GIS för transportlogistik

108 Pages·2005·1.54 MB·Swedish

by  Björn Andersson

GIS för transportlogistik
– förutsättningar och möjligheter

Björn Andersson

TRITA-NA-E05152
Numerisk analys och datalogi Department of Numerical Analysis
KTH and Computer Science
100 44 Stockholm Royal Institute of Technology
SE-100 44 Stockholm, Sweden

GIS för transportlogistik
– förutsättningar och möjligheter

Björn Andersson

TRITA-NA-E05152

Examensarbete om 20 poäng inom fristående kurs i datalogi
Stockholms universitet år 2005
Handledare på Nada var Kjell Lindqvist
Examinator var Stefan Arnborg
Referat
Detta examensarbete undersöker förutsättningarna för att använda sig av GIS
(geografiska informationssystem) och geografisk informationsvetenskap vid
transportlogistiska beräkningar i form av nätverksanalys och ruttplanering.
Arbetet har delats upp i tre delar. Dels behandlas teknologin GIS och dess
förutsättningar att fungera som stöd vid transportlogistisk analys. Därefter
behandlas just den specifika GIS-plattform som används som referens.
Eftersom kopplingen mellan applikation och underliggande databas är av
största betydelse för prestanda beskrivs till sist även den databas som använts i
examensarbetet. Som referensplattform används en betaversion av ESRI:s
ArcGIS 9.1 med tillägget Network Analyst. Underliggande databas är Tele
Atlas MultiNet.
Syftet med arbetet är att ge övergripande kunskaper i GIS utifrån ett transport-
logistiskt perspektiv. Det ska kunna användas som ett underlag för framtida
beslut om eventuell införskaffning och implementering av en GIS-plattform
för transportlogistiska analyser och ruttplanering.
De transportlogistiska beräkningar som användes för utvärdering av GIS-
plattformen utfördes i samband med ett praktiskt fall i Falköping kommun.
Fallet undersöker förutsättningarna för en omstrukturering av förnödenhets-
transporter inom kommunen.
GIS som teknologi och verktyg visade sig innehålla goda möjligheter för
transportlogistiska analyser. Det kan användas vid all typ av planering,
strategisk, taktisk och operativ. Till dess större fördelar kan räknas den tydliga
visualiseringen av resultat. GIS-plattformen som användes visade sig fungera
väl i kombination med databasen. Plattformen innehåller en stor mängd
funktioner som ger flexibilitet men som kräver en hel del av dess användare.
För att kunna nyttja all funktionalitet krävs goda GIS-kunskaper kombinerat
med lika goda kunskaper inom transportlogistik och datastrukturer. En an-
passning av plattformen kan vara att föredra för att förenkla handhavande och
gränssnitt.
Det underliggande topologiska nätverket är grunden till all nätverksanalys.
Nätverket bygger i sin tur på den databas systemet arbetar mot. Möjligheterna
till nätverksanalys är därför starkt kopplade till den information som databasen
ger. Här finns svårigheter i att som användare av databas och GIS-plattform
hitta och tolka informationen och sedan använda den på rätt sätt. Detta är
något som bör vara konfigurerat och klart vid leverans och implementering av
plattformen hos en organisation.
Nyckelord: GIS, geografiska informationssystem, geografisk
informationsvetenskap, transportlogistik, nätverk, ruttplanering,
Network Analyst, Tele Atlas
GIS for Transport Logistics
– Conditions and Possibilities
Abstract
This Master's thesis investigates the conditions for using GIS (geographical
information systems) and GIScience when performing transport logistic
analysis using networks and route planning. The work is split into three parts.
First the technology GIS is discussed and its conditions for supporting
transport logistic analysis. Then, the specific GIS-platform used in the thesis,
is discussed. Finally, since the connection between application and the under-
lying database is of the outmost importance for performance, the database
used for this thesis is discussed. The platform used as a reference is a beta
version of ESRI:s ArcGIS 9.1 with extension Network Analyst. Underlying
database is Tele Atlas MultiNet.
The purpose of the project is to give comprehensive knowledge in GIS in a
transport logistic perspective. It could be used as the basis for decisions in
future concerning possible obtaining and implementing of a GIS-platform for
transport logistic analysis using networks and route planning.
The transport logistic calculations used for evaluating the GIS-platform were
performed as a practical case in Falköping municipality. The case investigates
the conditions for restructuring the transports of everyday commodities in
Falköping municipality.
GIS, as technology and tool, turned out to contain good possibilities for
transport logistic analysis. It is useful at all levels of planning, strategic,
tactical and operative. One of its greater benefits is clear and informative
visualization of results. The GIS-platform, used in the thesis, turned out to be
well-function in combination with the database. The platform contains a large
amount of functions that give flexibility but take a lot of the user. To benefit
by all functionality it takes good knowledge in GIS combined by good
knowledge in transport logistic and data structures. Customizing the platform
is preferred to simplify the management and the user interface.
The underlying topological network is the foundation for all network analysis.
The network is built on the database that the system is operating on. The
possibilities to network analysis are therefore strongly connected to the
information that the database can deliver. Here are some difficulties. As a user
of the database and the GIS-platform, it can be difficult to find and interpret
the information and then use it in the right way. This task is something that
should be done at the time of delivery and implementing of the platform
within an organization.
Keywords: GIS, geographic information system, GIScience, transport
logistic, network, route planning, Network Analyst, Tele Atlas
Förord
Denna rapport utgör dokumentation över ett examensarbete i datalogi om
20 poäng som är utfört under vårterminen 2005. Arbetet leder till en magister-
examen i datalogi och examineras av institutionen för numerisk analys och
datalogi (Nada) vid Stockholms universitet. Huvuddelen av arbetet har utförts
på Chalmers tekniska högskola i Göteborg under handledning av Jonas
Tornberg och uppdragsgivare är Falköping kommun.
Examensarbetet är ett av fyra som genomförts inom ramarna för ett projekt
som drivs av Falköping kommun under namnet Samordning av logistiska
resurser inom transportområdet. Övriga examensarbeten inom projektet är:
Guy Humberto (2005), Datorstödd transportresursplanering – En GIS-studie,
Examensarbete på Chalmers, 20 poäng.
Andersson Maria, Thorén Maria (2005), Kriterier för en samordningscentral
– En fallstudie på Falköpings kommun,
Examensarbete på programmet Industriell ekonomi, C-nivå 20 poäng.
Aronsson Madelene, Häggmark Anna (2005), Samordning av livsmedels-
transporter ur mottagarens perspektiv – En fallstudie på Falköpings kommun,
Examensarbete på programmet Industriell ekonomi, C-nivå 20 poäng.
Jag vill tacka Jonas Tornberg på Chalmers tekniska högskola som varit min
handledare på plats, ställt upp med utrustning och bidragit med kunskaper
inom GIS där mina egna inte räckt till. Tack också till Kjell Lindqvist, min
handledare på Nada i Stockholm. Tills sist även ett tack till övriga som ställt
upp med nödvändig information för arbetets genomförande.
INNEHÅLL
1 INLEDNING...................................................................................................................1
1.1 Bakgrund.................................................................................................................1
1.2 Syfte........................................................................................................................9
1.3 Problembeskrivning.................................................................................................9
1.4 Avgränsningar.......................................................................................................10
1.5 Metod....................................................................................................................10
1.6 Läsanvisning för rapporten....................................................................................12
2 GIS.................................................................................................................................13
2.1 Geografisk information och dess egenskaper........................................................13
2.2 Modellering och digitalisering av geografisk information....................................13
2.3 Digitaliserad geografisk information.....................................................................14
2.4 Topologiska datastrukturer....................................................................................16
2.5 Topologiska nätverk för nätverksanalys................................................................17
2.6 Ruttberäkningar i transportsystem – definitioner och begrepp.............................17
2.7 Geokodning – adressättning..................................................................................19
3 ARCGIS OCH NETWORK ANALYST.....................................................................20
3.1 ESRI......................................................................................................................20
3.2 ArcGIS - plattformen.............................................................................................20
3.3 Lagringsstrukturer och datakällor..........................................................................23
3.4 Den rumsliga domänen..........................................................................................26
3.5 Adressmatchning i ArcGIS...................................................................................26
3.6 Network Analyst...................................................................................................27
3.7 Nätverksdataset.....................................................................................................30
3.8 Ruttberäkningar i Network Analyst.......................................................................35
4 VÄGDATABAS............................................................................................................38
4.1 Andra vägdatabaser...............................................................................................38
4.2 Tele Atlas..............................................................................................................40
5 RUTTBERÄKNINGAR MED ARCGIS 9 NETWORK ANALYST
OCH TELE ATLAS MULTINET...............................................................................49
5.1 Bakgrund...............................................................................................................49
5.2 Arbetsflöde............................................................................................................50
5.3 Partitionering och konfigurering av vägdatabas....................................................51
5.4 Skapande av geodatabas........................................................................................53
5.5 Adressmatchning...................................................................................................56
5.6 Konfigurering av nätverksdataset..........................................................................58
5.7 Beräkningar och analys.........................................................................................60
5.8 Kvalitetskontroll av resultat..................................................................................63
5.9 Applikationsanpassning.........................................................................................64
6 APPLIKATIONSUTVECKLING I ARCGIS 9 DESKTOP.....................................66
6.1 Översikt.................................................................................................................66
6.2 Skräddarsy gränssnitt............................................................................................66
6.3 Modelbuilder.........................................................................................................67
6.4 Att skriva makron i VBA......................................................................................68
6.5 Att skriva komponenter och tilläggsmoduler i något COM-kompatibelt språk.....69
7 RUTTPLANERINGSYSTEM PÅ MARKNADEN...................................................70
7.1 Typer av transportplaneringssystem......................................................................70
7.2 Exempel hämtade från transportföretag................................................................71
8 DISKUSSION OCH SLUTSATSER...........................................................................74
8.1 GIS som teknologi för transportlogistisk analys...................................................74
8.2 Vägdatabasen........................................................................................................76
8.3 ArcGIS 9.1 med Network Analyst........................................................................76
8.4 Plattformen – Network Analyst och Tele Atlas MultiNet.....................................77
8.5 Transportföretags användande av GIS..................................................................79
REFERENSER.......................................................................................................................80

BILAGOR
A MATEMATISKA OCH DATALOGISKA TEORIER
B SNABBGUIDE TILL NIAM-DIAGRAM
C BESKRIVNING AV ATTRIBUT TILL TELE ATLAS
NÄTVERKSDATALAGER
D BESKRIVNING AV ATTRIBUT TILL TELE ATLAS
DATALAGER FÖR GEOKODNING
E PROGRAMVAROR – PLATTFORM
F OBJEKTMODELLER – ESRI ARCGIS 9.0
G BESKRIVNING AV SVÄNGOBJEKTKLASSEN I ARCGIS GEODATABAS
H EXEMPEL PÅ UPPTAGNINGSOMRÅDE (SERVICE AREA)
I VALT GEOGRAFISKT OMRÅDE I FALLET FALKÖPING
J EXEMPEL PÅ UTDATAFIL FRÅN RUTTBERÄKNING
1 Inledning
Här beskrivs ett antal begrepp och teorier som används i arbetet. Dessa
begrepp behövs sedan för att kunna tydliggöra arbetets roll och dess samman-
hang i det större projekt som arbetet utgör en del av. En kort beskrivning görs
även av detta större omgivande projekt.
Till sist presenteras examensarbetets mål, syfte och metod.
1.1 Bakgrund
Det här arbetet utgör en del i ett större projekt vars mål är att titta på möjlig-
heterna att effektivisera förnödenhetstransporter inom en kommun. Det får till
följd att begrepp och fakta kommer att vara hämtade från ett antal kunskaps-
fält. Dessa är, förutom datalogin, geografisk informationsvetenskap samt
transportlogistik. För att tydliggöra respektive kunskapsfält görs först en
beskrivning av begreppen geografisk informationsvetenskap, GIS och
transportlogistik. Dessutom ges även en presentation av det större projekt som
arbetet utgör en del av.
1.1.1 Geografisk informationsvetenskap
Benämningen geografisk informationsvetenskap (eng: GIScience) har under de
senaste åren blivit allt mer förekommande och då ofta nämnd i samband med
geografiska informationssystem (GIS). Kunskapsområdet som sådant finner en
allt större roll i ett samhälle där avstånden krymper, samhällen växer och
miljöproblemen blir alltmer svårhanterliga. Det är tyvärr så att begreppen geo-
grafisk informationsvetenskap och GIS vars innebörd är olika, ibland används
utan särskiljning. Vilken benämning som används speglar sig ofta i
tillämpningsområde och medverkande personers bakgrund. Oftast används
begreppet GIS även som benämning på kunskapsfältet som sådant där
benämningen geografisk informationsvetenskap skulle passa bättre
(Eklundh red. 1999). I denna rapport kommer båda benämningarna att an-
vändas beroende på sammanhang.
Geografisk informationsvetenskap är vetenskapen bakom geografiska tekno-
logier som exempelvis fotogrammetriska metoder, fjärranalys och GIS. Denna
vetenskap ligger till grund för teknologiernas utveckling. Den geografiska
informationsvetenskapen är tvärvetenskaplig på så sätt att den under sitt tak
samlar områden som t.ex. kartografi, geodesi och fotogrammetri
(Goodchild, 1997).
Vad menas då med geografisk information (GI)? I Goodchild (1997) hittar
man följande beskrivningar av begreppet:
(cid:131) Information om en plats/position på jordens yta.
(cid:131) Kunskapen om var någonting finns.
(cid:131) Kunskap om vad som finns på en given plats/position på jordens yta.
Här ska även nämnas att begreppen spatial information och rumslig
information är vanligt förekommande. Dessa två begrepp som har samma
betydelse (spatial = rumslig) ges ett vidare begrepp än geografisk information
1
eftersom det här handlar om bestämning i rummet i dess vidaste bemärkelse
dvs även utanför vårt eget jordklot (Eklundh red. 1999).
Centralt för de definitioner man hittar om geografisk information är att det
handlar om information som är knuten till en geografisk position. För att en-
tydigt kunna ange en sådan geografisk position används ett s.k. geodetiskt
referenssystem med tillhörande koordinatsystem. Ett vanligt sätt att ange en
punkts läge på jorden är med hjälp av geografiska koordinater, longitud (öst-
västlig) och latitud (nord-sydlig) riktning.
1.1.2 Geografiska informationssystem, GIS
Ett geografiskt informationssystem är ett datorbaserat informationssystem för
geografisk information. Allmänt är ett informationssystems syfte att förenkla
informationsutbyte, förbättra hantering, bearbetning och analys av
informationen samt möjliggöra effektiv och säker lagring av data. I ett GIS
ingår mjukvara, hårdvara den geografiska informationen som hanteras och inte
minst användare av systemet, se figur 1. Att användare av systemet innefattas
är inte signifikant för GIS utan för informationssystem allmänt. Information är
data tolkad av någon individ. Utan denne individ som tolkar har vi ingen
information (Tarkowski, Ireståhl, Lumsden, 1995).

Figur 1
Funktioner och beståndsdelar i ett GIS.

Genom att definiera ett GIS som ett informationssystem som hanterar geo-
grafisk information och informationen i sig har den egenskapen att den ska
vara knuten till en plats eller position på jordens yta har man avskrivit en del
system och programvaror möjligheten att kallas för ett geografiskt
informationssystem. Dit hör bildbehandlingssystem som hanterar geografiska
kartor i form av bildfiler (jpg, gif m.fl.) men utan den egenskapen att objekt
och punkter på kartbilden har en referens till en geografisk position på vår jord
(Eklundh red.1999). Även de traditionella CAD-systemen faller bl.a. därför
utanför ramen för ett GIS.
2
I denna rapport kommer begreppet GIS att användas dels med innebörden
metod dels i dess betydelse som en teknologi.
Förenkling av informationsutbyte är en av hörnpelarna i ett GIS. En stor del av
den information som är beslutsgrundande inom såväl privat som offentlig
sektor är geografiskt bunden information. Att då på ett enkelt sätt kunna fram-
ställa informationsmaterial kopplat till kartor som ger betraktaren det geo-
grafiska sammanhanget är en möjlighet till snabbare och säkrare beslutsvägar.
Förbättrad hantering och bearbetning av den geografiska informationen nås
genom att man inom ett och samma system har tillgång till all den samlade
information som finns inom en organisation. Här finns däremot ett av hindren
till utvecklingen av GIS-användandet. Ofta är informationen inom en orga-
nisation uppdelad på ett flertal skilda datorsystem vilket medför problem vid
datautbyte mellan systemen i form av överföringsprotokoll och data-
konverteringar. Att ha tillgång till organisationens all information i ett och
samma datorsystem väl strukturerad, förbättrar möjligheten att upptäcka nya
mönster och hitta ny information. Kopplingen till geografin via kartor är sedan
ytterligare en styrka.
GIS används inom en mängd tillämpningsområden. Samhälls- och trafik-
planering samt försvaret är några av de vanligare exemplen men idag används
GIS även inom exempelvis räddningstjänst, transportnäring, skogs- och
jordbruksnäring, energidistribution etc. Marknadsföring är ett exempel på ett
bredare användningsområde. En uppfattning inom branschen som emellanåt
hörs är att de möjligheter och resurser som ett GIS står till förfogande med
sällan utnyttjas. Detta kan bero på bristfälliga kunskaper hos användare samt
skillnader i syn på arbetssätt mellan användare av ett GIS och program-
varutillverkare (Eklundh red.1999). Utbildning inom GIS och förbättring av
användarvänlighet hos programvaror inom området är exempel på åtgärder
som kan vara positiva för ökande GIS-användning. I Sverige arbetar idag ett
antal konsultföretag med att överbrygga hanterings- och gränssnittsfrågan
genom att anpassa och bygga GIS-applikationer som är direkt kopplade till en
specifik tillämpning.
1.1.3 Geografisk informationsteknologi, GIT
Geografisk informationsteknologi är samlingen teknologier ämnade att hantera
geografisk information. Exempel på sådana teknologier är:
(cid:131) GPS – Global Positioning System. Ett system som med hjälp av ett
antal satelliter kretsande runt jorden möjliggör positionering i realtid.
(cid:131) Fotogrammetriska metoder. Informationsinsamling genom mätningar i
bildpar tagna från flygplan. Genom att bildparet till viss del täcker över
varandra och bilderna är tagna ur olika vinklar fås information om
höjdskillnader i motivet.
(cid:131) Fjärranalys. Teknik för insamling av information från flygplan eller
satellit med hjälp av avläsning av den från jorden reflekterade
elektromagnetiska strålningen.
(cid:131) GIS, Geografiska Informationssystem. Se tidigare beskrivning.
3