Microsoft PowerPoint - KW2

Systemy Informacji

Geograficznej

(

GIS

–

ang.

eographic

nformation

ystem)

Wprowadzenie w problematykę

wykorzystania Systemów Informacji

Geograficznej (GIS) w zagadnieniach

transportowych na przykładzie

systemu TransCAD

Systemy Informacji Geograficznej

(

GIS

ang.

eographic

nformation

ystem

)

GIS to system informatyczny służący do wprowadzania,

gromadzenia, przetwarzania oraz wizualizacji danych

geograficznych, którego jedną z funkcji jest wspomaganie

podejmowania decyzji

Dane przetwarzane przez system zawierają dwa typy

informacji:

informację przestrzenną

(lokalizującą obiekty

geograficzne na powierzchni ziemi poprzez określony

system współrzędnych) i towarzyszące jej

dane

dodatkowe

(różnej postaci)

Zarówno w najprostszej, jak i najbardziej rozbudowanej

wersji, GIS pozwala usprawnić zarządzanie informacją

przestrzenną i podnosić efektywność działania. Proces

zwany

geokodowaniem

umożliwia lokalizację i

wizualizację informacji dowolnej bazy danych według

adresu, kodu pocztowego, gminy, województwa itp.

atrybutów

Systemy Informacji Geograficznej

Rys historyczny

Pierwszy system GIS powstał w połowie lat 60. XX w.

pod nazwą Kanadyjskiego Systemu Informacji

Przestrzennej (ang.

Canada

Geographic

Information

System

–

CGIS).

Kanadyjska Agencja Inwentaryzacji Gruntów miała za

zadanie określenie krajowych zasobów naturalnych.

CGIS zaprojektowano jako zbiór procedur

kartometrycznych, których celem było tworzenie

zestawień tabelarycznych, a nie opracowań

kartograficznych

Kolejną innowacją techniczną, która pojawiła się pod

koniec lat 60. XX w. było stworzenie cyfrowych spisów

adresów wszystkich ulic pozwalające na automatyczne

zbieranie i gromadzenie danych

Systemy Informacji Geograficznej

Rys historyczny

Pionierem w wykorzystaniu technik GIS była

Brytyjska Eksperymentalna Jednostka

Kartograficzna

–

ECU, która we współpracy z

Brytyjską Służbą Geologiczną, wydała w

1973

pierwszą seryjną mapę cyfrową

Pierwszy

zautomatyzowany system produkcji

map

pojawił się pod koniec lat

Pierwsza cyfrowa mapa

obejmująca cały kraj

powstała w

Wielkiej Brytanii

dopiero w

1995

Systemy Informacji Geograficznej

Rys historyczny

Początek

szerokiego wykorzystania GIS

datuje się

na wczesne

lata 80

. XX w.

Stało się to możliwe za sprawą

spadku cen sprzętu

komputerowego i oprogramowania

. Pierwszymi

użytkownikami systemów

geoinformacyjnych

były

przedsiębiorstwa leśne i agencje zajmujące się

eksploatacją zasobów naturalnych.

Ówczesne najnowocześniejsze systemy komputerowe,

dużo słabsze niż obecne komputery klasy PC,

kosztowały w tamtych czasach ok. 250 000 USD, a

oprogramowanie kolejne 100 000 USD. Mimo dość

wysokich cen, korzyści z używania GIS były oczywiste,

pozwalając na znaczne obniżenie kosztów w procesie

decyzyjnym.

Systemy Informacji Geograficznej

Systemy GIS są szczególnym rodzajem systemów

informacyjnych, za pomocą których śledzi się nie

tylko wydarzenia i ludzką działalność, ale również

ich przestrzenne rozmieszczenie

Położenie przestrzenne jest ogromnie istotne,

praktycznie na co dzień stanowi istotny problem

na przykład podczas wyboru drogi po której się

przemieszczamy

Złożone zagadnienia, przy rozwiązywaniu których

istotne jest określenie położenia w przestrzeni

nazywa się

problemami lokalizacyjnymi

Przykładami takich problemów są:

Systemy Informacji Geograficznej

Przykłady problemów lokalizacyjnych

Lokalizacja szpitali, przychodni, klinik

Budowa optymalnej struktury sieci dystrybucji

Wybór optymalnego przebiegu budowanych

autostrad

Lokalizacja centrów handlowych

Właściwe gospodarowanie zasobami leśnymi

Wytyczanie szlaków turystycznych

Budowa umocnień brzegów morskich oraz

falochronów

… wiele innych…

Systemy Informacji Geograficznej

Obszary zastosowań

Analiza finansowania

odnowie

w gospodarce

mieszkaniowej,

lokalizacja zwi

zanej

z tym infrastruktury

ugowej,

planowanie

inwestycji na

podstawie

scenariuszy rozwoju

demograficznego

Analiza przestrzenna

rynku

mieszkaniowego oraz

potrzeb us

ugowych

na obszarach

o mniejszych

dochodach

Rozpoznanie wieku

budynk

w, ich stanu,

statusu

asno

ciowego

(publiczne, prywatne,

wynajmowane itd.),

trwa

ci oraz

mieszkaj

cej w nich

ludno

Gospodarka

mieszkaniowa

Identyfikacja

obszar

w rozwoju o

idealnej g

sto

infrastruktury oparta

na kryteriach, takich

jak ustalona

przepustowo

ść

transportowa

Analiza dost

pno

ugi jako

przyczynek do

rozwoju pewnych

obszar

przestrzenne

rozmieszczenie

potencjalnych miejsc

konfliktowych

Planowanie dr

transportu

odpad

identyfikacja

wysypisk

mieci i

stacji

recyklingu

ugi komunalne

Informacja dla

inwestor

w o

lokalnych

dostawcach

Analiza zasob

w dla

przysz

ych

dostawc

w us

Lokalizacja g

wnych

inwestycji i ich

wymagania

zaopatrzeniowe

Rozw

j ekonomiczny

dro

eniowe

Analityczne

Inwentaryzacyjne

Zastosowanie

Systemy Informacji Geograficznej

Obszary zastosowań

Planowanie zmian

w strukturze

podatk

dochodowych na

podstawie zmienno

ytkowania terenu

Przestrzenna analiza

podatk

dochodowych,

w zale

ci od

ytkowania gruntu

i odleg

ci od

centrum miasta

Przestrzenne

rozpoznanie

asno

Podatki

Dok

adna analiza

potencjalnych

przyczyn zachorowa

Czasowa

i przestrzenna

analiza

rozprzestrzeniania si

chor

b, wp

warunk

rodowiska na

poziom zdrowia

Lokalizacja os

cierpi

cych na

okre

lone choroby

Zdrowie

Planowanie prac

konserwacyjnych

i rozwoju

Analiza stanu

infrastruktury za

pomoc

danych

demograficznych,

takich jak doch

i zmiany liczby

ludno

Inwentaryzacja dr

chodnik

w, most

budynk

komunalnych

(lokalizacja, nazwa,

warunki, czas

powstania oraz

ostatnie prace

naprawcze)

Infrastruktura

dro

eniowe

Analityczne

Inwentaryzacyjne

Zastosowanie

Systemy Informacji Geograficznej

Obszary zastosowań

Rozmieszczenie

struktur policyjnych

w miejscach o

kszych potrzebach

i zwi

kszenie ich

efektywno

ci;

tworzenie map

drogowych pod

tem

skuteczniejszej

dzia

alno

ci policyjnej

Analiza wizerunku

i skuteczno

ci policji;

ocena liczebno

funkcjonariuszy w

zale

ci od poziomu

przest

pczo

;

charakterystyka ofiar

przest

pstw w

nawi

zaniu do cech

lokalnej spo

eczno

ci;

analiza

wiadczenia

policjant

w oraz

wynik

w ich

interwencji

Lokalizacja

komisariat

w policji,

zie

, areszt

Miejsc zamieszkania

przest

w i ich

ofiar; rozmieszczenie

przestrzenne

interwencji

policyjnych oraz tras

patrolowych;

lokalizacja system

alarmowych

i bezpiecze

stwa

Egzekwowanie prawa

Lokalizacja

infrastruktury,

wytyczanie dr

publicznych,

planowanie spo

eczne

oraz interwencje

w strefach zagro

Analiza dopasowania

ug do potrzeb

spo

ecze

stwa

Rozpoznanie

okolicznych teren

pod k

tem

nicowanych

zagro

spo

ecznych,

lokalizacja instytucji

zmniejszaj

cych

zagro

enia

Pomoc spo

eczna

dro

eniowe

Analityczne

Inwentaryzacyjne

Zastosowanie

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

–

na przykładzie systemu

TransCAD

Systemy GIS ze względu na swe unikalne cechy

zaczynają dominować wśród zintegrowanych

systemów wspomagania procesów logistycznych

Istnieje bardzo wielu producentów różnych rozwiązań

w śród których wyróżnić należy system

TransCAD

firmy

Caliper

za ogromną wszechstronność i

elastyczność pozwalającą dopasować oprogramowanie

do konkretnych potrzeb i wymagań praktycznie

dowolnej organizacji choć podstawowym obszarem

zastosowań tego systemu jest transport

Konkurencyjne rozwiązania to m.in.

MapInfo

firmy

Imagis

ArcLogistics

firmy ESRI czy

GeoMedia

firmy

Intergraph

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

–

na przykładzie systemu

TransCAD

Niezależnie od systemu jaki zostanie

ostatecznie wybrany do realizacji określonych

zadań praca z systemem GIS przebiega wg

pewnego typowego schematu postępowania

(oczywiście adaptowanego do wymogów

określonego problemu)

Ogólny schemat postępowania przy

rozwiązywaniu większości typowych

problemów (w tym wszystkie zadanie

realizowane w ramach laboratoriów) można

opisać w następujących 8 krokach:

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

Etap I

: wczytywanie map

Załadowanie map obszarów, których problem dotyczy

Należy zdecydować o tym ile i które z dostępnych warstw

informacyjnych są niezbędne

–

do celów obliczeniowych

wystarczy zazwyczaj warstwa sieci drogowej zawierająca

podstawową informację o węzłach i gałęziach sieci

(kierunkowość).

W przypadku konieczności połączenia danych z systemów

zewnętrznych, w których dane nie mają odniesienia do

posiadanej mapy sieci drogowej (bazy danych wykorzystują

zazwyczaj dane

teleadresowe

, sieć drogowa posługuje się

numerami węzłów) niezbędna jest warstwa definiująca sieć

drogową z wykorzystaniem nazw ulic i numeracji

występującej po każdej stronie każdego fragmentu ulicy

(gałęzi w sieci drogowej). Często dla celów prezentacyjnych

warto jest też załadować warstwę

. mapy fizycznej

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

Etap II

: wczytywanie danych dla problemu

Załadowanie danych wyjściowych

dla modelowanego

problemu z systemu zewnętrznego (bazy danych, arkusza

kalkulacyjnego) w postaci

kolejnej warstwy mapy

(format wewnętrzny sytemu TransCAD lub innej aplikacji

typu GIS

MapInfo

Professional)

Postać danych może być praktycznie dowolna

–

zawierać

jednak muszą informacje niezbędne ze względu na

algorytm obliczeniowy

, który chcemy zastosować. W

przypadku najprostszego

problemu transportowego

będą to ilości towaru (podaż i popyt) oraz informacja

niezbędna do powiązania danych z mapą (albo wyrażona

wprost lokalizacja w postaci geograficznej albo informacja o

adresie w formacie spójnym z posiadaną mapą

elektroniczną)

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

Etap III

geokodowanie

(lokalizacja danych)

Po wczytaniu danych zewnętrznych konieczne jest

przeprowadzenie operacji „powiązania” ich z istniejącą

mapą (

geokodowanie

)

Najczęściej

geokodowanie

realizuje się w sposób

automatyczny (półautomatyczny) jedną z dostępnych

danym systemie technik

. podanego adresu

(powiązanie załadowanych danych z dostępnymi mapami

następuje poprzez określenie dla każdego obiektu

położenia w postaci długości i szerokości

geograficznej

)

Metoda

geokodowania

zależy od możliwości aplikacji GIS

oraz zawartości informacyjnej map oraz wykorzystywanej

bazy danych

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

Etap IV

: integracja z siecią drogową

Zgeokodowane

dane zewnętrzne (choć ich położenie jest

ściśle określone geograficznie) aby mogły być wykorzystane

w dalszych obliczeniach muszą zostać

powiązane z

istniejącą siecią drogową

. Powiązanie realizuje się

poprzez przypisanie każdemu wczytanemu obiektowi

najbliższego mu numeru węzła

sieci drogowej

Konieczne przy tej operacji są pewne

modyfikacje sieci

drogowej lub

przyjęcie pewnych uproszczeń

przypadkach gdy lokalizacje obiektów znacznie odbiegają

od istniejących węzłów sieci drogowej. W przypadkach

zagadnień miejskich pojawia się problem

niejednoznaczności przyporządkowania (metody

geometryczne często zawodzą obiekty często znajdują się w

równej lub nieistotnie różniącej się odległości od różnych

węzłów)

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

Etap V

: selekcja danych

Najczęściej koniecznym etapem pracy z danymi

pochodzącymi z systemów bazodanowych jest

selekcja danych przeznaczonych do dalszych obliczeń

(wybór tylko części danych, podział na grupy

dostawców i odbiorców itp.)

Zazwyczaj problemy bazują na podzbiorach

istniejących obiektów (

. w danym dniu obsługujemy

tylko część klientów, dysponujemy tylko pewną

częścią taboru itp.)

Mechanizmy selekcji pozwalają na uzyskanie dużej

uniwersalności tworzonych rozwiązań jeden

mechanizm obsługuje niezliczone

podwarianty

problemu głównego dając szanse na realizację

szybkich analiz wariantowych

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

Etap VI

: obliczenia

Uruchomienie właściwego narzędzia

optymalizacyjnego i jego konfiguracja

Wybór metody, warunków początkowych i ograniczeń.

Powiązanie przygotowanych danych z odpowiednimi

polami w oknach konfiguracyjnych (

. wskazanie

grupy dostawców i odbiorców; wskazanie nazw

kolumn, w których przechowywane są wymagane dla

danego narzędzia wielkości

. wskazanie nazwy

kolumny przechowującej informację o popycie ze

strony odbiorców, definiującej okna czasowe dostaw

itp.)

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

Etap VII

: obsługa wyników

W wyniku zrealizowania obliczeń wygenerowane

zostają duże ilości danych zarówno w postaci

graficznej jak i tabelarycznej

Większość wyników zapisywana jest w plikach

binarnych (typowych dla danej aplikacji, do

wykorzystania w przyszłości w dalszych analizach w

danym systemie)

Bardzo często wykorzystywane są mechanizmy

eksportu wyników w postaci tekstowej, graficznej lub

binarnej dla standardowych aplikacji (

. Excel) w

celu dalszego przetwarzania w zakresie

nieprzewidzianym w danym systemie lub w celu

współpracy z narzędziami firm trzecich

uzupełniających ofertę producenta systemu GIS

Rozwiązywanie problemów logistycznych

z wykorzystaniem systemów

GIS

Etap VIII

: analiza wyników

Najważniejszy z etapów pracy

z systemem GIS.

Od jakości analizy zależy trafność decyzji. Częstym

błędem decydentów jest nadmierne poleganie na

systemach komputerowych bez niezbędnej dozy

„zdrowego rozsądku” i konstruktywnej krytyki

Na tym etapie należy maksymalnie wykorzystać

wbudowane mechanizmy wizualizacji

wyników z

wykorzystaniem możliwości jakie dają systemy GIS

(nanoszenie uzyskanych informacji na mapy,

stosowanie symboli skalowalnych i map kolorów dla

poprawienia jakości prezentacji wyników) w celu

krytycznej oceny uzyskanych wyników

–

bardzo

często dobra analiza wymusza zmianę uwarunkowań

problemu, wprowadzenie dodatkowych ograniczeń i

ponowne przeprowadzenie obliczeń

Przykład wykorzystania systemu TransCAD

do rozwiązania klasycznego problemu

transportowego

Wczytujemy dane z wyjściowego arkusza

kalkulacyjnego (

File

>Open

) wykorzystując

odpowiedni filtr importu (wybieramy filtr

„Excel

Worksheet

[*.

xls

]”

wczytujemy plik

„

PT.xls

”

wybieramy

Arkusz1

jako źródło danych).

Po wczytaniu danych pojawia się okienko zapisu

danych w postaci binarnej (wewnętrznej

TransCAD’a

)

podajemy nazwę

i zatwierdzamy.

TransCAD po zrealizowaniu wielu operacji tworzy pliki

binarne z ich wynikami

–

starajmy się

zachowywać

spójne nazewnictwo

tak tworzonych plików.

Umożliwia to późniejsze odwoływanie się do nich bez

konieczności ponownego wykonywania pewnych

(czasem bardzo czasochłonnych) operacji

Przykład wykorzystania systemu TransCAD

do rozwiązania klasycznego problemu

transportowego

Geokodujemy

wczytane dane o

dostawcach

odbiorcach

wykorzystując metodę

geokodowania

oparciu o adres

(

Tools

Locate

address

)

Przykład wykorzystania systemu TransCAD

do rozwiązania klasycznego problemu

transportowego

Jeśli procedura

geokodowania

się powiedzie

zobaczymy informację podsumowującą, w której

pozycja

Records

not

Located

będzie

równa 0

Wartość niezerowa oznacza problemy z ustaleniem

pewnych adresów

–

system wyświetli listę tych

adresów i trzeba będzie po stwierdzeniu przyczyny

wykonać

geokodowanie

ponownie (tylko dla nie

zlokalizowanych jeszcze adresów)

Przykład wykorzystania systemu TransCAD

do rozwiązania klasycznego problemu

transportowego

Kolejnym krokiem jest powiązanie wszystkich

obiektów z najbliższymi węzłami sieci drogowej.

W tym celu należy

zmodyfikować tabelę

(

dodać

nową kolumnę

, w której zapamiętany zostanie

identyfikator najbliższego węzła sieci drogowej) W tym

celu wyświetlamy dane (

Datawiew

)

zgeokodowanej

warstwy

Dostawcy i Odbiorcy

a następnie

uruchamiamy

edytor

struktrury

tabeli

dodajemy

nowe pole

o nazwie

node_id

(nazwa jest

nieprzypadkowa

–

takiej nazwy oczekuje w wielu

okienkach dialogowych system TransCAD

–

jeśli je

znajdzie w naszych danych okienka te zostaną

automatycznie uzupełnione jeśli dane nazwiemy

inaczej będziemy za każdym razem musieli je

wskazywać)