GIS的基本功能是首先将表格型数据(通常来自数据库、电子表格文件或在程序中交互输入)转换为地理图形显示,然后对显示结果进行浏览、操作和分析。
GIS技术囊括了数据库管理、图形图像处理、地理信息处理等多方面的基础技术,在计算机软件和硬件的支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,为各行业提供规划、管理、研究、决策等方面的解决方案。
一个典型GIS包括空间模型、地理参考系和数据结构:
①空间模型将现实世界抽象为不同特征但又相互关联的层(layer)组合,有利于解决各种纷繁复杂难题,例如诸如车辆追踪、大气循环模式等。
②地理参考系的空间数据包括绝对位置信息如经纬度坐标以及相对位置信息如地址、编码、统计调查值等。GIS的地理坐标系可有效地在地球表面任意空间定位。
③数据结构包括矢量和栅格两种基本模式。矢量数据以点、线、面方式编码并以(X,Y)坐标串储存管理,是表现离散空间特征的最佳方式。栅格数据,即扫描图像或照片,是通过一系列网格单元表达连续地理特征。当代GIS软件中通常支持矢量和栅格这两种数据的混合模型。
2.GIS的特点
相比传统地图系统,GIS具有许多特点和优势:
(1)多维空间地理信息的可视化
GIS主要研究地球表层的若干个要素的空间分布,通常将二维数字位置模型和一维数字高程模型的结合称为2+1维或者三维,若加上时间坐标则可以称为四维GIS或者动态GIS。GIS除了支持各种传统的统计图、表的显示之外,还能根据客户的要求,生成各种类型的专题地图。
(2)灵活方便的查询和信息交流
一方面,GIS具有对空间数据进行快速搜索和复杂查询能力,例如通过可视化查询可以直接通过地图进入数据库进行查询、基于地理信息的条件查询,可以在地图上任意划定区域查询。以某一点为中心的查询,可以指定任意半径范围查询。
另一方面是通过与互联网络的结合所形成的各种基于因特网和Web的GIS系统,可以实现远程寻找所需要的各种地理空间数据,包括图形和图像。
(3)空间数据的分析和演算
除了查询之外,GIS还能采集、编辑、统计和分析各种地理空间数据,例如可以应用于绘制作物产量分布图和进行农业专题地图分析。
GIS系统可以准确地计算出指定区域的面积、地图中任意两点的距离,甚至可以估算出个人、车辆在两点间移动所花费的时间,由此可以挖掘出更多有价值的信息。
(4)信息叠加和融合
GIS能够很快地将各种专题要素地图叠加在一起,产生出新的地图。在GIS中,同一类型的信息可以作为一个图层;对同一空间各种信息的融合,可以通过图层间的叠加来进行,从而使各类数据之间内在的联系直观地显示出来。
将不同专题要素地图叠加和融合在一起,可以分析出地理空间上各种因素的相互作用与相互影响,从中可以发现它们之间的关系。
3.GIS在物流中的应用
在物流配送管理方面,GIS可以根据客户分布位置、配送网点位置和交通状况,通过GIS系统的空间数据运算能力,自动安排最优配送路线。
在物流分析方面,可以利用GIS强大的地理数据功能来完善物流分析技术。国外已经开发出利用GIS为物流分析提供专门分析的工具软件,包括以下功能:
①载运车辆路线模型。用于解决一个起始点、多个终点的货物运输途径中如何降低物流作业费用,包括决定使用多少辆车以及每辆车的路径规划路线等问题。
②网络物流模型。用于解决寻求最有效的分配货物路径问题,也就是物流网点布局优化问题。
③分配集合模型。根据各个要素的相似点把同一层上的所有或部分要素分为几个组,用以解决确定服务范围和销售市场范围等问题。
④设施定位模型。预确定一个或多个设施的位置。在物流系统中,仓库和运输线共同组成了物流网络,仓库处于网络的节点上,节点决定着线路。设施定位模型可以解决如何在既定区域内设立多少个仓库、每个仓库的位置、每个仓库的规模,以及仓库之间的物流关系等问题。
国内相关公司开发的基于LBS(Location‐Based Service)技术的物流解决方案就是利用互联网和空间地理信息等技术手段,以GIS的电子地图为依托,以位置信息为基础,将客户信息和物流管理通过Web方式集成在一起。让客户、管理人员、员工能通过多种方式,以不同权限访问物流管理信息系统,获取各自所需要的信息,从而高效率地处理各种物流业务。
2.4.3 ITS技术
ITS(智能运输系统)是将采集到的各种道路交通及服务信息经交通管理中心集中处理后,传输到公路运输系统上的各个用户,包括驾驶员、居民、警察局、停车场、运输公司、医院、救护排障等部门,出行者可实时选择交通方式和交通路线;交通管理部门可自动进行交通疏导、控制和事故处理;运输部门可随时掌握车辆的运行情况,进行合理调度。从而使路网上的交通运行处于最佳状态,改善交通拥挤和消除阻塞,最大限度地提高路网的通行能力。显而易见,ITS是一种大范围的网络管理技术,它必须要有GPS作支持,管理部门用GPS作公路流量的监控,个人用GPS作驾车导航。在未来的智能公路系统上,驾驶员可以通过车载或处所计算机和无线通信获得各种交通信息(道路条件、交通状况、服务设施位置以及导游信息等),合理选择出行方式、时间和路线。驾驶员还可利用车载GPS,在电子地图上给出出发地点和目的地,计算机便可根据实时交通信息自动选择出最佳行驶路线,避开交通拥挤和阻塞。
1.智能运输系统(ITS)概述
智能运输系统是将先进的信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效地综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造,加强了车辆、道路、使用者三者之间的联系,从而形成一种定时、准确、高效的综合运输系统。智能运输系统技术是交通运输领域内为“保障安全、提高效率、改善环境、节约能源”的目的而进行研究和开发的,是在20世纪60年代末期美国首先开始研究的,紧接着欧洲和日本也相继开始进行这方面的研究,经过近几十年的研究和发展已基本趋于成熟。目前,世界上许多国家和地区对智能运输系统技术的研究和应用已有相当的规模。我国是在20世纪90年代开始大规模地对智能运输系统技术进行研究的,现已在全国许多地方相继开始推广应用,有的(如北京)已初步取得了成效。
根据我国的智能运输系统体系框架,智能运输系统主要是由交通控制中心系统、车载系统、外场设备系统以及远程访问系统组成的,并且各系统都包含有多个子系统,各子系统之间都能通过通信系统进行有关信息的传输。限于篇幅的限制,对中心系统中关于道路交通的几个子系统作简要地概述。
(1)先进的交通信息服务系统(ATIS)
该系统是建立在完善的信息网络基础上的,通过对相关交通信息的收集、分析、传递、发布等手段为交通参与者提供广泛的、便于使用的公共信息,这些公共信息主要有出行信息、公交信息、在途交通与道路状况信息、路网条件信息以及行驶路线导航信息等。
(2)先进的交通管理系统(ATMS)
该系统是交通管理者借助于现代化的交通工程设施对道路系统中的交通状况、交通事件、气象状况以及交通环境等进行实时的监视,并根据收集到的信息对交通进行必要的控制,从而达到缓解交通拥挤、提高道路使用率的目的。主要由信息的采集系统、处理系统、传输系统、提供系统等四大部分组成。
(3)先进的公共交通系统(APTS)
该系统的主要目的是提高公共交通的效率、可靠性及安全性,它把公交管理部门和驾驶员直接联结起来,实现了实时调度和行驶路线的及时调整,有助于运输部门降低运营成本、提高运输效益。
(4)先进的车辆控制系统(AVGS)
该系统是借助于车载设备及路侧、路表的电子设备来检测周围行驶环境的变化情况,进行部分或完全的自动驾驶控制以实现提高行车安全和道路通行能力的目的。目前这一系统正处于研究试验阶段。
(5)货运管理系统(FTMS)
该系统以高速路网和信息管理系统为基础,通过全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、通信技术、网络技术等为驾驶员、交通管理人员、货主等人员提供必要实时的信息,从而实现对车辆和货物的定位与跟踪、货物配载、车辆调度、安全监控等目的。
(6)电子收费系统(ETC)
该系统是通过电子卡或电子标签由计算机实现自动收费,使所有地面交通收费包括道路通行费、运输费和停车费等实现自动化,实现收费车道上无人管理、不停车、不用票据的自动收费,以减少用现金收费所产生的延误,提高道路的通行能力和运行效率,并为系统管理提供准确的交通数据。
(7)紧急救援系统(EMS)
该系统是在路网中发生事件(灾害、事故等)后,对事件发生与救援的相关情况进行自动通报,并对事件进行紧急救援的系统。它通过ATIS和ATMS把交通监控中心和事件救援机构紧密地连在一起,能充分把事件的损失降到最低限度、尽快实现路网的畅通。
2.ITS技术对现代物流的影响
(1)ITS和现代物流的关系分析
智能运输系统(ITS)技术是目前提高交通运输效率和安全性的主要手段,也是交通运输行业发展的科学方向。其产生的背景就是为了解决道路交通日益拥挤、路网通行能力不能满足交通量增长需要、交通事故率居高不下、能源浪费和环境污染严重等问题。
智能运输系统作用的主要对象是驾驶员、车辆和道路,最重要的是它把这三者作为一个整体紧密地联系在一起,使传统的交通控制与管理变得更为有效,大大地提高了交通的机动性和安全性,同时也使交通拥挤得到了明显的缓解。
运输和配送是现代物流消除空间和时间隔离的基础,在物流活动中始终处于核心地位,据统计,运输费用在物流费用中占的比例最大,占44%,并且在整个物流活动中所占用的时间也较多。由此看来,实现运输和配送的安全快速化对降低物流成本和提高物流的服务水平有着十分重要的作用。而智能运输系统技术肩负着实现运输现代化的使命,正是这一要求使智能运输系统技术和现代物流活动紧密地联系在一起,并且ITS技术的应用为现代物流的发展提供了技术支持和保障。
(2)ITS技术对现代物流的作用
ITS技术主要应用于物流中的货物运输和配送活动,其给现代物流活动带来的变化表现为通过提高运输的效率和安全性来实现物流的效率化和最优化,最终达到物尽其用、货.其流的目的。通过ITS技术的应用,对现代物流的作用主要有以下几个方面。
1)实现物流的畅通
在物流运输和配送过程中,往往由于物流车辆的驾驶员对路网中的交通拥挤、交通事件(如灾害、事故、重大事件的交通管制等)等信息不能及时获取,导致货物在途的时间延长以及道路的通行能力急剧下降,从而出现物流成本上升、效率下降、服务水平降低、环境污染加重等一系列问题。据统计,美国由于交通延误导致的经济损失每年可达500亿美元。随着我国经济的发展,每年由交通延误导致的经济损失也在逐渐增加,交通运输的瓶颈严重地制约我国物流业的发展。通过对ITS技术的应用,可及时有效地为物流运输的驾驶员提供实时的交通信息,使他们避开拥挤的路段来尽快完成运输和配送任务,从而实现物流的畅通,同时也有助于提高路网的通行能力,减少交通阻塞的发生。
2)实现物流能耗的降低和物流快速化
当驾驶员在获取有关路段交通信息后,为避开拥挤路段,需要及时地调整其行驶路线以便在客户需要的时间内尽快完成任务,如果没有ITS技术的支撑,几乎不可能对物流车辆进行实时的配送路径规划和诱导,这样就不可避免地导致由于运输路线的不合理(例如配送中的迂回运输)而造成物流能耗的增加,更严重的是,有可能由于货物在途时间的增加而致使货物不能按期送达客户,由此产生物流服务信誉危机问题。通常,在同样的情况下,通过动态诱导的驾驶员平均比未被诱导的驾驶员要少用10%的行驶时间。
因此来讲,在现代物流中应用ITS技术有利于降低物流的能耗和实现物流的快速化。
3)实现物流的安全性
物流安全性的实现对提高物流的效率和服务水平有着重要的作用。ITS技术最大的贡献之一就是为车辆的安全行驶提供了保障,运输车辆的安全行驶是物流安全性的基础。物流管理者通过车辆跟踪和定位可实时地对在途货物进行监控,这样使物流管理者容易实现对物流的全程跟踪,有利于保证运送货物的安全性,也有利于对驾驶员进行监督。此外,在在途车辆或货物出现意外情况时,能使物流管理者根据监测到的信息迅速作出应对决策,使物流损失减到最低限度。