GIS在水运交通中的应用

GIS在水运交通中的应用

□华南理工大学交通学院郑志恒

摘要：在简述GIS及其在交通领域的应用的基础上，重点介绍了其在水上交通领域的应用，给出了水上交通GIS的功能及基于GIS的水上交通智能管理框架。

关键词：GIS 水上交通

近年来，随着地理信息系统的飞速发展，越来越多的应用领域同GIS技术建立了紧密的联系。由于交通信息系统具有精度要求高、规则复杂、动态化、离散化等特点，原有的信息技术已经不能完全满足交通应用的需求，而借助于GIS的强大功能，可以实现交通信息化、智能化的时代要求。交通领域中GIS的应用也越来越受到重视。

1 GIS概述

地理信息系统简称GIS，是指为收集、管理、操作、分析和显示空间数据的计算机软、硬件系统。

今天的地理信息系统集成了计算机数据库技术和计算机图形处理技术，它不同于以往只处理统计的数据库系统和处理非地球坐标的计算机图形辅助设计软件。在对象处理上比上述两类软件更加全面，即地理信息系统所处理的事物对象具有空间地理特征，也具有统计信息特征。如一段公路，起讫点是它的地理特征，公路的造价、技术标准以及交通量等又具有统计数据特征。这些统计数据在纸介质地图上是难以描述的。

地理信息系统的基本思想是将地球表层信息按其特征的不同进行分层，每个图层存储特征相同或相似的事物对象集，如河流、湖泊、道路、土地利用和建筑物等构成不同的图层，然后分层管理和存储。这样每个图层都有一个唯一的数据库与其相对应，这个数据库表成为属性数据库，库中的内容称为属性数据。因此地理信息系统是一种空间性数据库管理系统，然而它除了具备一般数据管理系统的数据输入、存储、查询和显示输出等基本功能外，它更能进行空间查询和空间分析，用户可以根据需要建立一个应用分析模型，通过动态分析为评价、管理和决策服务。

GIS是一门综合性技术，它已经与其他技术互相融合。GIS应用需要利用和集成其他技术；同时，其它信息技术的应用也需要GIS。

根据GIS所应用的领域不同可将其划分为:地籍信息系统(CIS)、基于影像的信息系统(IBIS)、土地信息系统(LIS)、自然资源管理信息系统(NRMIS)、规划信息系统(PIS)、空间信息系统(SIS)、空间决策信息系统(SDIS)、城市信息系统(UIS)和交通运输地理信息系统(GIS-T)等。

2 GIS在交通中的应用

交通地理信息系统是收集、整理、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统，是GIS技术在交通领域的延伸，是GIS与多种交通信息采集、分析和处理技术的集成。GIS-T((Geographic Information System for Transportation)具有强大的交通信息服务和管理功能，它可以应用在交通管理的各个环节。

交通分成铁路交通、公路交通、水运交通、航空交通等方面，根据这几种交通类别以及业务范围，GIS的应用大致可以归纳成以下几个部分，如图1所示。

图1 GIS在交通行业的应用

（1）铁路管理

随着公路、航空等的发展，铁路运输面临着巨大的挑战，在这种环境下，除了继续加强硬件设施的投入以外，好的信息管理系统将在提供分析决策、市场预测等方面给予辅助分析的有力依据。GIS在这个领域的应用有：

·资产管理

·设施管理：铁道、车辆、通信和信号

·车辆跟踪

·物流分析

·紧急事故处理

·环境和建设

·联运管理

·旅客信息管理

·运输能力规划分析

·市场分析

·选址选线分析

·风险管理

（2）港口和水运管理

港口和水运管理对于水陆交通发达的国家和地区来说是非常重要的。大量货物的进出口、船只调度等。由于运输量的大量增加，很多设备已经大大超过了它们的承受能力，因此合理的调度和运用这些设备，提高整体的运输效率显得非常有必要。GIS在港口和水运管理系统中除了提供以上这些分析功能外，还能对河床进行分析。由于自然环境的污染和长时间的泥沙淤积，容易引起河床的变化，对水运交通造成阻碍和影响，利用GIS可以观察河床的变化，以及预测未来河床的变化，以便及时给出是否需要清淤或其他操作的决策。

ESRI GIS软件被成功地应用在巴拿马运河、悉尼港和德国联邦水运管理局等重要项目中。

（3）航空和飞行器管理

GIS在航空方面的应用大致可以分为以下几个方面：

·设备管理：地面设备以及机场控制区的设备管理

·模拟飞行以及噪音管理

·机场与周边环境保护的管理

·机场建设和维护管理

·飞机起降操作管理

·航运能力以及交通规划

（4）公共交通管理

GIS在公交交通管理中的应用主要有以下几个方面：

·线路规划和分析

·公交调度和紧急事故处理

·车辆的自动定位和跟踪显示

·站场设施管理

·统计和建模分析决策

（5）公路管理

目前基于GIS-T的交通规划模型软件已经开发成功并进入商业应用阶段，这些软件包括全部的GIS软件功能，其应用模型与GIS集成一体。加拿大已经成功应用GIS完成了在温哥华的一条127公里、4车道的公路的路径选择和初步设计。在这个过程中，GIS很好地解决了项目设计的环境分析、公路选址等问题，包括野生动物、森林、水、土壤、植被和土地利用等。

GIS-T还与路面管理系统、桥梁管理系统等公路养护系统相关联，借助先进的路面和桥梁检测设备和数据搜集手段，使道路的养护管理更加科学合理、经济高效。

（6）为智能运输系统（ITS）提供数字化平台

智能运输系统是新近发展起来的交通管理系统，它将和GIS-T、全球定位系统GPS一道成为未来交通领域快速发展的新技术。基于GIS-T、GPS的ITS，将能够为道路用户提供实时的动态交通信息，改善出行方式，也能够为道路管理者提供控制信息，大大提高现有道路的通行能力和安全性。

在交通工程领域采用GIS技术和方法研究交通规划、交通建设和交通管理及其相关的问题，具有其他传统方法无可比拟的优点。具体体现在三个方面：一是它可以应用在交通管理的各个环节，即从交通规划、设计、施工到运营和养护的所有阶段以及交通科研；二是它可以广泛应用在国家、省、市等不同层次的管理；三是可以广泛应用在政府、交通运输管理、运输企业和工程设计施工等部门。

3 水上交通GIS信息分类

水上交通电子地图中的地理信息可以分为三类：

（1）静态地理基础信息：如行政区、道路、河流、湖泊、绿地、山脉、桥梁等。

（2）静态专业地理信息：如航道、码头、航标、锚地、交通管理设备等。

（3）动态信息：如船舶位置、航行轨迹、交通流流量、拥挤状态信息等。

4 水上交通地理信息系统功能设计

4.1图层管理

（1）分图层管理：不同的图层使用不同的颜色、线形、符号等，控制不同图层的现实时机和标注范围，使电子地图更清晰、更有针对性。基本图层有：区域、水域、道路、航道、桥梁船闸、港口码头、检查站所、相关单位、打捞救助单位、海事设备等。

（2）数据获取与预处理：系统应能接收多种来源的基础空间数据,并进行适当的预处理,特别注意对数据质量的检查和错漏的处理。

（3）地图信息的查询检索与定位：对数据进行查询、检索和分析,包括空间查询、属性查询、复合条件查询和图形与属性信息的双向查询。对用户要求的航道名称、港口码头、相关单位等进行定位。

（4）数据更新与维护:主要分为版本管理、图形编辑、专题图制作、历史数据库建立、