Применение геоинформационных технологий для оценки состояния и транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог

И городских улиц

Эффективное управление состоянием автомобильных дорог и городских улиц, выбор мероприятий по улучшению их транспортно-эксплуатационных качеств невозможны без наличия надежных и объективных данных о местности, по которой проложена дорога, ее геометрических параметрах, типах и состоянии дорожных покрытий, состоянии мостов и путепроводов, водопропускных труб, наличие препятствий на дороге, а также характеристик режима движения транспортного потока и его составе.

Рис. 13.9. Функциональные инструменты геоинформационной системы:

САПР АД - система информационного проектирования автомобильных дорог;

ГИС - геоинформационная система

В современных условиях для решения указанных задач и создания автоматизированного банка данных о автомобильных дорогах и улицах все шире применяются геоинформационные технологии и интеллектуальные электронные системы, основанные на широком использовании спутниковой навигации.

Геоинформационная система (ГИС) - это информационная система, предназначенная для сбора, хранения, обработки, отображения и распространения данных, а также для получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных объектах и явлениях (рис. 13.9).

Главным достоинством ГИС является наиболее «естественное» для человека представление как собственно пространственной информации, так и любой другой информации, имеющей отношение к объектам, расположенным «в пространстве». Представление этой информации может осуществляться следующими способами: числовое значение с датчика, таблица из базы данных (как локальной, так и удаленной) о характеристиках объекта, его фотография, реальное видеоизображение.

Особенностью ГИС является то, что вся информация в ГИС представляется в виде электронных карт, позволяя специалисту извлекать новые данные и знания.

Основное отличие электронных карт в ГИС от бумажных карт заключается в том, что в ГИС карта не является обычным статическим изображением (картинкой), а представляет собой объект, из которого можно получить большой объем дополнительной информации.

К функциям ГИС относятся накопление, обработка, анализ данных и принятие решения (рис. 13.10).

С точки зрения обычного пользователя ГИС - это программа для персонального компьютера, позволяющая с помощью интерфейса просматривать электронные карты и анализировать пространственные данные, лежащие в их основе.

Объекты, входящие в ГИС, имеют помимо геодезических данных технологические характеристики, представляемые в виде разнообразных баз данных, и расчеты с помощью включенных в информационную систему программ для ЭВМ.

Геоинформационная система, как и другие информационные технологии, эффективна в процедурах, где лучшая информированность помогает принять лучшее решение.

Однако ГИС является не инструментом для выдачи решений, а средством, позволяющим повысить эффективность процедуры принятия решений и обеспечивающим проектировщика функциями анализа пространственных данных, представления результатов анализа.

Требуемая для принятия решений информация представляется в картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами.

Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет проектировщику сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и осмысливание доступных разнородных данных. Можно рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффективное.

Геоинформационные системы, решающие разнообразные задачи, классифицируются по ряду признаков: по пространственному охвату (глобальные, региональные); по уровню управления в Российской Федерации (федеральные, региональные, муниципальные и корпоративные); по области деятельности.

Наиболее близкой к сфере транспорта является классификация по области деятельности, в которой применяется ГИС: землепользование, градостроительство, архитектура, инженерно-геодезические изыскания, безопасность дорожного движения (управление инженерным обустройством автомобильных дорог и городских улиц), навигация (навигация на местности и выбор маршрутов движения), управление ремонтом и содержанием автомобильных дорог и городских улиц.

За последние годы кафедра проектирования дорог МАДИ (ГТУ) накопила производственный опыт промышленной разработки и эксплуатации геоинформационных проектов следующих уровней управления в Российской Федерации:

• федеральная ГИС (паспортизация и инвентаризация автомобильных дорог);

• региональные ГИС (инвентаризация автомобильных дорог);

Рис. 13.10. Функции геоинформационной системы

• муниципальные ГИС (паспортизация и инвентаризация городских улиц);

• корпоративные ГИС (здания и помещения).

В основе ГИС лежит концепция послойной организации пространственных данных, когда однотипные данные на земной поверхности группируются в слои (рис. 13.11). Совокупность всех слоев в ГИС образуют карту.

Для примера можно создать пять основных слоев:

слой автомобилей. Каждый автомобиль должен представляться в виде точки и дополнительно описываться параметрами цвета и марки;

слой автомобильных дорог и улиц. В зависимости от решаемых задач автомобильные дороги могут быть представлены в виде осевых линий или в виде многоугольников, точно описывающих проезжую часть. В некоторых случаях имеет смысл иметь два слоя отдельно для осевых линий и для проезжей части;

слой деревьев. Деревья можно представить в ГИС в виде точечных объектов, для каждого из которых заданы тип дерева, высота, диаметр;

слой зданий. Здания представляются в виде многоугольников, описывающих контур здания на уровне земли. Для зданий в описании следует указать тип здания (жилое, промышленное, коммерческое), адрес, высоту, число этажей и др.;

слой рек. Реки на карте могут быть представлены в виде линий.

Рис. 13.11. Пример представления слоев электронной карты геоинформационной системы

Деление данных на слои позволяет отображать в ГИС только те данные, которые необходимы для решения поставленных задач.

Процесс создания карт в ГИС начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться оцифровкой бумажных карт.

На основе таких баз данных можно создавать карты любой территории, любого масштаба, с необходимой детализацией, с отображением требуемыми символами.

В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные, можно корректировать по мере необходимости.

В крупных организациях созданная топографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями, при этом возможно быстрое копирование данных и их пересылка по сетям.

При оценке дорог в дорожном хозяйстве используется ГИС IndorGIS/Road, разработанная в ООО «ИндорСофт» (г. Томск), представляющая собой крупный программный комплекс, предназначенный для системной автоматизации инженерной деятельности в дорожной отрасли.

Наиболее важными функциями информационной системы IndorGIS/Road являются следующие:

• ведение паспортов, сведений по диагностике, мониторингу, оценке уровня содержания автомобильных дорог;

• оперативное получение информации о автомобильных дорогах и дорожных объектах в любой части охватываемой территории;

• отслеживание дефектов, регламентных и ремонтных работ с указанием сроков, результатов контрольных измерений и испытаний, графическое отображение автомобильной дороги в виде чертежа в произвольном масштабе в произвольной ориентации или на плане местности;

• отслеживание остаточной стоимости основных фондов, инвентаризация автомобильных дорог и городских улиц;

• оценка качества содержания автомобильных дорог и городских улиц;

• формирование статистического материала по дефектам с целью выявления слабых мест;

• формирование статистического материала по дорожно-транспортным происшествиям;

• ведение архива документов по автомобильной дороге и ее объектам. Под документами понимаются текстовые, графические файлы, чертежи, отсканированные материалы, видеоряды и любые другие данные;

• ведение информации и документов по правам собственности на землю, информации по полосам отчуждения.

Рис. 13.12. Практические результаты применения

геоинформационной системы

Для сбора информации о местности и объектах на ней применяют лазерное сканирование, которое позволяет зафиксировать все объекты, находящиеся на местности в автоматическом режиме.

Важным элементом развития ГИС является их интеграция с любыми электронными инструментами массового сбора данных об автомобильной дороге и дорожной инфраструктуре, часто называемыми «интеллектуальные информационные системы».

Эффективность использования ГИС повышается за счет проведения полевых работ с помощью автоматизированных ходовых дорожно-исследовательских лабораторий, оснащенных измерительной аппаратурой и геодезическими приемниками спутниковой системы навигации GPS.

Сочетание спутниковой системы навигации, современной радиосвязи и электронной картографии позволяет в реальном времени определять местоположение объектов с высокой точностью, вычислять скорости движения транспортных средств, продольное и центробежное ускорения, расстояния, геометрические параметры автомобильной дороги (рис. 13.12).

Широкое практическое применение ГИС позволяет выбирать наиболее эффективные и экономичные мероприятия, направленные на повышение транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог и городских улиц.

Контрольные вопросы

1. Какое влияние оказывает уровень удобства движения на вид возможных дорожно-транспортных происшествий?

2. Какая взаимосвязь существует между уровнями удобства и средствами регулирования движения?

3. В чем заключается выборочное улучшение условий движения?

4. В чем заключается поэтапное улучшение условий движения?

5. Какие исследования проводят при оценке охраны окружающей среды и природных ресурсов?

6. Как оценивается уровень транспортного шума и уровень загазованности воздуха отработавшими газами двигателей транспортных средств?

7. Что представляет собой геоинформационная система?

8. Какие геоинформационные системы существуют?

9. Что понимается под слоями электронной карты геоинформационной системы?

ПРИЛОЖЕНИЕ

КАРТОЧКА