GIS在交通运输系统中的运用

北 京 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY GISGIS在交通运输系统中的运用在交通运输系统中的运用 地理信息系统结课报告地理信息系统结课报告 姓名 王璐 学号 13251052 指导老师 王福田 北 京 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY GIS在交通运输系统中的运用 王璐 北京交通大学 运输 1306 13251052 摘 要 地理信息系统 GIS 技术具有强大的空间分析能力和决策支持功能 对于具有天然 的空间位移数据属性的交通运输领域 GIS具有广阔的应用空间 将GIS技术运用于综合交 通运输组织和城市道路交通规划中 能有效提升综合交通运输组织管理效率 实现智能化 综合交通运输出行组织管理 综合运输网络评价 文中分析了交通地图数据库的建立 数 据分析与处理等GIS应用于交通需要解决的关键问题 并综述了GIS在交通运输规划与管理 中的城市道路设计 车辆诱导 城市交通设施管理几个方面的应用 关键词 地理信息系统 交通运输 道路规划 智能诱导 The Application of Geographic information system in transportation Abstract The geographic information system GIS technology has powerful spatial analysis capability and decision support function and has a broad application space for the transportation with natural spatial displacement data attributes GIS technology is applied in comprehensive transportation organization and urban road traffic planning which can effectively improve the efficiency of comprehensive transportation organization and management and realize the intelligence of comprehensive transportation organization management and comprehensive transportation network evaluation This paper analyzes the key issues of GIS application in the traffic management such as the establishment of the traffic map database data analysis and processing and summarizes the application of GIS in the design of urban road vehicle guidance and the management of urban traffic facilities in transportation planning and management Key words GIS transportation road planning Intelligent guidance 北 京 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY 一 GIS的定义和特点 1 GIS的定义 GIS技术也称为地理信息系统 是一种空间信息管理技术 其是集中多门学科的技术而 形成的综合技术 其具有覆盖面广 应用领域多的特点 不仅可以在土地 规划 交通等 信息系统中进行应用 而且也可用于空间决策支持系统 所以可以说是空间数据的集合 可以对地理数据进行采集 存储 检查 操作 分析和显示 功能性较强 在上世纪六十 年代GIS 才发展起来 而在近几年才得到有效的重视 所以其发展速度也得以不断的提升 其通过计算机可以实现有效的对空间数据进行处理 而且在国防 交通 环境等众多领域 的应用中都取得了非常明显的效果 不仅促进了社会生产的快速发展 而且也使其自身技 术的发展速度加快 2 GIS的特点 GIS可以建立地图式数据库 这与传统的文本数据库来讲具有更为先进性 可以实现将 空间信息和地理特征的信息有效的联系起来 并建立空间联系 这对于仅用文本数据库形 式无法将城市道路和地理位置进行表达清楚的传统数据库系统来讲 给交通信息系统的建 立奠定了良好的基础 由于其可以更直观和快捷的将地理位置关系表达出来 给使用者提 供了清楚的信息 而且更便于操作 所以可以更好的实现对地图特征之间的空间联系进行 维护和管理 二 GIS对交通运输的重要性 在一定的经济发展阶段 需要有一定水平的运输能力与之适应 以便最大限度地发挥 一个国家或地区的潜在经济能力 在我国 随着经济的快速增长 导致对运输需求的急剧 扩张 而我国的运输业目前仍处在初级阶段 运网能力不足 运输供给短缺 运输能力不 能适应经济发展水平 需要大力发展交通运输事业 但交通运输业需要聚集大量资金 面 对我国目前资金紧缺的实际情况 倘若大规模上新线 不太实际 因此 应从现有运输资 源出发 进行交通运输的合理规划以使现有运输资源合理配置 从而更大限度地发挥其效 力就显得尤为重要 但我国交通运输规划仍处于以定性分析为主 辅以定量计算 来推测 未来的交通需求量 其理论方法 以及技术手段不尽完善 随着现代科学技术的发展 尤 其是计算机的普及 地理信息系统的日趋完善 为交通运输规划提供了一条崭新的途径 交通规划中经常要涉及到人口 国民经济数据 各类城市规划的用地与规模 道路长 度等级与通行能力 交通量 交通分区等众多内容 用地理信息系统来管理 可以在兼容 接口的条件下接收上述大部分现有数据 大幅度减少各部门数据调查和数据输入的时间和 工作 从而缩短规划项目的设计周期 提高工作效率 三 GIS 在交通运输中的应用 1 GIS1 GIS 在道路交通中的应用在道路交通中的应用 3 1 1 交通运输规划的问题 交通运输规划的根本任务是按照社会经济发展模式和趋向 设计合理的交通系统 以 便为以后的土地利用与社会经济活动服务 满足社会和经济发展的需要 本着现有交通运 输资源来探索最好的解决方案 通过制定目标并设计达到目标的策略或行动 具体内容有交 通量的产生 运输需求预测 交通量的分布 运输方式选择 路径选择 道路建设 土地 利用 路网规划 运输设计 编组计划及运行图的编制等 交通运输规划的实质就是根据 未来的运输需求分配合适的运输资源 以实现运输资源的最佳配置以及高效利用的问题 北 京 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY 使人与物的位移安全和经济 并使环境不受破坏与污染 要制定合理的规划 必须先预测 未来的运输需求情况 并了解现有运输系统的状态和土地利用情况 目前交通路线及设施 是否合理 是否足够并 进行综合 定量分析 然后提出改进措施 以 适应当今以及将来发展 的需求 总之 运输规 划主要解决两个方面的 问题 一是预测未来的 运输需求情况 二是了 解与分析现有运输资源 状况 而不管是运输需 求还是运输资源都具有 很强的空间特性 均分 布于特定的空间位置上 并有丰富的社会属性 所有这些都涉及海量的 空间数据和属性数据综合处理能力 若能借助 GIS 技术处理运输规划中的海量数据 运输 规划工作将大大简化 并更有高效性与科学性 3 1 2 交通地图数据库的建立 地理信息系统若应用于交通 必须具备快速的图示显示 动态轨迹显示 灵活快速的 信息查询和路径计算与选择等功能 因而设计地图数据库应遵循以下原则 图形结构简单 拓扑关系简单 冗余度小 图形刷新速度快 有良好的图形剪裁功能 非空间数据功能强 数据主要来源于基础制图数据 包括地形数据和人文景观数据 自然资源数据 调查 统计数据 研究区域中的海 陆 空运输网络还有其他有关规则知识数据 数据的加工整 理是进行数据组织处理 建立数据库的重要环节 若没有严格的数据统一格式与合理的办 法和标准 会造成数据加工的困难 数据输入方法有 键盘输入 坐标几何 手工数字化 扫描和现有的数据文件输入 输出方式有 硬拷贝 软拷贝和电子输出 为确保输入数据 的正确性 必须对输入到计算机中的数据进行一般检查 误差检核 输出结果与原始资料 的叠合比较 或逐行比较检核 然后再对数据进行编辑 改错 更新 最后存贮到安全 可靠的介质上 按一定的空间数据组织与结构方式对数据进行组织管理 最后建立数据库 一般 GIS 数据结构分为两类 矢量结构和栅格结构 建立的数据库的数据模型用层次数据 库模型 网络数据库模型和关系数据库模型三种 根据已建好的交通运输资源数据库 我 们可以对其进行查询检索 统计与分析等多种操作 这样 就可以对现有运输资源的形态 和土地使用情况有个清晰的了解 为后续规划工作做准备 3 1 3 GIS 在交通运输规划中的应用性研究 1 在城市道路设计中的应用 在以往的城市道路设计中 工作量不仅大而且效率低下 现运用地理信息系统技术将 使设计者的效率大为提高 如 在城市 GIS 交通专题信息系统上利用 GIS 的动态模拟技术 虚拟现实技术对规划方案进行仿真 模拟 然后进行评估 使方案满足于当前的需要 预 测出一定的发展空间 此外 还可以利用 GIS 中的叠置分析 网络分析 缓冲区分析等对 道路的宽度 长度 最优路径的选择进行设置 GIS 中的三维拓扑生成 还可以使道路立 体化 根据不同路段规划哪些地方需要建设立体交叉 哪里该设公交停靠站点等 GIS 数 北 京 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY 据中还包括某一地区的人口分布 绿化分布等属性 在进行道路规划时应该充分考虑这些 因素 有了 GIS 系统就能高效地了解怎样设计规划道路是最好的方案 并且 GIS 有一定的 预测未来的功能 所以利用 GIS 设计出来的道路在未来一段时间内也不会出很大的问题 2 在交通基础设施管理的应用 由于 GIS T 具有地理 地形数据的查询 分析和处理功能 交通运输基础设施管理部 门 通过利用桥梁 路面 隧道等基础设施实时检测技术 实现交通基础设施智能监测及 预警 交通基础设施监测及预警系统利用需要地理信息系统作为载体 显示每处交通基础 设施的监测数据和基础设施预警结果 地理信息系统使交通基础设施的监测及预警系统在 使用中更加具有直观性 方便管理用户通过在地理信息系统中查询交通基础设施的各项数 据 通过建立交通基础设施统一的空间定位参考系和设施编码 可以实现 GIS 空间数据与 设施属性数据的连接 形成一个完整的相互关联的交通基础设施集成数据库 建立交通设 施静态信息数据库 对路网中的各类静态交通设施 各种路标 指示牌 红绿灯设备 检测 线圈等等 的所属信息进行统计与查询 并将路网实体数据和属性数据以分路段的方式与地 理坐标联系起来 从而对各种交通设施进行维护与管理 3 在用户信息诱导中的应用 在大城市中生活的居民现在手机上基本上都有百度地图 高德地图等与 GIS 相关的软 件 同时有车的居民车上也都会装上导航仪等设备 利用 GIS 技术开发出的车载导航系统 不仅可以使驾驶员在车辆运行中直接查看道路图 停车设施 商业点和旅游景区 而且还 可以帮助驾驶员快速找到去往目的地的最佳路径 从而缩短旅行时间 此外 导航系统还 兼有对各路段交通现时拥堵状况的分析功能 避免驾驶员驶入交通堵塞区 从而节约行驶 时间 同时 GIS 提供了统一的显示 操作平台 通过电子地图界面 用户可以调用系统 的大部分业务功能 而且 GIS 具有强大的空间分析功能 可以进行区域分析 网络分析 趋势分析等 为用户提供有力的辅助决策工具 2 GIS 在铁路中的应用在铁路中的应用 随着近年来我国铁路信息化建设的开展与深入 在铁路列车管理系统 货运站管理系 统 集装箱管理信息系统 货运营销计划管理系统 铁路运输统计信息系统 列车跟踪等 方面取得了成就 尤其是 DMIS TMIS 等大型管理信息系统的开发建设大大提高了铁路运 输管理的现代化程度 这些管理信息系统都在不同程度上引入了 GIS 的概念 用直观的地 理图形方式来管理 显示和分析与地理空间相关的各种数据 并建立了各自的 GIS 子系统 比较成功的如工务部门 PWMIS 自动生成工务线路综合图和工务大桥略图 目前已在乌鲁 木齐 北京 济南和南昌铁路局得到推广应用 同时 国外更是在铁路中运用了更多有关 GIS 的软件和技术 以对铁路进行更好的建设和运营 以下是国外在铁路一些重要环节运 用 GIS 的例子 3 2 1 GIS 在工务方面的应用 在工务方面的应用涉及到铁路设施的维护信息 故障信息的查询 检修历史的查询及表现 设 备故障的类型和严重程度等 如 ZATA 公司开发的应用在加拿大铁路的道路维护信息系统 可以用不同的颜色在电子地图中显示设备故障及严重程度 可以查询设备维护历史数据 并建有预测模型 可根据当前数据预测铁轨等设备的使用寿命 分析某个设备的故障对铁 路的影响 由同一家公司开发的轨枕检测和计划系统 能收集轨枕状态数据 依据这些数 据分析一定范围内轨道强度的变化 计算出需要更换哪些枕木 以及更换了这些枕木后对 轨道强度的影响 北 京 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY 3 2 2 GIS 在信号和电务方面的应用 在信号和电务方面的应用涉及到联锁逻辑的自动生成 如 Safetran 公司开发的应用在加拿 大 铁路的地理信号系统 将复杂的联锁逻辑设计变成在图形界面下对设备图形符号的简单 拖 拉 设计 然后由系统自动生成逻辑 3 2 3 在旅客信息服务方面的应用 X City 德国 Robert Bosch 多媒体系统 德国 两家公司开发的 应用于德国 Hannover Transport Authority 铁路公司的城 市移动系统 其核心技 术为数字多媒体广播 可以向高速列车传送清 晰图像的技术 可以向 列车上的旅客实时提供 前方到站详细信息 时 刻表的变化信息及列车 是否误点 新闻 服务 信息 广告等 我认为 这一技术中国很有必要 引进 中国的铁路线路多半很长 很多穿越在山间 纵横东西南北 地势变化比较大 同 时受气候影响比较大 乘客们比较关注是否晚点 以及列车的最新动向 3 GIS 在地铁中的应用在地铁中的应用 GIS 因具有强大的信息服务和管理功能 在城市地铁行业的应用主要体现在三个方面 一是应用在地铁工程从规划 设计 施工到运营和养护的所有阶段以及城市综合交通科研 二是应用在不同职能部门 不同业务单位对地铁工程的管理中 三是广泛应用在城市交通 管理部门 地铁公司以及相关工程设计及施工单位 为各单位的业务往来提供数据支持 3 3 1 涉路工程稽核管理 每个建筑物在修建之前 施工单位须经过地铁运营单位的许可及备案 由于申请非常 多 并需派人实地勘察 工作繁重 为合理调配经办人员的工作 有必要利用 GIS 将相 关申请信息记录到数据库中 其中的建筑物地址属性与地块空间数据关联 这样可以方便 地将一定时期内 所有的修建的位置分布显示在地图上 可以方便地根据申请量的多少 距离 开发边界等信息 合理调配资源并提高工作效率 3 3 2 桥梁养护管理 GIS 为地铁工程的计算机辅助设计 CAD 提供了强大的数字化地理平台 正是基于此 CAD 已由早期的平面二维设计跨入三维设计 GIS 还与轨道管理系统 道床管理系统 桥 梁管理系统等养护管理系统相连 借助先进的轨道与桥梁检测设备和数据搜集手段 使得 地铁养护管理更加科学合理 经济高效 如香港已经建立的地铁高架桥梁维护 GIS 该系统使用专用检测平板列车 定期检测 桥面的平整度及轨道水平及高程等原始数据 这些指标由车载 GPS 定位装置 精准确定轨 道线路的位置 监测数据传输到地铁高架桥梁维 GIS 养护模块自动生成线路区间养护报 告 根据劣化程度 经调查后确定后续维修养护方案 北 京 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY 3 3 3 地震灾害与损失估计 地铁线路所经过的区域 或多或少都会跨越地质断裂带 随着其深度不同 对地铁线 路的影响程度也不尽相同 可以在这一区域利用 GIS 技术 地震灾害以及次生灾害的评估 对 日后的降低危害 资源分配 紧急响应规划都有重要意义 利用 GIS 可以对地震发生的 场景 进行模拟 并估计该区域由于地震诱发的潜在损失 切实保证地铁安全 4 GIS 在交通运输中的其他应用简介及应用展望在交通运输中的其他应用简介及应用展望 GIS 在交通运输系统中的其他应用还包括 例如 公路工程建设项目管理信息系统 公路养护信息系统 公路路政 GIS 公路图文档案资料管理系统 道路交通指挥与调度管 理系统等 大量研究表明 在交通运输部门日常处理的事物中 大部分信息与空间位置有 关 交通建设 规划和管理中需要的信息具有面广 量大 复杂等特点 且绝大多数信息 具有空间特征 GIS 在交通规划 建设和管理中的应用正是在这种供需关系下发展起来 并将在以后的发展过程中继续渗透到交通运输系统的各个领域 未来 GIS 的发展方向应与 科技的进步相统一 更具智能化 更加方便各个领域的研究和应用 四 总结 通过 GIS 对于现代交通运输技术的良好应用 表现了 GIS 在交通运输中的重大意义和 良好的运用条件 并且也说明了 GIS