唐丹鳳 朱志國

西南交通大學(xué)，交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都 610031

0 引 言

城市軌道交通以其大運(yùn)量、低能耗、高效率、高環(huán)保的特有優(yōu)勢，在大型城市的公共交通體系中占有重要的地位，如今，城市軌道交通已成為城市交通現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。

隨著人們對交通需求的持續(xù)高漲，作為城市交通骨干網(wǎng)的軌道交通在城市的建設(shè)和發(fā)展中正起著越來越重要的作用，大家對軌道交通是大城市緩解交通擁堵的必由之路已經(jīng)成為共識。因此，城市軌道交通在建設(shè)、調(diào)度指揮以及應(yīng)急過程中只有充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能決策技術(shù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)等高科技手段，實(shí)施加強(qiáng)城市軌道交通的科學(xué)化和現(xiàn)代化管理，提高軌道交通管理的快速反應(yīng)能力和綜合協(xié)調(diào)控制能力，才能較好的滿足人們的要求。

在各種高科技手段中，地理信息系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)軟件和硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需要信息的技術(shù)系統(tǒng)。它不僅是一個(gè)圖庫管理系統(tǒng)，更重要的是它具有空間分析功能，包括數(shù)字地形模型分析、空間特征的幾何分析、網(wǎng)絡(luò)分析、影像分析和地理變量的多元分析等[1]。GIS的主要功能有：數(shù)據(jù)的操作與處理功能、制圖功能、空間查詢與分析功能、地形分析功能、三維可視化功能等。將這些功能應(yīng)用于城市軌道交通的各個(gè)階段成為近年來的熱點(diǎn)。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在北美和西歐等發(fā)達(dá)國家的城市軌道交通網(wǎng)中已逐步重視GIS技術(shù)的使用，集中應(yīng)用在軌道交通的運(yùn)營、調(diào)度、管理和維修等方面。如波蘭市地鐵采用GIS技術(shù)進(jìn)行地鐵線網(wǎng)規(guī)劃管理，通過收集大范圍的數(shù)據(jù)，輸入到交通出行預(yù)測模型中，完成空間分析[2]；新加坡地鐵在施工和土工數(shù)據(jù)管理中應(yīng)用GIS[3]；德國漢堡地鐵，多媒體墻的設(shè)備可供乘客查詢有關(guān)交通信息、當(dāng)?shù)貙ｉT信息查詢等多種服務(wù)；倫敦使用先進(jìn)的通訊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為乘客提供信息服務(wù)。

在國內(nèi)，GIS在鐵路上已得到成功的應(yīng)用。比如說，地理信息系統(tǒng)在青藏鐵路和朔黃鐵路綜合網(wǎng)管中的應(yīng)用，青藏線通過GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息集成，使得運(yùn)營、應(yīng)急救援、安全保障在一個(gè)公共的平臺(tái)下進(jìn)行統(tǒng)一的管理；地理信息系統(tǒng)在鐵路工務(wù)管理、鐵路運(yùn)輸、鐵路勘測設(shè)計(jì)、鐵路站場地下管線規(guī)劃管理中的應(yīng)用等?？傊?，GIS在鐵路上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。

在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營條件下的中國城市軌道交通中，采用功能強(qiáng)大的GIS技術(shù)成為一個(gè)新的發(fā)展方向，相關(guān)學(xué)者對地理信息系統(tǒng)在城市軌道交通的應(yīng)用有所研究并發(fā)表相關(guān)論文。比如劉瑜闡述了GIS在軌道交通調(diào)度指揮中應(yīng)用的可行性，從業(yè)務(wù)層面分析軌道交通調(diào)度指揮對GIS的具體需求、建設(shè)目標(biāo)及建設(shè)內(nèi)容[4],蔣海琴等介紹了GIS在城市軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用，提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路和框架及應(yīng)用前景[5]，劉光武對GIS在城市軌道交通應(yīng)急處理進(jìn)行相關(guān)研究[6]，黃勇超對GIS在城市軌道交通的勘測測繪、規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)營管理、應(yīng)急指揮、輔助決策等方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析[7]，朱若立在PURLS的基礎(chǔ)上研究了基于GIS的城市軌道交通選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)(URLS)，實(shí)現(xiàn)了基于GIS平臺(tái)的城軌交通選線專業(yè)制圖功能[9]，石瑜將 GIS和城市地鐵站點(diǎn)的布設(shè)結(jié)合起來進(jìn)行研究，使站點(diǎn)的屬性信息和可視化地圖數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相互訪問，并利用 GIS的空間分析功能，進(jìn)行站點(diǎn)的選址優(yōu)化[10]。

2 GIS在城市軌道交通建設(shè)中的功能分析

城市軌道交通建設(shè)包括線路和車站的建設(shè)，在建設(shè)過程中涉及因素眾多，既有工程量、工程費(fèi)、建設(shè)周期等定量指標(biāo)，又有線路沿線的地理信息、水文信息、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境條件等定性指標(biāo)。多種因素的混合使得城市軌道交通建設(shè)從一開始就變得復(fù)雜而難以做出正確的決策。這時(shí)，就需要地理信息系統(tǒng)的空間分析功能為用戶提供解決多種問題的有效手段，從而幫助管理者從宏觀的、科學(xué)的角度來認(rèn)識軌道交通建設(shè)，做出正確的決策。

2.1 數(shù)據(jù)的操作與處理功能分析

該功能主要包括軌道工程、評價(jià)要素基礎(chǔ)空間圖形的數(shù)字化以及屬性數(shù)據(jù)的輸入、增加、修改、刪除等操作；圖形空間數(shù)據(jù)分層管理和輸入[5]。要進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)，以地鐵建設(shè)為例，必須要有足夠的數(shù)據(jù)作為地鐵選線、選站、地鐵站規(guī)模大小、空間布局等的依據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括線路沿線、車站周邊的地理信息、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、交通情況、土地利用、客流情況等。通過地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)操作與處理功能將這些數(shù)據(jù)輸入、儲(chǔ)存并加以管理，進(jìn)而將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用到軌道交通建設(shè)中，作為城市軌道交通建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 制圖功能

制圖功能為 GIS最重要的功能，包括專題圖制作，在地圖上顯示出地理要素，并賦予數(shù)值范圍，同時(shí)可放大縮小以表明不同的細(xì)節(jié)層次。GIS除了能夠?qū)D形數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并以直方圖、曲線圖等多種方式顯示或打印輸出，實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)報(bào)表的預(yù)覽打印等基本操作外，還能基于GIS進(jìn)行二次開發(fā)，建立基于GIS的選線、站址選擇系統(tǒng)平臺(tái)。在該系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)平面圖、橫斷面、縱斷面的設(shè)計(jì)，更好地為城市軌道交通線路、車站建設(shè)提供依據(jù)。

2.3 空間分析功能

該功能實(shí)現(xiàn)圖形空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的雙向聯(lián)合查詢和分析，既可由圖形信息查詢所需的屬性信息，又可根據(jù)各種的屬性信息條件查詢圖形信息，并可根據(jù)需要進(jìn)行最佳路徑、車站選址分析。系統(tǒng)可以對城市軌道交通站以及城市軌道交通沿線的建筑、人口等要素的空間分析，再將空間分析的結(jié)果反映給建設(shè)部門，從其結(jié)果來判斷軌道交通站的規(guī)模大小、空間布局以及選線的合理性。

2.4 預(yù)測與評價(jià)分析功能

在城市軌道交通的建設(shè)中，地理信息系統(tǒng)能對建好的軌道交通網(wǎng)進(jìn)行預(yù)測與評價(jià)分析，能預(yù)測出軌道交通線網(wǎng)以及站點(diǎn)附近的建筑面積潛力、老城改造機(jī)會(huì)、新區(qū)開發(fā)機(jī)會(huì)、覆蓋人口等預(yù)測值。進(jìn)而對其建設(shè)階段有一個(gè)很好的指導(dǎo)與引導(dǎo)作用，使城市軌道交通的建設(shè)更加合理，具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 GIS在城市軌道交通調(diào)度指揮的功能分析

在軌道交通列車運(yùn)營過程中，各種綜合監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用保證了軌道交通系統(tǒng)高效和安全運(yùn)行，每條獨(dú)立線路得到了很好的整合。但在線路與線路之間，信息仍相對孤立，全局協(xié)調(diào)能力較差，單靠各種綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用已不能很好地對軌道交通網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度指揮，此時(shí)只能加以地理信息系統(tǒng)來幫助進(jìn)行調(diào)度指揮。

地理信息系統(tǒng)通過與列車運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)融合，獲取實(shí)時(shí)乘客數(shù)量、列車運(yùn)行時(shí)間間隔等數(shù)據(jù)以及調(diào)用視頻監(jiān)控等設(shè)備，將運(yùn)營過程中的設(shè)備設(shè)施情況、實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)等信息直觀、準(zhǔn)確地表現(xiàn)出來，進(jìn)而對獲得的各條線路的信息加以整合，使各條線路能夠很好的協(xié)調(diào)從而達(dá)到整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)，輔助軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營協(xié)調(diào)指揮調(diào)度。

3.1 信息整合及發(fā)送

GIS能實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的信息整合，監(jiān)控系統(tǒng)先監(jiān)控各條路線的信息并發(fā)送給GIS，然后GIS將監(jiān)控系統(tǒng)獲得的各條線路的信息進(jìn)行融合并進(jìn)行整理。GIS能顯示所有這些監(jiān)控設(shè)備的空間分布屬性及其實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行各類時(shí)間、空間統(tǒng)計(jì)及趨勢分析，以直觀的直方圖、餅圖或趨勢曲線圖等形式加以表現(xiàn)，對指定監(jiān)測設(shè)備將其在指定時(shí)間、區(qū)間內(nèi)的實(shí)測數(shù)據(jù)及其統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果自動(dòng)生成相關(guān)報(bào)表，并向有關(guān)部門發(fā)送。

3.2 輔助決策

GIS可實(shí)現(xiàn)信息共享和發(fā)布，通過網(wǎng)絡(luò)電子地圖可以實(shí)現(xiàn)共享和發(fā)布軌道客運(yùn)量信息及分布情況，輔助進(jìn)行運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量監(jiān)督管理；GIS技術(shù)可隨時(shí)查詢到相關(guān)設(shè)備的地理位置，掌握設(shè)備的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)屬性，輔助制定不同線路、區(qū)域和種類設(shè)備的維修計(jì)劃和作業(yè)條件，實(shí)現(xiàn)設(shè)施管理；通過GIS建立城市軌道交通沿線的地質(zhì)、地形、人口、經(jīng)濟(jì)和交通等數(shù)學(xué)模型，分析軌道交通分布，分析軌道交通鋪設(shè)的位置和可達(dá)性，進(jìn)行規(guī)劃管理，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供輔助支持[4]。

可見，GIS能夠?qū)@得的軌道交通各條線路的監(jiān)控信息建立起聯(lián)系，也能將地點(diǎn)的精確描述建立新的數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系（數(shù)據(jù)的空間關(guān)系）。GIS本身具有的強(qiáng)大的空間信息處理功能，因此，GIS能輔助決策生成且能成為空間有關(guān)數(shù)據(jù)的決策依據(jù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)及信息，能夠?qū)@些信息進(jìn)行自動(dòng)處理形成決策，這些決策能夠通過GIS平臺(tái)表現(xiàn)出來，從而幫助調(diào)度指揮中心進(jìn)行列車運(yùn)營過程中的調(diào)度指揮。在這個(gè)過程中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)處理起到?jīng)Q策的作用，而地理信息系統(tǒng)起到輔助決策的作用。

4 GIS在城市軌道交通應(yīng)急處理的功能分析

GIS除了在城市軌道交通運(yùn)營過程中能夠幫助進(jìn)行調(diào)度指揮，也能輔助運(yùn)營過程的應(yīng)急處理。在運(yùn)營過程中，突發(fā)的一些緊急事件是不可避免的。而城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)急管理、應(yīng)急指揮涉及事件發(fā)生地點(diǎn)、事件影響范圍及人數(shù)、車站出口分布、車站周邊地形、救援物資、救援隊(duì)、救援與疏散進(jìn)路等信息，這些信息具有很強(qiáng)的空間分布特征，因此城市軌道交通的應(yīng)急處理必須與地理信息系統(tǒng)有效結(jié)合，通過地理信息系統(tǒng)的空間分析、時(shí)空分析功能，建立各類分析評估模型，輔助制定應(yīng)急方案。

4.1 空間信息展示功能

當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，已建的各業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)可將地鐵車輛動(dòng)態(tài)位置、時(shí)間、狀態(tài)等信息，實(shí)時(shí)地通過無線通信網(wǎng)鏈傳至監(jiān)控中心。而 GIS能獲得的信息有：（1）救援資源分布；（2）事發(fā)地設(shè)備信息如車站出口分布、車站周邊地形；（3）事發(fā)點(diǎn)地理信息即車站所處的位置；（4）事發(fā)圖像信息等信息；（5）事發(fā)點(diǎn)可能受到影響的范圍及人數(shù)等信息?；贕IS的城軌監(jiān)控和應(yīng)急救援系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些信息進(jìn)行合并統(tǒng)一展示出來，并使相關(guān)聯(lián)的信息一體化顯示，讓指揮和技術(shù)人員在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的情況下，就能對事發(fā)地段的情況一目了然，為搶險(xiǎn)救災(zāi)贏得時(shí)間，為遠(yuǎn)程指揮提供強(qiáng)大的決策，從而為突發(fā)事件的有效處理打下基礎(chǔ)。

4.2 空間分析功能

在已經(jīng)獲得突發(fā)事件空間信息并已將相關(guān)聯(lián)的信息一體化顯示的基礎(chǔ)上，地理信息系統(tǒng)的空間分析功能能夠在電子地圖上進(jìn)行載體軌跡顯示，并能對載體的準(zhǔn)確位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向、車輛狀態(tài)等運(yùn)行顯示，從而對突發(fā)事件進(jìn)行影響范圍分析、緩沖區(qū)分析、救援路徑分析、通視分析，進(jìn)而建立各種分析評估模型，輔助制定應(yīng)急方案。指揮和技術(shù)人員在空間分析后便對突發(fā)時(shí)間進(jìn)行及時(shí)的處理，使得緊急事件造成的損失降到最低。

4.3 時(shí)空分析功能

在城市軌道交通運(yùn)營的過程中，我們不僅要做到對突發(fā)事件的應(yīng)急處理，也要做到突發(fā)事件的預(yù)防，從根本上減少突發(fā)事件造成的損失，因此地理信息系統(tǒng)的時(shí)空分析功能起著關(guān)鍵的作用。GIS的時(shí)空分析功能能夠進(jìn)行影響時(shí)間分析、事故推演分析、歷史事故時(shí)空分析、損失評估分析等。通過這些分析，對事故進(jìn)行仿真、模擬及評估，為事故預(yù)防辦法的制定和事故總結(jié)分析提供輔助支持，進(jìn)而起到事故預(yù)防的作用，減少突發(fā)事件的發(fā)生。

5 結(jié)束語

GIS能應(yīng)用于城市軌道交通的建設(shè)階段，能輔助城市軌道交通進(jìn)行調(diào)度指揮以及應(yīng)急處理等，它的許多技術(shù)能大大提高城市軌道交通建設(shè)和管理的效率與質(zhì)量，使城市軌道交通建設(shè)向科學(xué)化、數(shù)字化、可視化、智能化方向發(fā)展。

基于GIS在城市軌道交通中的功能分析，本文得出GIS在城市軌道交通應(yīng)用的結(jié)論及發(fā)展趨勢如下：

（1）通過GIS的應(yīng)用，可融合不同來源，包括城市軌道交通規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營不同階段，以及地上建筑與地下要素關(guān)聯(lián)的城市軌道交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建多功能綜合一體化的城市軌道交通地理信息系統(tǒng)。

（2）文中基于 GIS的選線系統(tǒng)和基于 GIS的城市軌道交通監(jiān)控和應(yīng)急救援系統(tǒng)等就是多技術(shù)融合、基于 GIS的二次開發(fā)，可見將孤立的 GIS應(yīng)用于城市軌道交通并不能滿足其需求，只有將GIS與其他信息技術(shù)融合，進(jìn)行GIS的二次開發(fā)，不斷深入地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、開發(fā)集成所需的新功能才能較好地適應(yīng)城市軌道交通的發(fā)展。

（3）三維GIS應(yīng)用于城市軌道交通成為一新的發(fā)展趨勢，如：城市軌道交通基礎(chǔ)信息的可視化便于乘客直觀獲得相關(guān)信息；地鐵站內(nèi)乘客相關(guān)動(dòng)態(tài)的可視化便于管理人員的管理運(yùn)營；而地下管線、基礎(chǔ)設(shè)施的可視化便于維修人員進(jìn)行設(shè)備的維修管理工作[8]。

（4）隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計(jì)算的引入，WebGIS和云GIS已運(yùn)用到其他領(lǐng)域，將WebGIS和云GIS應(yīng)用于城市軌道交通中，實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)的共享，也將成為一種趨勢[11]。

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