GIS在交通运输中的应用

1、北京交通大学Beijing Jiaotong University地理信息系统在交通运输中的应用地理信息系统结课论文姓名：张泽英 13281150班级：运输1305班指导老师：王福田目录摘 要3关键词31地理信息系统（GIS）概述41.1 GIS简介41.2 GIS发展现状42交通运输概述42.1交通运输发展趋势42.2将GIS运用到交通运输已势在必行52.2.1必要性52.2.2可行性53 GIS在交通运输中的应用53.1 GIS在道路运输中的应用53.1 GIS在轨道交通中的应用73.3 GIS在交通港站方面的应用93.4 GIS在运输管理领域的应用94未来发展趋势115结语11参考文献1

2、1地理信息系统在交通运输中的应用张泽英 13281150北京交通大学 运输1305班摘 要：本文简述了地理信息系统与交通运输的发展概况，并阐述了将GIS技术运用于交通运输中的必要性与可能性。接着，文章多方位的展示了地理信息系统在道路运输、轨道交通、港站选址设计以及运输管理方面的应用。最后对未来交通运输的发展做出了预测与展望。关键词：地理信息系统（GIS）；交通运输；应用；前景The Application of Geographic Information System in Traffic and Transportation System Zeying Zhang 13281150Beij

3、ing Jiaotong UniversityAbstract: This article describes the development of GIS as well as traffic and transportation system. It proves the necessity and possibility about the application of geographic information system in traffic and transportation system. Whats more, it shows us the application of

4、 GIS in road traffic, rail transportation, and station design as well as transportation management. In the end, we make the forecast to the development of transportation in the future. Key words: Geographic Information System (GIS); traffic; transportation; application; forecast111地理信息系统（GIS）概述1.1 G

5、IS简介地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理操作、分析、模拟和显示适时提供空间和动态的地理信息，是决策服务的重要系统。它是一门集计算机科学、测绘学、地理学 、空间科学、统计学、管理学为一体的新兴科学。GIS以其高效的数据管理能力、空间分析、多要素综合分析和动态监测能力，成为目前一种有效的管理决策工具。1.2 GIS发展现状近年来，随着计算机软硬件等的性能不断提高，GIS技术有了强大的工具与技术支持，人们逐渐将GIS技术与计算机融合，为GIS技术的应用奠定了坚实的

6、基础。移动GIS（mobile GIS）是建立在移动计算环境、有限处理能力的移动终端条件下，提供移动中的、分布式、随遇性的移动地理信息服务的GIS，是一个集GIS、GPS、移动通信（GSMGPRSCD2MA）三大技术于一体的系统。它通过GIS完成空间数据管理和分析，GPS进行定位和跟踪，利用移动计算设备完成数据获取功能，借助无线网络移动通信技术完成图形、文字、声音等数据的传输。 此外，组件技术的兴起给GIS带来全新的开发方式，COMGIS就是采用了面向对象技术和组件式软件的GIS系统。它的基本思想是把GIS的各种功能模块进行分类，划分为不同类型的控件，每个控件完成各自相应的功能，各GIS控件之

7、间以及GIS控件与其他非GIS控件之间， 通过可视化的开发工具集成起来，COMGIS控件与其他软件通过标准接口进行通信，形成满足用户特定功能需求的GIS应用系统。随着GIS技术在交通运输领域的迅速发展，具有交通运输特色的GIS-T系统正在崛起，智能交通地理信息系统GIS-T(GeographyInf0rmationSystemTransportation)是以地理信息技术为手段，将人、车和道路三者紧密协调，能最大地动态、高效地对交通进行管理的具有空间分析功能的地理信息系统。GIS具体应用在勘测设计、规划、管理等交通领域。GIS的基本思想是将地表信息按其特性进行分类，然后进行分层管理和分析。2交

8、通运输概述2.1交通运输发展趋势近年来，现代交通运输正趋于多样化发展。近些年铁路、公路、航空方兴未艾，城市轨道交通又迅猛发展。多种多样的交通方式满足了人们对于出行的需求，极大地方便了旅客与货物的位移。然而，城市的快速发展对交通规划和管理提出了更高的要求，原有交通信息技术的不足凸显，交通网的规划与管理仍不够合理与科学。这是面对如此庞大的数据统计工作与运筹决策要求，仅凭借数学模型建模已不能满足需求。这时人们注意到了地理信息系统。GIS凭借其强大的空间信息处理功能，与交通分析和信息处理技术相结合，延伸出了交通地理信息系统（GIS-T）。GIS-T将地理信息系统的优势特点很好地运用到了交通运输当中，顺

9、应了未来发展趋势。2.2将GIS运用到交通运输已势在必行交通运输系统具有天生的地理属性，系统中固定设施、移动设施、管理方案、出行需求、交通流分布等都富含空间信息，在道路设施统计分析、路网交通分析、交通规划设计方案的优化与评价中，都涉及到空间数据GIS 是分析处理该类数据的有效工具。因此，将GIS应用到交通运输已势在必行。2.2.1必要性如今，交通拥挤和交通事故越来越严重地困扰着世界各国的大城市，解决这一问题的重大社会经济意义已为人们所共识。现代城市所产生的浩如烟海的交通信息，必须借助于电子计算机对信息进行采集、存储、分析和决策。而把地理信息系统应用于交通问题的研究被认为是交通运输规划与管理现代

10、化的一个重要组成部分。因此，本文提出把交通运输与地理信息系统结合起来研究。2.2.2可行性由于交通具有明显的地理特征，这就决定了研究交通问题离不开地理图，同时不仅需要文字和图形描述的信息，还要对信息的文字和图形进行描述。把地理信息系统应用于交通，即把道路信息、交通信息以及交通事故等与地图结合在一起，再结合计算机硬件技术及数据库的配合。这些显著特征都为GIS与交通运输的结合提供了可能。3 GIS在交通运输中的应用GIS在交通运输的各个领域都有广泛的应用，例如铁路、道路、城轨、港站等方面。下面简单介绍一下：3.1 GIS在道路运输中的应用GIS在道路方面应用，最典型的例子就是各类地图软件，如百度地

11、图、谷歌地图等。GIS在道路方面的应用是基于GPS技术的独立的城市交通信息系统，是一个进行交通管理、交通安全、交通规划、交通运输、交通运营的统一的空间信息基础平台。该系统对道路、交通设施、交通线网、公共交通等资源建立交通空间信息数据库，并且依据国家最新“绿色交通”的概念，融入“以人为本”的思想，为交通管理和决策提供全面、及时、准确的信息支持。图1 国家公路地理信息系统具体应用有如下几个方面：（1）利用GIS对道路交通事故进行预测分析简单地说，就是一款基于GIS的事故定位系统，它利用GIS将交通事故数据文件集合成一个整体, 可以形象直观地报告事故地点、性质和原因，并对各事故点的发生频率比较，找出

12、事故多发地段，结合现有道路条件进行事故预测。系统定义了路标层，可以将特殊地点考虑到预测当中，如学校、单位等在放学下班时间段，对应路段必定会产生不同程度的拥挤。如下图2所示，利用百度地图进行了道路拥挤程度预测。图2 路况拥挤度预测（2）利用GIS对车辆导航GIS与GPS结合，构成车辆导航系统。车辆在运行中，有关道路图、停车设施、道路属性、购物及游览信息直观地呈现在驾驶员面前，并提示车辆的当前位置，帮助驾驶员搜索到达目的地的最佳路径。如图3利用百度地图进行导航：图3 利用百度地图进行导航（3）利用GIS进行环境监控利用GIS系统还可以进行环境监控。如今，汽车排放废气、 制造噪音，对环境造成污染，为

13、了有效控制污染程度，对环境进行监控十分必要。这项技术充分利用了GIS系统的数据处理功能。它利用传感器和传输线路与主控计算机相连，对传感器获得的数据分析处理，及时汇报管理部门以便做出决策。3.1 GIS在轨道交通中的应用（1）利用GIS系统进行铁路选线设计规划 在我国一条铁路线路行程都在千米以上，多数甚至达到万米。所有途经的地质、地理条件和环境，环保条件等都会对线路的走向、成本造成影响。因此录入的资料范围有很多是航测资料、野外实测资料及数字化原有的地形图等。利用GIS技术，可以对线路的所有比选方案根据现状或原规划情况进行测算，检验其是否能充分发挥轨道交通所带来的开发潜力，若不能满足要求，需对该线

14、周围土地进行全面规划调整。 某些方案经过规划调整后发展潜力和覆盖人口仍达不到轨道交通规划的最低要求；或经规划调整后发展潜力及覆盖人口均较好，但经敏感性分析后风险较高，则均予以排除。最后提出从发展潜力和覆盖人口方面值得推荐的线路方案。图4表示的是利用GIS系统进行的铁路选线流程：图4 GIS系统下的铁路选线流程（2）列车调度 在轨道交通网络中实施基于GIS的综合指挥调度系统，可以整合现有轨道交通控制系统和信息资源，为城市轨道交通运营指挥调度提供可视化展现平台，从而增强轨道交通网络化运营的应急处理指挥能力。在这方面，铁路发展较早，城市轨道交通可向铁路进行借鉴。 （3）基于MapX的列车调度监控系统

15、电子地图 基于移动卫星通讯的铁路调度监控系统采用地球同步卫星的移动卫星通讯技术，实现运行机车与地面的远距离双向通讯系统。硬件由车载系统和地面系统组成，系统软件主要由卫星通讯模块、数据库管理模块和调度台控制模块组成。 基于MapX的电子地图具有简单、 方便、实时、高效等优点，对优化调度提高铁路运输管理水平具有十分重要的作用。基于MapX的铁路调度监控系统电子地图于2002年通过了铁路部门的技术鉴定，并于2004年在西安铁路分局安装并投入运行。（4）利用GIS实现轨道交通网指挥中心综合监控系统随着北京城市轨道的建设，目前在城市轨道交通全网运营管理业务指挥中心已经建立了运营控制中心系统，对每条线路的

16、各业务子系统进行整合，实现了实时监控和调度指挥。但是各轨道交通线路却是自成体系的，有各自独立的数据库、硬件平台和软件体系等，是一个个的自动化孤岛。要实现整个城市轨道交通网运营的协调统一管理，不得不加人大量的人工干预，这样就降低了系统整体的可靠性、响应性和运营效率，且成本较高。以GIS技术为核心，构建可视化、智能化和网络化的综合监控系统，将现有各个处于信息孤岛状态的不同线路日常运营管理综合集成起来，使物理上分散的各个监控系统实现综合监控，以发挥监控系统的整体优势。并且能够在突发事件时，为事故和灾害的应急处置提供大量的、可视化的静态和动态的监控信息、客流信息、现场电子地图信息和辅助决策信息。3.3

17、 GIS在交通港站方面的应用利用GIS将港站的数据进行整合，再结合运筹模型，实现交通港站换乘点的自动化选址。运用GIS实现公路客运换乘站选址布局具体过程如下 ： （1）公路客运换乘站选址布局所考虑的影响因素分解成若干单元然后运用GIS 中图层编辑 的功能每个单元所考虑的因素分别生成公路客运换乘站选址布局数据集合(矢量数据集)。例如，把城市的功能区数据集合看成面数据层城市交通运输路网数据集合看成线数据层，城市 对外客运换乘枢纽(火车站、航空港、港口)数据集合看成点数据层等。 （2）将城市功能规划、土地建设规划、自然环境因素、交通客源分布划分成若干不同的面数据层，把城市用地及城市道路网结构选定的有

18、足够用地组织公路客运换乘枢纽布局的地点作为点数据层：把根据城市现状公路客流OD分布期望线与城市客流分布期望线交汇的点作 为点数据层(当与集合中元素的位置较近时认为两元素位置重合)：在城市用地可行的情况下 把客流走廊的交汇点、起止点增加的公路换乘枢纽集合作为点数据层把城市对外客运换乘枢纽(如火车站、航空港、港口等 ) 附近适当增加的公路客运换乘枢纽集合作为点数据层：把城市路网规划数据集合、城市交通运输路网数据集合、居民交通流向和城市客运交通走廊分布作为线数据层。 （3）将不同数据层集合进行交运算，确定城市公交换乘枢纽布局集合最后结合城市用地实 际情况图集，确定最终选址布局方案。交运算示意图见图5

19、：图5 交运算示意图3.4 GIS在运输管理领域的应用（1）城市交通数据管理GIS近年来在交通运输管理领域得到了广泛的应用。交通工程人员利用地理信息系统与相应的城市交通地图相结合，将城市交通地理图及其有关数据数字化 ，建立规定比例的可视数字地图和相应的城市交通地图相结合，将城市交通地理图及其有关数据数字化，建立规 定比例的可视数字地图和相应的地理信息数据库，来进行道路交通的管理工作。在运输企业 的运营管理当中，可以利用建立的交通地理信息系统数据库，为管理部门或用户提供各种查 询要求和分析方法。（2）城市交通设施管理利用地理信息系统软件(如：MapInfo)本身所具有的功能，首先建立综合信息数据

20、库，需要对一个城市交通路网结构的实现，这种路网结构包含路网内的统计概念上交通流分布， 即需要历史数据或大量的实时交通流数据作为路网构架的基础；其次交通流覆盖的路网结构上， 实现各种交通控制方式，在路网上的道路交叉口应用图层建立交通信号控制对象，控制相关 的数据存储在控制数据数据库中；最后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。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，可以进行路面质量的管理和路面维修管

21、理，对信号装置以及桥梁的维护进行管理。将路面信息进行整合，录入到GIS系统中，便于管理与维护。如图6，百度地图将地面信息录入到GIS系统中，即可搜索附近药店，便能迅速将附近药店信息整合，并给出最佳路线。如图7，利用Mapinfo可以定位地点，并给出地点的信息。图6 用百度地图搜索附近药店图7 利用Mapinfo添加地点信息4未来发展趋势未来交通运输会向着智能交通运输体系发展，有专家预言未来智能运输系统对社会经济和交通运输的影响,可能会超过洲际高速公路。它的意义和价值体现在：首先，可大幅度提高公路的通行能力，至少使现有高速公路的交通量增加1倍。其次，可大量减少公路堵塞、拥挤现象，降低汽车油耗，使城市交通堵塞和拥挤造成的损失减少25-40。第三，可大大提高公路交通的安全性。而智能的实现很大程度上依靠GIS系统的发展。目前GIS-T拥有一些基本功能，同时还具备许多交通特色功能，如交通规划、交通控制、交通基础设施管理、物流管理、货物运输管理等功能。若想进一步深化交通系统的智能化，就必须充分结合计算机技术，利用软件的开发，让一些高端便利的G