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.

Средства анализа, имеющиеся в ГИС, позволяют не только прокладывать маршруты по существующей улично-дорожной сети (УДС), но и оценивать эффективность самой этой сети, вычислять узкие места, планировать развитие. Практически в любом городе можно найти примеры, когда длина даже самого оптимального маршрута по имеющейся УДС во много раз превышает геометрически кратчайшее расстояние между пунктами отправления и назначения (при том, что на идеальной сети превышение не может быть больше 40%). Причины этого – низкая связность сети, обусловленная препятствиями (железные дороги, реки и, как ни парадоксально, магистрали непрерывного движения при нашей хронической недостаточности развязок), а также неудачная организация движения. Результат – значительный перепробег для всех участников дорожного движения: и общественного транспорта, и коммерческого, и личного. Ну а последствия известны – пробки, шум, загазованность, ускорение износа дорожного полотна.

Мониторинг  состояния дорожного полотна  и планирование ремонтов. Это одно из наиболее популярных направлений применения ГИС в дорожных администрациях. Часто одного лишь цветового кодирования участков дорог по срокам ремонта бывает достаточно, чтобы существенно оптимизировать процесс и повысить качество дорожного покрытия в целом. Если же использовать ГИС для интеграции разносторонней информации по дорожной сети (виды/качество покрытия, транспортная нагрузка, даты ремонтов), на ее основе можно построить динамическую модель износа и автоматизировать планирование ремонтов (на Западе уже давно так делают). В базе геоданных удобно хранить и сведения о дорожных знаках, и другую «придорожную» информацию, привязанную к географическим или линейным координатам.

Мониторинг покрытия нужен не только автодорогам, но и  аэропортам. Аналогичная задача в  отношении рельсового пути стоит и перед железными дорогами. Во всех этих областях транспорта ГИС могут заметно повысить эффективность расходования средств на поддержание покрытия или пути в надлежащем состоянии.

Навигация. Хотя навигация основывается на пространственной информации и, по сути, неотъемлема от транспорта, применение универсальных ГИС-пакетов здесь довольно ограничено, поскольку для навигации необходим лишь небольшой набор специфических функций. Тем не менее, навигационные функции поддерживаются в ArcPad (отображение текущего положения на карте по данным ГНС-приемника), ArcGIS Tracking Analyst (запись траектории, дальнейший анализ движения объектов) и ArcGIS Network Analyst (построение маршрутов). Это программное обеспечение можно использовать для навигации, имея в виду то, что оно открыто для взаимодействия с другими приложениями (в отличие от замкнутых бортовых навигационных систем), а также может решать множество сопутствующих задач. Вернее, сами навигационные функции будут полезным дополнением в подвижной системе мониторинга/сбора данных.

Информационные  услуги населению. Информация о дорогах, маршрутах, расписаниях нужна нам всем. Средства для ее картографического представления в Интернете существуют уже 10 лет. И при этом сложилась парадоксальная ситуация практического отсутствия у нас информационных услуг для массового потребителя. Причины известны – конституированный монополизм государства на пространственную информацию при его фактической незаинтересованности в предоставлении сервисов на ее основе. Секретность координатных определений с необходимой точностью до сих пор остается принципиальным препятствием. Для инвесторов и коммерческих компаний этот рынок очень интересен, но неопределенность правового поля и, соответственно, невозможность просчитать риски, отваживает их от вложений в это направление.

Только в последние  месяцы (даже не годы) ситуация начала меняться под давлением популярности зарубежных проектов типа Google Maps, и  стали развиваться аналогичные  отечественные сервисы. Но пока они  далеки от того, что нужно нам всем как потребителям. А нужны нам актуальные карты дорог для планирования поездок, планы УДС и маршрутов общественного транспорта, схемы организации движения, информация о ремонтах и закрытых участках дорог, о пробках. Интернет – идеальная среда для предоставления информационных услуг на основе этих данных – от простого отображения карт до поиска оптимального маршрута с учетом различных факторов. Серверная технология ArcGIS позволяет легко создавать такие информационные системы и транспортные порталы в Интернете.

Примеры применения ГИС в предметной области.

DIGSEE LTD.

(Описание взято с официального  сайта компании)

GPS GRAD. Тотальный контроль.

Возможность самостоятельно управлять Вашим транспортом, грузами  и людьми наиболее полно предоставлена на рынке Украины компанией “Digsee”. Спектр услуг компании значительно шире, чем GPS-слежение и GPS-мониторинг, поэтому данный продукт может быть интегрирован с технологиями активных продаж и активного управления, которые есть у нашей компании. Большинство наших решений внедряются за один день, к тому же не требуют затрат на программное обеспечение, оборудование диспетчерского центра и оплаты труда диспетчера.

Что может сделать  проект GPS Grad для Вас?

С точки зрения слежения и мониторинга:

• GPS слежение: известно точное местонахождением транспорта, людей, персонала.
• GPS мониторинг за соблюдением маршрута и скорости.
• GPS контроль целостности и неприкосновенности груза.
• Навигация GPS и противоугонная блокировка транспорта с GPS управлением.
• GPS контроль оборудования и агрегатов в автомобиле
• Непрерывный GPS мониторинг, связь с водителем в случае нападения на авто.

 С точки зрения слежения за людьми:

• Персональное слежение GPS из офиса за перемещениями сотрудников 
• Слежение за людьми  GPS (торговыми агентами, страховыми агентами, сервисными инженерами, инкассаторами и д.т.)
• Активное управление продажами и сервисами при помощи карманного компьютера
• Интеграция системы с учетной системой предприятия (например, 1С)

С точки зрения слежения за грузами:

• Получение информации о своих грузах
• Предоставление своим клиентам информации о текущем местоположении их грузов

С точки зрения охраны автомобиля и удаленных объектов:

• Охрана автомобилей GPS
• Охрана стационарных объектов GPS
• Подключение умных датчиков и удаленных систем контроля

 С точки зрения частного лица:

• Подобрать персональный навигатор GPS или трекер GPS
• Подобрать и купить программу для персональной навигации GPS
• Записать свое путешествие и маршрут
• Найти адрес, объект, дорогу и отследить движение по маршруту

Что получает клиент системы GPS GRAD 

Устанавливая GPS-оборудование, клиент получает аккаунт на сервере компании, с гарантией полной конфиденциальности данных. Теперь Вы можете в режиме реального времени отслеживать все перемещения Ваших объектов, потребуется лишь доступ на просторы сети Internet.

Подробные карты городов  с указаниями улиц, высокая надежность каналов передачи информации обеспечивают максимальные возможности мониторинга Вашего автопарка. Обновление информации об объекте происходит в предельно короткие сроки - каждые 15 секунд.

GPS GRAD – наиболее популярное и успешное использование GPS. Возможности такой системы не могут не впечатлять: встроенный в автомобиль аппарат контроля, размером с пачку сигарет, позволит в режиме online:

• отслеживать маршрут  движения, скорости в каждой точке, места и продолжительность стоянок, количество расходуемого топлива;

• выявлять несанкционированные  маршруты и действия водителя;

• видеть  схему маршрута и местоположение объектов на электронной карте, масштабировать карту;

• снизить расход топливных  и временных ресурсов посредством  контроля соблюдения маршрута, исключения непроизводственных расходов, «простоя» транспорта;

• непосредственно контролировать безопасность грузов, получая мгновенные оповещения о любых несанкционированных  попытках вскрытия грузовых отсеков, управлять  запирающими устройствами грузового отсека посредством системы контроля на Вашем аккаунте;

• обеспечивать одновременный  доступ авторизованных пользователей  к данным системы из локальной  сети организации, а также из любой  точки страны или за ее пределами;

• подключить внешние  датчики, посредством которых снимают данные с различных агрегатов транспортного средства;

• сохранять данные обо  всех перемещениях и состоянии объектов (скорость, режим работы двигателя, загрузка, закрытие/открытие дверей, время  и количество стоянок);

• получать оповещение при возникновении внештатной ситуации – отправка тревожного сообщения в центральный офис или мобильный телефон;

• дистанционно управлять  устройствами автомобиля (управление различными устройствами на удаленном  объекте строительства, при  получения сигнала об угоне автотранспорта – возможность блокировки двигателя или подачи топлива); 
• экспортировать/импортировать данные для последующего создания различных отчетов и сравнения с данными учетных систем предприятия.

Отличительные качества

• GPS мониторинг и спутниковый GPS контроль Ваших объектов прост! Вам не нужно специальное оборудование для отслеживания перемещения и маршрутов подвижных объектов: людей, животных, небольших суден и яхт. Необходимость закупки программного обеспечения для GPS мониторинга – отсутствует! Вашему диспетчеру достаточно только иметь доступ к сети Интернет и к системе GPS управления транспортом GPS Grad. Система GPS контроля GPS Grad проста и понятна даже ребёнку! 
• Мобильность Вашего портативного диспетчерского центра GPS контроля - следите за объектами с GPS Grad где Вам удобно!
• Компактные габариты бортовых модулей GPS слежения и управления, трекеров. 
• Система спутникового GPS мониторинга GPS Grad не привязывается к одному определенному оператору связи.
• Индивидуальная работа с клиентами и подбор средств, решения и устройств GPS слежения - мы всегда на связи и готовы прийти на помощь!
• Высокоскоростной канал передачи информации в системе GPSGrad, вместо систем, использующих для передачи данных GSM каналы.

Дублирование противоугонной системы транспорта  

Возможность при необходимости  продублировать поисково-противоугонную систему. С помощью спутниковой  системы навигации GPS Grad можно произвести слежение за угнанным транспортом или вовремя заблокировать управление транспорта.  

Для автотранспортных предприятий  

Для автотранспортных предприятий  всех специализаций возможность  пресечь нецелевое использование  автотранспорта и проконтролировать  реальность заявляемых пробегов. Мониторинг GPS Grad за короткие сроки эффективно повысит дисциплину на Вашем предприятии, поможет избежать возможных убытков из-за простоя автопарка в работе, благодаря GPS слежению GPS Grad - можно своевременно реагировать на любые ситуации.  

Прокат автомобилей   

Для тех, кто занимается прокатом авто - возможность проконтролировать  реальный пробег авто с помощью GPS устройств, выезды за пределы оговореной территории, скоростной режим, время и место простоя (соблюдение условий договора аренды), избежания возможных аварий или нештатных ситуаций, возможного нападения или угона с помощью GPS контроля транспорта. Дублирование поисково-противоугонной системы.  

Аренда техники   

Тем, кто использует или  предоставляет в аренду строительную технику - возможность проконтролировать  сколько времени и где работала техника и какие механизмы  задействовались, параметры рабочих узлов – на технику устанавливаются специальные GPS устройства для контроля и управления автотранспортом. Строительная площадка – зона повышенной безопасности: здоровье и жизнь Ваши сотрудников всегда под контролем, используя систему контроля GPS Grad.  

Служба доставки и курьерские службы  

Для служб доставки и  курьерских служб - возможность координировать работу транспорта, оперативно реагировать  на рабочую ситуацию, дорожную обстановку, корректировать маршруты и перераспределять задачи в зависимости от меняющихся обстоятельств. Система спутниковой навигации и контроля GPS Grad избавит Вас и ваш бизнес от простоев в роботе, предоставив Вам все возможности скоординировать слаженную роботу всех узлов Вашего предприятия с помощью массива GPS устройств и единой информационно-диспетчерской GPS системы на основе спутниковой системы мониторинга GPS Grad. Отыскав свободный от создавшихся пробок (в том числе и там где они ожидаются!) путь, операторский отдел сможет эффективно управлять транспортными потоками Вашей компании.  

Перевозка ценных грузов  

Грузоперевозки, связаные с ценностями, в первую очередь требуют точной координации работы, как в рабочие будни, так и во время возможных нештатных ситуаций, вне зависимости от психоэмоционального и физического состояния сотрудников и водителей - это задача современных спутниковых информационных и цифровых GPS систем мониторинга транспорта. С ней, как никто другой, справится система спутникового GPS слежения GPS Grad. При перевозке ценных грузов - у оператора Вашей компании появляется возможность контролировать передвижение и остановки транспорта в любой точке маршрута, открывание/закрывание дверей, багажного отсека, разговоры в кабине, включение”тревожной” кнопки. Возможно также вмешательство диспетчера в управление автомобилем (например, заблокировать двигатель при угоне и произвести своевременный вызов правоохранительных органов благодаря информации системы мониторинга GPS Grad).