Гис на транспорте

Содержание

 

 

Введение

 

Цель: Дать развернутое  представление о применении ГИС в управлении городским транспортом.

Задачи:

1. Дать описание предметной области - применение ГИС в управлении городским транспортом.
2. Указать пространственные данные и пространственные задачи, решаемые в области применения ГИС в управлении городским транспортом.
3. Привести примеры применения ГИС в управлении городским транспортом.
4. Дать собственные рекомендации о дальнейшем применении ГИС в управлении городским транспортом.

Географические информационные системы (ГИС) - это успешно развивающаяся информационная технология, эффективно применяющаяся во многих отраслях, в том числе и на транспорте. При этом у транспортных ГИС есть одна важная особенность - самый широкий круг пользователей, которым нужна транспортная информация. Это сами дорожники, то есть те, кто создает и поддерживает транспортные сети в рабочем состоянии. Это те, кто осуществляет перевозки по транспортным артериям. Это и все мы, поскольку пользуемся транспортом для проезда.

Круг применения ГИС  необычайно широк. Функциональность и огромные возможности геоинформационных систем находят самое разнообразное, порой даже неожиданное применение. Каждый день миллионы людей, сами того не осознавая, используют информацию, в создании которой огромную роль играют геоинформационные системы.

 

Описание предметной области

 

Территориальная распределенность транспортных систем делает их идеальным  объектом автоматизации посредством  геоинформационных систем. Вообще говоря, ГИС являются оптимальной платформой для комплексных решений в сфере транспорта. Ведь пространственная составляющая является естественной основой интеграции задач управления транспортной инфраструктурой, расчетных задач, задач оперативного управления, навигации и т.д. Тем не менее, по настоящему комплексных решений в Украине пока не видно. Это может быть обусловлено и инерцией мышления управленцев, и большим количеством не соорганизованных участников, каждого из которых интересует только своя задача. Поэтому внедрение ГИС-технологии происходит по отдельным целевым направлениям, а не по всему «фронту» транспортных и смежных с ними задач, что обеспечило бы наиболее эффективные решения и наибольшую отдачу от их внедрения. Некоторые из этих направлений:

1. Управление имуществом терминальных комплексов. Это, прежде всего, морские и аэропорты. Здесь "имущество" рассматриваем в широком смысле, а не только как объект учета основных фондов.
2. Составления планов/моделей территорий, прилегающих к автомобильным и железным дорогам.
3. Управление парком транспортных средств (ТС).
4. Оперативный (в реальном времени) мониторинг ТС и грузов.
5. Построение и оптимизация маршрутов на существующей дорожной сети.
6. Мониторинг состояния дорожного полотна и планирование ремонтов.
7. Навигация.
8. Информационные услуги населению.

Широкое применение для  управления автопарком любой компании получили ГИС, использующие навигационную систему на основе спутникового позиционирования GPS и системы сотовой связи GSM. С помощью данного решения транспортный оператор контролирует местонахождение и скорость движения транспортных средств компании, соблюдение графика движения, расход топлива, вес груза и другие техническо-эксплуатационные параметры.

Использование GPS для  мониторинга объектов применяется  в диспетчерских службах автопарков, инкассаторных службах и т. п. Пока действовал режим выборочной доступности GPS (Selective Availability, SA), для достижения необходимой точности определения местоположения применялся инверсный локальный или широкозонный дифференциальный метод (LDGPS, WADGPS). В инверсном режиме результаты измерений мобильного приемника, установленного на транспортном средстве, посылаются через радиомодем на базовую станцию, где производятся вычисление положения и контроль. После отмены режима SA те преимущества в точности, которые давал дифференциальный метод, оказались излишними, поскольку теперь точность определения положения абсолютным методом стала около 15 м при вероятности 95%, а этого вполне достаточно для указания положения транспортного средства.

Разумные подходы в  организации пассажирских перевозок, основанных на надежной информации и современных методах управления позволяют увеличить эффективность работы и, соответственно, прибыль транспортных компаний.  ГИС используют для:

· Планирования и анализа  маршрутов 

· Составления графика  движения транспорта

· Отслеживания передвижения транспортных средств

· Планирования сети остановок  и станций 

· Учета и анализ происшествий

· Проведения демографического анализа 

· Реконструкции дорог 

· Планирования объемов  пассажирских перевозок 

 

Пространственные данные и пространственные задачи, решаемые в предметной области. Возможности применения ГИС в ней.

 

Что нам нужно знать  о транспортных объектах? Это их координаты в пространстве и описательные характеристики. Именно это и составляет суть ГИС - соединение координатной и  описательной информации в единое целое. Успешное внедрение геоинформационных технологий возможно только при наличии качественных данных, подходящего программного обеспечения, техники и специалистов. Патриархи геоинформатики любят говорить, что ГИС это люди + техника + программы + данные, и ни одно звено исключить нельзя.

Растровые данные

Растровые данные хранятся в виде наборов величин, упорядоченных  в форме прямоугольной сетки. Ячейки этой сетки называются пикселями. Наиболее распространенным способом получения растровых данных о поверхности Земли является дистанционное зондирование, проводимое при помощи спутников. Хранение растровых данных может осуществляться в графических форматах (TIF или JPEG) или в бинарном виде в базах данных.

Векторные данные

Наиболее распространенными типами векторных объектов являются:

• Точки

Используются для обозначения  географических объектов, для которых  важно местоположение, а не их форма  или размеры. Возможность обозначения  объекта точкой зависит от масштаба карты. В то время как на карте мира города целесообразно обозначать точечными объектами, то на карте города сам город представляется в виде множества объектов. В ГИС точечный объект изображается в виде некоторой геометрической фигуры небольших размеров (квадратик, кружок, крестик), либо пиктограммой, передающей тип реального объекта.

• Полилинии

Служат для изображения  линейных объектов. Полилиниями изображаются дороги, железнодорожные пути, реки, улицы, водопровод. Допустимость изображения  объектов полилиниями также зависит  от масштаба карты. Например, крупная река в масштабах континента вполне может изображаться линейным объектом, тогда как уже в масштабах города требуется ее изображение площадным объектом.

• Многоугольники (полигоны)

Служат для обозначения  площадных объектов с четкими границами. Примерами могут служить озера, парки, здания, страны, континенты. Характеризуются площадью и длиной периметра.

В ГИС к векторным  объектам могут быть привязаны семантические  данные. К примеру, на карте территориального зонирования к площадным объектам, представляющим зоны, может быть привязана характеристика типа зоны. Структуру и типы данных определяет пользователь. На основе численных значений, присвоенных векторным объектам на карте, может строиться тематическая карта, на которой эти значения обозначены цветами в соответсвии с цветовой шкалой, либо окружностями разного размера.

Векторные данные также  могут описывать непрерывные  поля величин. Поля при этом изображаются в виде изолиний или контурных  линий. Одним из способов представления  рельефа является нерегулярная триангуляционная сетка (TIN, triangulated irregular networks). Такая сетка формируется множеством точек с привязанными значениями (в данном случае высота). Значения в произвольной точке внутри сетки получаются путем интерполяции значений в узлах треугольника, в который попадает эта точка.

Векторные данные позволяют  проводить различные типы пространственного  анализа (поиск кратчайшего пути в дорожной сети).

Геоинформационные системы могут применяться для составления планов/моделей территорий, прилегающих к автомобильным и железным дорогам. Полоса отвода также требует постоянного мониторинга ее использования как с точки зрения соблюдения норм безопасности, так и для эффективного управления имуществом, включая земельные участки для обслуживающих предприятий. ГИС-технология позволяет интегрировать данные воздушного лазерного сканирования, аэрофотосъемку, трехмерные модели объектов, информацию о функциональных зонах и технических средствах регулирования движения в единую геоинформационную систему генерального плана дороги. Выполнение измерений с помощью современных геодезических инструментов позволяет, опять же, создавать комплексную модель дороги в реальных географических координатах и в дальнейшем связывать модели отдельных дорог и участков в общую систему.

Управление  парком транспортных средств (ТС). Эта задача стоит перед коммерческими перевозчиками, осуществляющими заказную транспортировку грузов и пассажиров (такси), перед сетевыми торговыми компаниями, сбытовыми подразделениями нефтяных компаний, а также компаниями, торгующими по каталогам и через интернет-магазины. Цель – снизить общие расходы на транспортировку и ускорить выполнение заказов. Это классическая задача транспортной логистики, для решения которой ESRI предлагает программный продукт ArcLogistics Route.

Помимо планирования движения ТС, очень востребована задача оперативного (в реальном времени) мониторинга ТС и грузов. Сейчас для ее решения предлагается несколько технологий и готовые комплекты для установки на подвижные объекты и в центры мониторинга. Любая такая система состоит из бортовых устройств, сервера сообщений и программного обеспечения оператора.

Простейшие бортовые устройства определяют свое положение  в пространстве и передают цифровые сообщения с координатами по общедоступным каналам связи. Более совершенные могут передавать также телеметрию (параметры состояния ТС или груза), вести автономную запись на встроенный носитель данных, а также обеспечивать диалог водителя и диспетчера. Транспортные предприятия, желающие создать систему оперативного мониторинга парка ТС или грузов, сейчас могут выбирать оборудование среди уже довольно широкого спектра предложений различных производителей.

Передаваемые бортовыми  устройствами координаты в конечном итоге поступают на сервер сообщений, ведущий оперативную базу данных. Входящие сообщения сортируются и обрабатываются для построения индивидуальных журналов движения и параметров объектов мониторинга. Эти журналы могут просматриваться операторами центра мониторинга, а хранящиеся в них траектории – отображаться на картах.

Для оборудования центра мониторинга в линейке серверных  продуктов ESRI имеется продукт Tracking Server. Он состоит из двух компонент  – сервера сообщений и веб-службы картографической визуализации. База данных мониторинга формируется сервером сообщений и хранится под управлением ArcSDE. Визуализация может осуществляться через стандартный веб-браузер ("тонкий" клиент) или с помощью модуля Tracking Analyst для ArcGIS Desktop ("толстый" клиент). Естественно, возможности Tracking Analyst шире, чем у браузерного клиента.

Построение  и оптимизация маршрутов на существующей дорожной сети. В больших городах это насущная задача. Оптимизировать нужно не один вид транспорта, а всех их в комплексе – метро, автобусы, трамваи, троллейбусы, электрички. Эта задача – наиболее сложная организационно, так как требует координации большого количества управляющих организаций. Она сложна также и технически, так как требует сбора, систематизации и анализа большого объема исходных данных.

ГИС могут предложить целый ряд инструментов для решения этой задачи. Прежде всего, нужно выполнить транспортное районирование города на основе анализа застройки и естественных препятствий для передвижения. Эта работа сложна для автоматизации, но и выполняется не так часто. Поэтому обычно она делается вручную, и ГИС – самый подходящий для нее инструмент. Делается это все равно на карте, и чем более удобный инструмент будет в руках эксперта – тем более качественный результат получится.

Далее, средства пространственного анализа, имеющиеся в модуле ArcGIS Spatial Analyst, позволяют определить транспортную потребность районов города на основе анализа различных факторов – плотности населения, уровня автомобилизации, размещения центров притяжения (вокзалы, рынки, крупные торговые центры, развлекательные комплексы) и т.д. Естественно, выполнять такой анализ удобно на основе цифровой карты и районирования, также подготовленных в ГИС.

Затем, средства анализа  сетей, имеющиеся в модуле ArcGIS Network Analyst, позволяют строить оптимальные маршруты на реальной улично-дорожной сети с ее возможностями и ограничениями (разрешенные направления движения, повороты, пропускная способность улиц и т.д.). Можно также использовать функциональность ArcLogistics Route или наш Логистик для достижения максимальной эффективности перевозок заданным парком транспортных средств. Реальные примеры уже имеются.

Наконец, база данных маршрутов  пассажирского транспорта с неотъемлемой (гео)графической составляющей –  прекрасная основа и для подготовки традиционных карт транспорта, и для создания интерактивных информационных систем для населения. Например, для Интернет-сервиса, позволяющего любому желающему найти свой путь из точки А в точку Б по действующим маршрутам пассажирского транспорта.