地理信息系統(tǒng)及其在交通工程中的應(yīng)用

1、地理信息系統(tǒng)及其在交通工程中的應(yīng)用孔慶華1,孫 麗2(1 東北林業(yè)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院;2 東北林業(yè)大學(xué)摘 要:GIS作為一門新興的邊緣學(xué)科,在交通工程領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。綜述了GIS以其優(yōu)良的特性和卓越的性能,正越來越多地被應(yīng)用于交通工程領(lǐng)域的各個方面。隨著G IS及其周邊技術(shù)的日益成熟, G IS在交通工程中的應(yīng)用前景將更為廣闊。關(guān)鍵詞:地理信息系統(tǒng)(G IS;交通工程;應(yīng)用中圖分類號:U491 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:C 文章編號:1008-3383(200405-0073-020 前 言交通研究的對象:一是線路,公路、航道、航線及線路上的各類設(shè)施;二是交通工具,如汽車、輪船等;三是交通工具在線路

2、上的運(yùn)行狀況,如流量、運(yùn)量、堵塞、事故等。這三方面都涉及到各種各樣的信息,這些信息除了具有量大、復(fù)雜、面廣、線長、動態(tài)等特征外,還具有明顯的地理特征,人們對這些信息的描述總離不開它在地球上的位置。隨著城市現(xiàn)代化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,將地理信息系統(tǒng)(GIS Geograp hic Informa-tion Systen用于交通規(guī)劃、管理與決策等方面,已成為大家十分關(guān)心的問題。GIS始于20世紀(jì)60年代,之后隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,使得依賴于計(jì)算機(jī)硬件的GIS技術(shù)得到了空前的發(fā)展和應(yīng)用。它的出現(xiàn)大大拓寬了計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用廣度與深度,使得大量與地理信息相關(guān)的工作與行業(yè),以更形象、直觀、

3、符合人們工作需要的方式實(shí)施信息管理,因此迅速獲得應(yīng)用與發(fā)展,成為當(dāng)代信息化領(lǐng)域的前沿技術(shù)。GIS能夠?qū)崟r獲取交通信息、快速作出分析判斷、及時進(jìn)行合理的調(diào)度和處理,因此,在交通部門具有廣泛的應(yīng)用前景。1 地理信息系統(tǒng)(GIS概述1 1 GIS的定義美國國家地理信息與分析中心(NEGIA將GIS 定義為:為了獲取,存儲檢索,分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),是用來收集、存儲、檢索、變換和顯示地理數(shù)據(jù)的工具。GIS系統(tǒng)已廣泛地用于各個領(lǐng)域。1 2 GIS的組成GIS由三個重要部分組成:(1計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備見圖1。(2應(yīng)用軟件模塊,其中包括5個子系統(tǒng)見圖2。數(shù)據(jù)輸入和預(yù)處理子系統(tǒng); 數(shù)

4、據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)(DBMS; 數(shù)據(jù)變換與空間分析子系統(tǒng); 數(shù)據(jù)輸出和顯示子系統(tǒng); 查詢界面(人機(jī)接口。(3數(shù)據(jù):地理信息系統(tǒng)運(yùn)行所需的各種數(shù)據(jù),包括數(shù)字化的地圖和圖像數(shù)據(jù),以及分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 等。圖1 GIS的主要硬件組成圖2 GIS的主要軟件組成1 3 GIS的主要功能(1數(shù)據(jù)的操作與處理功能GIS具有數(shù)據(jù)輸入、存儲、編輯、查詢、顯示和輸出等基本功能,另外還能對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的操作運(yùn)算與處理。(2制圖功能GIS的綜合制圖功能包括專題圖制作,在地圖上顯示出地理要素,并能賦予數(shù)據(jù)范圍,同時可放大縮小以表明不同的細(xì)節(jié)層次。它不僅可以為用戶輸出全要素圖,而且可以根據(jù)用戶需要分層輸出專題地圖

5、以顯示不同要素和活動位置,或有關(guān)屬性內(nèi)容。(3空間查詢與分析功能GIS可進(jìn)行空間圖形與屬性的雙向查詢,并可根據(jù)需要進(jìn)行最佳路徑分析,但是其面向用戶的應(yīng)用功能不僅僅表現(xiàn)在它能提供一些靜態(tài)的查詢、檢索數(shù)據(jù),更有意義的是在于用戶可以根據(jù)需要建立一個應(yīng)用分析模式,通過動態(tài)的分析,從而為評價、管理和決策服務(wù)。(4地形分析功能地形分析主要通過數(shù)字地形模型(DTM,以離散分布的平面點(diǎn)來模擬連續(xù)分布的地形,再從中提取各2004年 第5期(總第123期黑龍江交通科技H EILON GJIAN G JIAOTON G KEJINo.5,2004(Su m No.123種地形分析數(shù)據(jù),地形分析主要包括以下內(nèi)容:等高

6、線分析、透視圖分析、坡度坡向分析、斷面圖分析等。2 采用GIS研究交通問題的優(yōu)點(diǎn)2 1 快速靈活性在GIS中,各種分析、統(tǒng)計(jì)和處理都是通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,另外在該系統(tǒng)中,信息是以數(shù)字化的電子信息形式存儲在計(jì)算機(jī)中,既便于修改、更新,又便于重復(fù)使用。2 2 客觀定量性GIS中各種分析、處理和計(jì)算都是由計(jì)算機(jī)完成的,人工干預(yù)的成分很少,其分析結(jié)果較為客觀實(shí)際。2 3 強(qiáng)大的分析模擬能力GIS可以根據(jù)需要利用其基本要素產(chǎn)生許多有用的新信息,并進(jìn)行綜合分析,為決策和管理提供服務(wù)。另外它在相關(guān)模型支持下,能根據(jù)需要和給定的數(shù)據(jù)與條件,實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境上的模擬功能,使問題的研究更為形象和逼真。3 GIS在

7、交通規(guī)劃與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用城市交通規(guī)劃與設(shè)計(jì)的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)與土地使用狀況和交通的空間分布有直接關(guān)系,而GIS是處理這類數(shù)據(jù)最有效的工具,它可以用來輔助管理城市交通規(guī)劃數(shù)據(jù)庫和管理圖形信息庫。3 1 輔助城市交通規(guī)劃數(shù)據(jù)的管理GIS具有傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的全部功能,所以它能用來管理和存儲交通調(diào)查數(shù)據(jù)和相關(guān)信息,并能對這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和處理。3 2 輔助規(guī)劃圖形數(shù)據(jù)及管理大多數(shù)GIS都提供了幾種到幾十種不同的專題圖制作方式,通過GIS可生成大量的交通特征專題圖,能夠有效地幫助交通規(guī)劃人員準(zhǔn)確把握并理解交通現(xiàn)狀,在規(guī)劃中更好地做出相應(yīng)抉擇。3 3 交通規(guī)劃數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)的聯(lián)合管理GIS技術(shù)可以輔助

8、表達(dá)和分析交通規(guī)劃的數(shù)據(jù)(統(tǒng)計(jì)特征、調(diào)查數(shù)據(jù)和圖形,使其空間化、表達(dá)更加多樣化,準(zhǔn)確體現(xiàn)規(guī)劃人員的意愿。3 4 交通規(guī)劃成果的管理GIS具有強(qiáng)大的圖形管理能力,并且具有外部掛接及通訊能力,它能同時管理圖形類、圖像類及文本類文件,能使交通規(guī)劃信息成為一個有機(jī)整體,使管理、變更及查閱都極為方便。3 5 交通分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能有效描述移動目標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)中的通行規(guī)律,利用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析能力,能有效解決通行路線及相關(guān)課題,如:(1在不限量的起點(diǎn)、終點(diǎn)和中間點(diǎn)間,尋求最短通行路線、最快通行路線和最廉價通行路線。(2市政設(shè)施以及交通設(shè)施的配置及其服務(wù)區(qū)域分析。(3儲運(yùn)站點(diǎn)選擇及分部網(wǎng)絡(luò)分析。(4現(xiàn)有集運(yùn)系統(tǒng)及設(shè)施

9、的利用率和運(yùn)作效率分析。(5交通需求分析。3 6 優(yōu)選設(shè)計(jì)方案根據(jù)一定的交通評估模型和相關(guān)的評價指標(biāo), GIS能協(xié)助交通研究人員對不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評判,從而選出其中的最優(yōu)方案。4 GIS在交通管理中的應(yīng)用GIS在交通管理中的應(yīng)用主要在道路交通管理、交通設(shè)施管理、交通運(yùn)營及交通項(xiàng)目管理等方面。4 1 道路交通管理中的應(yīng)用GIS具有制圖及空間查詢和分析的功能,并能有效地管理與地理位置有關(guān)的各種信息,所以我們利用GIS與相應(yīng)的城市交通地圖相結(jié)合,將城市交通地理圖及其有關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)字化,建立規(guī)定比例的可視數(shù)字地圖和相應(yīng)的地理信息數(shù)據(jù)庫,支持并協(xié)助交通專家和交通控制專家作出最有利的也是最有效的決策。4

10、 2 交通設(shè)施管理中的應(yīng)用GIS是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和空間技術(shù)高度發(fā)展的基礎(chǔ)上建立的,具有地理圖形和空間定位等空間型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),因此它被用來對交通基礎(chǔ)設(shè)施信息進(jìn)行管理更為方便、全面和實(shí)用。我們采用地圖、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、照片、文本、錄相、聲音等數(shù)據(jù)記錄手段記錄信息的空間位置、時間分布和屬性特征等。然后可以根據(jù)用戶的需要顯示鐵路、公路、水運(yùn)等線路及站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀信息等,輸出所要的各種信息。4 3 交通運(yùn)營管理中的應(yīng)用由于GIS具有地理、地形等數(shù)據(jù)的查詢、分析統(tǒng)計(jì)功能,所以在運(yùn)輸企業(yè)的運(yùn)營管理當(dāng)中,可以利用建立的交通地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,為管理部門或用戶提供各種查詢要求和分析方法。例如:瀏覽、區(qū)段、路局、站

11、點(diǎn)、車次等的查詢;直通圖、管內(nèi)圖、站間交流圖、客流密度等專題地圖,以及統(tǒng)計(jì)圖的分析方法等;為鐵路、公路等的客運(yùn)主管部門分析客流情況、制定行車計(jì)劃等業(yè)務(wù)服務(wù)。4 4 交通項(xiàng)目管理國家對交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度逐年加大,每年有數(shù)目甚多的交通工程項(xiàng)目(包括新建項(xiàng)目及改造項(xiàng)目投入建設(shè),而每一個項(xiàng)目都要投入大量的建設(shè)資金,主管部門需要對每一個工程甚至每一個工程段都有一個全面的了解,包括施工單位、建設(shè)資金數(shù)量、施工進(jìn)度、工程質(zhì)量等,GIS為有效管理上述信息提供了有效手段,通過相應(yīng)的GIS集成系統(tǒng),可對每一個項(xiàng)目甚至于每一個工程段進(jìn)行可視化管理,主管部門能及時地了解到各工程或工程段的分布及其相關(guān)信息。5 結(jié)束語GIS作為一門新興的邊緣學(xué)科,在交通工程領(lǐng)域中有著很廣泛的應(yīng)用。這里所涉及到的僅是GIS 在交通工程領(lǐng)域中應(yīng)用的幾個主要方面。綜上所述,GIS以其優(yōu)良的特性和卓越的性能,正越來越多地被應(yīng)用于交通工程領(lǐng)域的各個方面,特別是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS的采用及其和地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)的合成,更為其提供了更大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前