System Informacji Geograficznej: (GIS - Geographic Information System)

1. System Informacji Geograficznej:(GIS - Geographic Information System) – system informacyjny służący do wprowadzania, gromadzenia, przetwarzania oraz wizualizacji danych geograficznych, którego jedną z funkcji jest wspomaganie procesu decyzyjnego; – komputerowy system wspomagania tworzenia, przechowywania i analizowania baz danych o charakterze przestrzennym;

2. Zastosowania GIS: Szeroką grupę zastosowań GIS stanowi wszelkiego typu ewidencja – gruntów, budynków, a ogólnie rzecz biorąc: wszelkiego rodzaju zasobów. Szczegółowe informacje tego typu wykorzystują urbaniści, geodeci, konstruktorzy. Zastosowanie warstwowej organizacji map umożliwia łatwą modyfikację jedynie wybranych obiektów, bez konieczności przerysowywania całej mapy. Komputerowa ewidencja własności gruntów z powodzeniem może zastąpić tradycyjną, prowadzoną za pomocą rejestrów i map geodezyjnych (katastralnych).

3. Zastosowania GIS: Inną grupę zastosowań stanowi wykorzystanie GIS do przetwarzania informacji o lokalizacji wszelkiego rodzaju zjawisk, zwłaszcza tych cechujących się znaczną zmiennością w czasie. GIS są bardzo wygodnym zjawiskiem w rejestracji poziomów emisji wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń. Dla potrzeb monitoringu środowiska naturalnego akwizycja danych dla GIS może być prowadzona z wykorzystaniem zdalnych czujników i urządzeń pomiarowych sterowanych komputerowo. W tej grupie zastosowań mieści się również wykorzystanie GIS do analizy i obrazowania danych o charakterze statystycznym, takich jak np. zagrożenie przestępczością, występowanie chorób, struktura użytkowania gruntów.

4. Zastosowania GIS: GIS mogą również być bardzo wygodnym narzędziem do przetwarzania danych o infrastrukturze technicznej terenu, tj. o sieciach wodociągowych, gazowniczych, energetycznych, liniach komunikacyjnych. Dane tego typu wymagają częstych modyfikacji. Ponadto wymagana jest ich duża dokładność i aktualność. GIS umożliwiają spełnienie tych wymagań. Ten obszar zastosowań związany jest z technologią zwaną (Automated Mapping / Facilities Management), czyli w skrócie AM/FM.

5. Przykład – wykorzystanie programu GIS w zarządzaniu drogami: Głównym cechą systemów GIS jest nawiązanie połączenia między obiektem (jego wygląd jest graficznie przedstawiony na mapie) a jego atrybutami, które są przechowywane w bazie danych, natomiast głównym zadaniem wykonywanie 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 wygląd posiada indywidualny zestaw informacji opisowych przechowywanych w bazie danych.

6. System GIS pozwala opisać obiekt dowolną liczbą informacji rożnego typu np.: danymi liczbowymi, tekstowymi, graficznymi, dźwiękowymi. Informacja związana z pojedynczym obiektem jest przechowywana w rekordach bazy danych. 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.

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

8. Zastosowanie GIS w zarządzaniu pasem drogowym oraz związaną z nim organizacją ruchu Upowszechnienie się systemów GIS wraz ze wzrostem znajomości ich możliwości w środowisku drogowców praktyków zaowocowało powstaniem specjalizowanych aplikacji pozwalających na tworzenie rozbudowanych baz danych, wspomagających zarządzanie pasem drogowym. Funkcje te realizowane są aplikacjami ZNAKI (oznakowanie pionowe i poziome) oraz PAS DROGOWY (paszportyzacja pasa drogowego), które pozwalają na gromadzenie, analizowanie oraz zarządzanie pasem drogowym w następujących aspektach: - oznakowanie pionowe, - oznakowanie poziome, - infrastruktura techniczna pasa drogowego, - nawierzchnia (stan i rodzaj), - zieleń w pasie drogowym (stan i rodzaj).

9. Wizualizacja bazy danych o oznakowaniu pionowym:

10. Aplikacje pozwalają na zautomatyzowanie tworzenia nowych baz danych, jak również w znakomity sposób ułatwiają ich bieżącą aktualizację. Pozwalają one na zapisanie w bazie następujących elementów:

11. Wizualizacja bazy danych o oznakowaniu poziomym:

12. Wizualizacja bazy danych o oznakowaniu pionowym i poziomym:

13. Wizualizacja bazy danych z paszportyzacji pasa drogowego:

14. Wymienione elementy bazy mają w warstwie graficznej w pełni zgeometryzowane odpowiedniki dla których można określić parametry takie jak: - położenie, - powierzchnia, - długość. Pozwala to na dokonywanie analiz powierzchniowych przy założonych filtrach - określonych przez parametry opisujące poszczególne cechy elementów bazy danych.

15. Powyższe bazy zostały w różnym zakresie zrealizowane na obszarze miast: Sosnowca, Wodzisławia Śl., Opola, Bielska-Białej, Mikołowa, i są wdrażanie w MZD-emach i Wydziałach Go-spodarki Komunalnej Urzędów Miejskich przez PPU "INKOM" S.C. oraz BSiPK Sp. z o.o. z Katowic.

16. Wykorzystanie GIS w przygotowaniu materiałówdo analiz komunikacyjnych w rejonach zurbanizowanych Wizualizacja danych o rozmieszczeniu ludności

17. 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).

18. 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.

19. Analizy komunikacyjne i symulacje ruchowe Wizualizacja wyników analizy wskaźnika motoryzacji:

20. Wizualizacja analizy ruchliwości mieszkańców:

21. Przygotowane 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.

22. Analiza wpływu kształtu układu drogowo-ulicznego miasta na emisję zanieczyszczeń odkomunikacyjnych i hałasu przy ustalonych parametrach brzegowych na przykładzie Zabrza Wykres wahań natężenia ruchu w przekroju Drogowej Trasie Średnicowej w Aglomeracji Katowickiej w ciągu doby:

23. Wykorzystanie GIS-u w opracowaniu danych wejściowych, służących m. in. do tworzenia modelu ruchu w mieście, pozwoliło na: - operowanie rzeczywistą, osadzoną w prawidłowym układzie współrzędnych siecią drogowo-uliczną miasta o dowolnym stopniu komplikacji, - dowolne kształtowanie rejonów komunikacyjnych, - dowolną agregację danych, - uzyskanie rzeczywistych rozkładów parametrów ruchowych na obszarze miasta, - prezentację uzyskanych wyników analiz w układzie przestrzennym miasta z dowolnym kształtowaniem ich formy graficznej.

24. Wszystkie przeprowadzone analizy miały na celu sprawdzenie jak zmiany kształtu układu drogowo-ulicznego Zabrza wpłyną na emisję zanieczyszczeń odkomunikacyjnych i hałasu. Założono dwa horyzonty czasowe - rok 2015 i 2020.

25. Przeprowadzenie analiz porównawczych, które dotyczyły wyżej wymienionych założeń, poprzedzone zostało: - geokodowaniem baz danych: PESEL, POJAZDY - geokodowaniem danych o zatrudnieniu, - opracowaniem podziału obszaru miasta na rejony komunikacyjne, - opracowaniem sieci drogowo-ulicznej miasta objętej symulacjami ruchowymi, - analizami danych ruchowych dla miasta i jego stref oddziaływania, - przeprowadzeniem badań zachowań komunikacyjnych mieszkańców wraz z opracowaniem bazy danych współpracującej z GIS (MapInfo), - opracowaniem modelu ruchu dla stanu istniejącego miasta Zabrze, - opracowaniem symulacji ruchowych na sieci drogowo-ulicznej miasta dla horyzontu czasowego 2015 i 2020.

26. Prognozy ruchu dla godziny szczytu popołudniowego – 2015 r. i 2020 r.

27. Przygotowane w ten sposób wariantowe symulacje ruchowe na pełnej sieci drogowo-ulicznej miasta posłużyły następnie do: - adaptacji algorytmów do obliczeń zanieczyszczeń odkomunikacyjnych i hałasu dla układu przestrzennego, - obliczenia tych emisji dla całej sieci drogowo-ulicznej miasta Zabrze z rozbiciem na poszczególne odcinki, - zintegrowania bazy danych GIS obejmującej parametry ruchowe, dane demograficzne oraz emisję spalin i hałasu dla miasta, - analiz przestrzennych emisji zanieczyszczeń odkomunikacyjnych, - wizualizacji emisji zanieczyszczeń odkomunikacyjnych i hałasu.

28. Podstawowe czynniki drogowo-ruchowe wpływające na wielkość emisji: - natężenie ruchu pojazdów, - strukturę rodzajową pojazdów w potoku ruchu - długości poszczególnych odcinków sieci, - prędkość ruchu, - parametry techniczne sieci, - typ drogi i obszaru, w którym położony jest odcinek.

29. Obliczane emisje zanieczyszczeń Obliczanie emisji szkodliwych substancji (dwutlenku siarki-SO2, tlenków azotu-NOx, tlenku węgla-CO, węglowodorów-CxHy, ołowiu -Pb), odbywało się przy pomocy wskaźników określających emisję w [g/kg] zużytego paliwa. W większości przypadków wskaźniki te zależą od typu silnika, prędkości jazdy i spadku (pochylenia) niwelety. Suma emisji substancji szkodliwych dla odcinka, wybranej grupy odcinków lub całej sieci, daje wygodny syntetyczny wskaźnik umożliwiający porównania wariantów rozwiązań komunikacyjnych pod względem szkodliwości dla otoczenia. Natomiast poziomy dźwięku, liczone na poszczególnych odcinkach sieci nie mogą być sumowane wprost, ze względu na charakter zależności hałasu od ruchu.

30. Przyjęto założenie, że postępując analogicznie jak w przypadku emisji spalin można pokusić się o zdefiniowanie wskaźników emisji hałasu dla poszczególnych typów pojazdów. Powinny mieć one wymiar energii na jednostkę długości [J/km]. W ten sposób będzie możliwe obliczenie emisji hałasu, odzwierciedlającej energię akustyczną wyemitowaną na odcinku przez przejeżdżające pojazdy. Wielkość ta ma wymiar energii [J], a więc może być sumowana, co jest wygodne przy porównywaniu wariantów rozwiązań komunikacyjnych. Korzystając z danych ruchowych uzyskanych w wyniku przeprowadzonych symulacji komputerowych dla dwóch horyzontów czasowych, wykonano obliczenia emisji spalin i hałasu dla wszystkich odcinków sieci drogowo-ulicznej z zachowaniem ich kierunkowości.

31. Podział miasta na strefy (I – IV)

32. Wizualizacja emisji zanieczyszczeń dla strefy centralnej miasta na przykładzie emisji Pb Prognoza 2020 Prognoza 2015

33. Wizualizacja zmian emisji zanieczyszczeń na przykładzie emisji Pb

34. Wnioski dotyczące wpływu kształtu układu drogowo-ulicznego miasta na emisję zanieczyszczeń Sprawdzenie tej metody na przykładzie miasta Zabrze pozwoliło ocenić, jaki wpływ na emisje zanieczyszczeń i hałasu będzie miał kształt układu drogowo-ulicznego miasta w roku 2015 i 2020. Okazało się, że przyjęty wariant rozwoju układu drogowo-ulicznego miasta w wyraźny sposób chroni od wpływów komunikacyjnych strefę centralną miasta.

35. Dla przyjętych zmian w sieci drogowo-ulicznej miasta w latach 2015 i 2020 wykazano dla stref centralnych miasta (III, IV), wyraźną poprawę parametrów ruchowych, takich jak: spadek liczby podróży, skrócenie czasu przejazdu oraz skrócenie odległości przy jednoczesnym wzroście prędkości podróżowania. Implikuje to spadkiem, w tych strefach, emisji zanieczyszczeń SO2, NOX, CO, CXHY, Pb i hałasu. Zaobserwowano również, z uwagi na ogólnie poprawiony parametr prędkości, sumaryczny wzrost emisji hałasu. Jednak wzrost ten następuje dla obszaru miasta jako całości (strefa I) oraz strefy II, które charakteryzują się niższym stopniem zainwestowania i gęstości zaludnienia.

36. Zakładanie modelu sieci dróg oraz banku informacji drogowej na przykładzie projektu w ZDP w Koninie Coraz większy majątek społeczny, zarządzany przez administracje drogowe oraz rosnąca kompleksowość procesów decyzyjnych narzucają coraz większe wymagania na jakość wykorzystywanych technik menedżerskich. Realizacja podstawowych zadań administracji drogowej, jakimi są: - efektywna rozbudowa i modernizacja sieci w dostosowaniu do stale zmieniających się potrzeb społecznych, - racjonalne utrzymanie dróg, - organizacja ruchu i zabiegi zwiększające bezpieczeństwo, - ochrona środowiska wymaga stałego i niezawodnego dostępu do aktualnych danych.

37. Zakres danych w bankach informacji drogowej może być bardzo rożny. Do niezbędnych danych należą jednak : - dane opisujące strukturę sieci drogowej, - dane wiążące sieć drogową z obszarami administracyjnymi, - dane o liczbie pasów i kierunkach ruchu. Istotnym uzupełnieniem tych danych są informacje o elementach przekroju drogowego, o geometrii planu i profilu, o obiektach inżynierskich a także o parametrach ruchowych. Coraz częściej w bankach informacji drogowych przechowywane są i wykorzystywane w ramach systemów utrzymania nawierzchni (PMS) dane o nawierzchni drogowej oraz o jej stanie eksploatacyjnym.

38. Lokalizowanie punktów na drodze przez parę węzłów między-odcinkowych i pikietaż lokalny

39. Słupek lokalizacyjny podaje położenie na drodze-określa parę węzłów miedzy-odcinkowych oraz pikietaż

40. Łącznie pracami tymi objęte było blisko 615 km dróg (drogi krajowe, wojewódzkie oraz powiatowe) publicznych na terenie powiatu konińskiego. W formie rozwiązania przykładowego dokonano ponadto pełnej i szczegółowej inwentaryzacji elementów pasa drogowego w obrębie wybranego fragmentu (około 30 km) sieci dróg powiatowych a także identyfikacji kamerami video wybranych ciągów dróg – łącznie na około 80 km, wykorzystując odpowiednio do tego celu wyposażony pojazd.

41. Pojazd pomiarowy ARGUS SPRINTER firmy Schniering identyfikujący stan drogi

42. Prędkość pomiarowa pojazdu wynosi do 100 km/h, więc nie wprowadza on większych zakłóceń w ruchu pojazdów na drodze. Pojazd ten wyposażony jest w 1-3 kamer video do rejestracji ogólnej drogi i jej otoczenia oraz 3-5 kamer do rejestracji szczegółów stanu nawierzchni. Oprócz zapisu video stanu powierzchni pasa drogi ARGUS pozwala na pomiar: - równości poprzecznej (koleiny), - równości podłużnej, - spadków nawierzchni.

43. Program do oglądania zarejestrowanego przejazdu

44. Lokalizacja pomiaru w terenie Sieć dróg objęta pomiarami zapisywana jest w tzw. modelu sieci, składającym się z punktów węzłowych, odcinków międzywęzłowych i nadanych kierunków przebiegu pikietaża. Każdy odcinek międzywęzłowy posiada niezależny pikietaż lokalny zerowany na węźle początkowym i kończony na węźle końcowym. Lokalizowanie i dowiązywanie zdjęć video i pomiarów cech powierzchniowych do przyjętego modelu sieci dróg następuje poprzez GPS (Global Positioning System) z dokładnością ± 3 m oraz na podstawie bardzo dokładnego pomiaru długości pomiędzy poszczególnymi punktami referencyjnymi (węzłami), dokonywanego przez operatora jadącego pojazdem (dokładność 1 mm). Taki system pomiaru położenia pojazdu umożliwia jednoznaczne przypisanie każdego zdjęcia video do konkretnego pikietaża. Pozwala także na wizualizowanie wyników pomiarów ciągłych (np. równości poprzecznej) na osi długości odcinków międzywęzłowych.

45. Pomiar uszkodzeń powierzchniowych takich jak pęknięcia, łaty, wyboje, przebitumowania

46. Przykładowe uszkodzenie widoczne na zapisie video - łata i pęknięcie powierzchni

47. Pomiar równości poprzecznej (kolein) Jednym z najpowszechniej występujących zniszczeń nawierzchni bitumicznych są deformacje przekroju poprzecznego (koleiny). Lokalizowanie występowania kolein o głębokości przekraczającej wartości krytyczne ma bardzo duże znaczenie z punktu widzenia bezpieczeństwa użytkownika drogi. Wartość głębokości kolein wiąże się także z aspektami technologicznymi planowania remontów – budowaniem odcinków jednorodnych, korelacji głębokości odkształceń z konstrukcją nawierzchni itp. Wśród istniejących systemów pomiaru głębokości kolein najstarszy jest pomiar łatą, następnie pomiary czujnikami mechanicznymi i ostatnio, czujnikami laserowymi i ultradźwiękowymi.

48. Przód pojazdu pomiarowego - widoczna belka pomiarowa

49. Wizualizacja poprzecznej nierówności nawierzchni w postaci na wykresów oraz cieniowanego rysunku

50. Pomiar równości podłużnej