地点所需时间的模型，楼层子网络的每个走廊线属性用两个旅行时间关联，建立每个方向上的旅行代价模型。旅行时间通过实际测量或使用平均步行速度和走廊线路的长度来计算。楼层子网络描述：FloorSubNet = FloorNod，FloorLink，FloorMode。其中FloorNod表示楼层子网络的结点；FloorLink表示楼层子网络的走廊边线；FloorMode表示楼层子网络的楼层类型。FloorLink的关系模式定义是：FloorLink（Biuldi
12、ngID，FloorNumber，CorridorID，FT_Minutes，TF_Minutes），BiuldingID为建筑物ID，FloorNumber为楼层数，CorridorID为走廊ID，FT_Minutes为去行时间，TF_Minutes为回行时间。楼梯和电梯之间的垂直连通用一个点特征来建模，即通过一个代表电梯或楼梯的点特征来连通两个楼层，这种垂直运动是有旅行代价的。在使用电梯的情况下，旅行代价所需的时间是电梯到达一个给定楼层的平均时间；在使用楼梯的情况下，旅行代价所花费的时间是沿着楼梯向上或向下的时间中国知网论文数据库。楼梯和电梯的旅行代价可以使用数学模型估计。由于楼层间（楼梯或电梯）的旅行代价跟数学模型关联，旅行代价不能直接关联到网络边的属性上，网络模型没有把楼层间抽象成网络边，在网络分析时，使用数学模型实时计算和分析。