Dr inż. Anna ŻAK, Katedra Komunikacji Lądowej Politechniki Śląskiej

Mgr inż. Jan GREGOROWICZ, PPU INKOM S.C. Katowice

Mgr inż. Piotr TRYBUŚ, PPU INKOM S.C. Katowice

 

 

 

WYKORZYSTANIE GIS W PRZYGOTOWANIU MATERIAŁÓW

DO ANALIZ KOMUNIKACYJNYCH W REJONACH ZURBANIZOWANYCH

 

  

1. Wprowadzenie - systemy GIS, bazy danych.

 

System GIS (Geographical Information System) to oprogramowanie systemowe służące do obsługi map cyfrowych, która polega na wspomaganiu tworzenia map, ich przechowywaniu oraz analizie danych znajdujących się na mapie [1], [2]. Nowa dyscyplina jaką staje się analiza danych przestrzennych za pomocą GIS, otwiera szereg możliwości także w dziedzinie drogownictwa. Większość danych zbieranych we współczesnym świecie ma odniesienie geograficzne, a więc istnieje możliwość ich przetwarzania w systemach GIS.

 

Głównym cechą systemów GIS jest połączenie (sprzężenie) między obiektem (jego wygląd jest graficznie przedstawiony na mapie) a jego atrybutami, które są przechowywane w bazie danych, natomiast głównym zadaniem wykonywanie bazowych i międzybazowych analiz przestrzennych.

 

Są trzy podstawowe typy obiektów graficznych występujących w systemie GIS: punkty, linie i powierzchnie. Każdy obiekt na mapie poza współrzędnymi i parametrami określającymi jego wygląd posiada indywidualny zestaw informacji opisowych przechowywanych w bazie danych. System GIS pozwala opisać obiekt dowolną liczbą informacji różnego typu np.: danymi liczbowymi, tekstowymi, graficznymi, dźwiękowymi. Informacja związana z pojedynczym obiektem jest przechowywana w rekordach bazy danych.

 

Systemy baz danych są rozwiniętą grupą oprogramowania, ich zadanie sprowadza się do przechowywania i wyszukiwania informacji o atrybutach danych przestrzennych. Dane o atrybutach w programach GIS są wprowadzane z różnych źródeł lub importowane  z istniejących baz danych. Są one przechowywane w tabelach, gdzie każdy wiersz reprezentuje obiekt, a kolumna dany atrybut. Dane dotyczące różnego typu obiektów (warstw tematycznych) są przechowywane w oddzielnych tabelach.

 

Zalety komputerowej bazy danych to między innymi:

• łatwość uzupełniania i weryfikacji danych,

• łatwość odszukania potrzebnej informacji,

• konieczność uporządkowania danych według standardu wymaganego przez bazę danych,

• wybrane fragmenty zbioru danych mogą być przeniesione do innych programów,

• możliwość ochrony zasobów bazy przez ograniczenie dostępu użytkownika do danych,

• zapis magnetyczny ogranicza fizyczny rozmiar bazy danych.

 

 

Analiza jest procesem poszukiwania informacji zawartej w zbiorze danych. Może się sprowadzać do wizualnej oceny rozkładu danych przestrzennych (Rys.1.), zobrazowanych  w postaci mapy, jest także wspomagana przetwarzaniem danych w systemie GIS. Analiza danych dostarcza podstaw do formułowania nowych hipotez, pomaga prowadzić plany inwestycyjne może ułatwiać eksploatację istniejącej sieci drogowo-ulicznej.

 

Cechą szczególną systemów GIS jest zdolność przetwarzania różnorodnych typów danych np. wektorowych, rastrowych i atrybutowych zawartych w bazach danych.

 

 

 

Rys. 1. Wizualizacja danych o rozmieszczeniu ludności

 

2. Geokodowanie danych

 

Podstawą przygotowania danych jest tzw. „plan adresowy”, który wiąże  zapis adresu pocztowego z konkretnym punktem na mapie (współrzędne x, y). W przypadku realizowania, w danej jednostce administracyjnej, programu GIS jest to jedna z jego pierwszych realizowanych warstw tematycznych, którą pozyskuje się do dalszego wykorzystania. 

 

W analizach komunikacyjnych geokodowaniu podlegają następujące bazy danych:

• baza PESEL (wykorzystywane są jej elementy nie podlegające ustawie o ochronie danych osobowych),

• baza o zatrudnieniu (z rozbiciem na poszczególne sektory),

• baza o pojazdach (bez możliwości identyfikacji marki, rocznika i innych danych o charakterze handlowym).

 

Przykład wizualizacji planu adresowego przedstawiono na rysunku  2.

 

 

Rys.2. Wizualizacja  planu adresowego

  

Podobnie przedstawia się wizualizacje zgeokodowanych innych baz danych. Tak przygotowane bazy danych są podstawą do przeprowadzenia szeregu analiz komunikacyjnych oraz wykonania symulacji ruchowych za pomocą specyfikowanego oprogramowania.

 

 

3. Analizy komunikacyjne i symulacje ruchowe

 

Zgeokodowanie informacji pozwala na ich łatwą analizę przestrzenną i efektowną wizualizację, zaprezentowaną na załączonych rysunkach 3 i 4.

 

  

Rys.3. Wizualizacja wyników analizy wskaźnika motoryzacji

 

  

 

Rys. 4. Wizualizacja analizy ruchliwości mieszkańców

 

 

Przygotowane, przedstawionymi powyżej metodami, dane wejściowe stanowią podstawę do symulacji ruchowych wykonywanych według następujących założeń:

 

• macierze powiązań pomiędzy rejonami komunikacyjnymi są tworzone metodą grawitacyjną, oddzielnie dla każdej z motywacji,

• przepływy tranzytu i ruchu docelowo-powrotnego są ustalane na podstawie pomiaru,

• rozkład ruchu na sieci drogowo-ulicznej wykonywany jest metodą czterech kolejnych iteracji,

• każda z iteracji jest wykonywana metodą wielu dróg, gdzie parametrem optymalizacyjnym jest czas realizacji podróży,

• po każdej iteracji czas przejazdu jest uaktualniany w zależności od wyczerpania przepustowości na poszczególnych ciągach.

 

W celach porównawczych wykonano próbne obliczenia dla danych przygotowanych metodami tradycyjnymi i GIS-owymi, które następnie porównano z pomiarami ruchu.

 

Uzyskano następujące procentowe wskaźniki zgodności:

 

• metoda tradycyjna                    - ok. 70-75%,

• metoda GIS                             - ok. 85-90%.

 

Dodatkowo, w wizualizacji, posłużono się rzeczywistymi osiami sieci drogowo-ulicznej przekazanymi przez jednostkę administracyjną (opracowanymi w systemie GIS dla skali 1:1000 - mapa zasadnicza). Założenie przejęcia materiałów wejściowych w systemie GIS (wymagany prawidłowy układ współrzędnych geograficznych) pozwala również na nanoszenie uzyskanych wyników analiz na dowolne inne materiały przestrzenne i ich dalsze opracowywanie.

 

Wyniki przykładowych obliczeń symulacyjnych zwizualizowano na rysunku 5.

 

 

 

Rys.5. Wizualizacja symulacji modelu stanu istniejącego

 

 

4. Podsumowanie

 

Niektóre z możliwości wykorzystania systemów GIS w drogownictwie przykładowo w: zarządzaniu drogami [1], projektowaniu i eksploatacji systemów drogowo-ulicznych [2], w projektowaniu koncepcji ścieżek rowerowych w obszarach miejskich [3] były już prezentowane. Wykonywane opracowania dają nową jakość - wynikającą z możliwości wykonywania tych analiz szybciej, dokładniej i taniej. Popularność systemów GIS wiąże się z coraz łatwiejszym dostępem do istniejących zbiorów map cyfrowych, zapisanych w sposób umożliwiający ich wykorzystanie i redagowanie zgodnie z wymaganiami użytkownika. Zapis cyfrowy umożliwia szybkie wykonanie wielu wariantów analizy, bez ponoszenia nadmiernych kosztów.

 

Dzięki systemom typu GIS możliwe są przede wszystkim:

• automatyzacja przetwarzania danych geograficzno-informacyjno-statystycznych,

• przyspieszenie procesów decyzyjnych,

• szybki dostęp do informacji każdego typu,

• wizualizacja informacji,

• aktualizacja danych.

 

Literatura

 

[1] ŻAK A.,Wykorzystanie programu GIS w zarządzaniu drogami. Transport Miejski 1/2000, s. 8-10.

[2] ŻAK A., GREGOROWICZ J., TRYBUŚ P., Wykorzystanie GIS-ów do projektowania i eksploatacji systemów drogowo-ulicznych. Konferencja naukowo-techniczna Systemy informatyczne wspomagające zarządzanie drogami ruchem drogowym. Bydgoszcz 2000, s.5-13.

[3] ŻAK A., Koncepcja systemu ciągów rowerowych dla Sosnowca. Transport Miejski 10/1999, s. 16-19.