地理信息系統(tǒng)及其在交通工程中的應(yīng)用

1、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(gè)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:U 491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

2、文章編號:1008-3383(2004 05-0073-020 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(dòng)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

3、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、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(shí)獲取交通信息、快速作出分析判斷、及時(shí)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。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(chǔ)、編輯、查詢、顯示和輸出等基本功能, 另外

4、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(shí)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以顯示不同要素和活動(dòng)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(gè)應(yīng)用分析模式, 通過動(dòng)態(tài)的分析, 從而為評價(jià)、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

5、地形模型(DTM , 以離散, 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(chǔ)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(chǔ)、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(gè)領(lǐng)域。1 2 GIS 的組成GIS 由三個(gè)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(gè)子系統(tǒng)見圖2。 數(shù)據(jù)輸入和預(yù)處理子系統(tǒng); 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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)

6、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) 74 黑龍江交通科技種地形分析數(shù)據(jù), 地形分析主要包括以下內(nèi)容:等高線分析、透視圖分析、坡度坡向分析、斷面圖分析等。2004年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。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(chǔ)在計(jì)算機(jī)中, 既便于修改、更新, 又便于重復(fù)使用。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

7、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。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。4 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

8、數(shù)據(jù)記錄手段記錄信息的空間位置、時(shí)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。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。4

9、 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)。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(chǔ)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

10、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。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(gè)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(gè)工程甚至每一個(gè)工程段都有一個(gè)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(gè)項(xiàng)目甚至于每一個(gè)工程段進(jìn)行可視化管理, 主管部門能及時(shí)地了解到各工程或工程段的分

11、布及其相關(guān)信息。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(shí)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(gè)有機(jī)整體, 使管理、變更及查閱都極為方便。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(gè)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(gè)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)用前景。目前交通界的領(lǐng)導(dǎo)、工程管理人員、研究人員、技術(shù)人員已將GIS 運(yùn)用到交通行業(yè)的許多方面, 甚至將其作為預(yù)測、規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)的重要參考依據(jù)和手段。由于GIS 的成功應(yīng)用, 越來越多的業(yè)內(nèi)人士開始接受并運(yùn)用這一先進(jìn)的、科學(xué)的研究手段, 可以相信, 隨著GIS 及其周邊技術(shù)的日益成熟, GIS 在交通工程中的應(yīng)用將更為廣闊。2004-3 5 交通分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能有效描述移動(dòng)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