常屹冉，郭炳輝，陳 軍,李漢彬

（1.中國地質(zhì)大學（武漢）信息工程學院，湖北 武漢 430074；2.湖北省交通廳公路管理局，湖北 武漢 430000；3.中國石油天然氣股份有限公司 西氣東輸管道分公司，湖北 武漢 430073）

我國公路路線長、變化快、數(shù)據(jù)信息量大。如何應用現(xiàn)代高新技術(shù)，讓公路信息快捷、準確地為國民經(jīng)濟建設(shè)和政府管理決策提供服務，是交通部門在公路信息更新管理工作中急需解決的問題。而現(xiàn)有的公路數(shù)據(jù)繁雜，更新周期長，且不便于管理；建設(shè)更新便捷的公路信息管理平臺是各交通部門的必然要求。本文從湖北省的公路現(xiàn)狀和信息化管理的基本要求出發(fā)，采用Visual C#.NET和ArcGIS Engine組件技術(shù)，結(jié)合車載GPS，設(shè)計開發(fā)了湖北省公路信息更新管理平臺。

1 系統(tǒng)采用的技術(shù)和標準

公路數(shù)字化建設(shè)只關(guān)注公路本身及周邊一定帶狀范圍內(nèi)的信息要素。而已有的公路測繪方式不論人工測量、航空攝影測量還是衛(wèi)星遙感測圖都易造成資源的極大浪費，并且造價昂貴、更新周期長，并不適合局部道路信息的更新。相比之下，利用車載GPS技術(shù)更新公路信息，不僅采集速度快、作業(yè)方式簡單，而且定位精度高。車輛在行駛過程中即可記錄道路樁號、路面類型、路面寬度、路基寬度及橋梁、隧道、渡口、建制村等信息，便于數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理[1，2]。

ArcEngine 是ESRI公司推出的一組完備的嵌入式GIS組件庫和工具庫，其核心是ArcObjects組件，并且支持類、對象等特性，通過封裝的接口可以實現(xiàn)對象的屬性。組件技術(shù)開發(fā)簡單，用戶可以靈活調(diào)用動態(tài)鏈接庫（DLL）開發(fā)和擴展具有特定功能的GIS應用程序[3]。

系統(tǒng)設(shè)計標準依據(jù)為：JT/T132-2003《公路數(shù)據(jù)庫編目編碼規(guī)則》、JTGB01-2003《公路工程技術(shù)標準》和GB 917.1-2000《公路路線標識規(guī)則命名編號和編碼》。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架設(shè)計

本平臺實現(xiàn)了公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示、分析匯總和輸出等功能。系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，其總體架構(gòu)包括數(shù)據(jù)更新層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫層、應用層和用戶層（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

數(shù)據(jù)更新層：運用車載GPS，進行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和存儲。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫層：存儲在數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

應用層：主要由各功能模塊組成，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行接收、分析、匯總；可通過數(shù)據(jù)查詢輸出所需信息，實現(xiàn)專題地圖的輸出。

用戶層：由湖北公路管理局業(yè)務領(lǐng)導及電子地圖人員組成。通過本層為領(lǐng)導決策和政策制定提供直觀、多方位的輔助決策信息支持。

2.2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要針對公路及附屬設(shè)施和行政區(qū)劃等要素信息，由空間和屬性2個數(shù)據(jù)層構(gòu)成?？臻g數(shù)據(jù)層包含行政區(qū)劃、境界線、公路線路、橋梁、隧道、其他重要交通設(shè)施層、水系等要素，屬性數(shù)據(jù)層包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集、路線概況集、路面集、路基集、主要構(gòu)造物集、沿線設(shè)施集等[4]。各要素均采用GB標準進行命名，如以路線編碼C002429004為例，C為村道，002為路線編碼，429004為仙桃市（行政區(qū)劃代碼）。

數(shù)據(jù)庫建設(shè)以路線、路段為核心，將居民點、橋梁、渡口、隧道等要素通過關(guān)鍵字段進行關(guān)聯(lián)和約束（見圖2）。屬性表由Access創(chuàng)建，空間數(shù)據(jù)表在軟件中創(chuàng)建。本文中的空間數(shù)據(jù)表可以通過各自的經(jīng)緯度字段在地圖中投影以確定位置。屬性數(shù)據(jù)表包含專題字段，便于專題圖層的建立和管理[5]。

圖2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖

2.3 功能模塊

公路信息更新管理平臺是在ArcEngine提供的接口支持下，針對管理者的基本要求設(shè)計的，涵蓋了公路信息的更新、查詢管理和打印輸出等內(nèi)容。其主要功能包括：用戶管理、地圖顯示、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、領(lǐng)導查詢和地圖打印等，具體功能結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 系統(tǒng)功能設(shè)計圖

3 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊主要實現(xiàn)了用戶權(quán)限管理功能，可根據(jù)登錄賬號獲得相應的權(quán)限，實現(xiàn)用戶的分層管理，確保數(shù)據(jù)安全。

3.2 外業(yè)采集模塊

外業(yè)采集模塊實現(xiàn)了管理者對數(shù)據(jù)庫的更新和維護。GPS數(shù)據(jù)采集是通用車載GPS接收機連接到平臺軟件，設(shè)置連接參數(shù)，采集沿線公路數(shù)據(jù)[6]。其具體參數(shù)包括COM端口、輸出波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和采集間隔等，用戶可自主設(shè)置，系統(tǒng)通過XML文件進行配置。

實踐發(fā)現(xiàn)，車速小于45 km/h時，不易出現(xiàn)信號中斷、漂移和延遲的現(xiàn)象，采集密度和精度都符合作業(yè)要求。外業(yè)采集界面見圖4。內(nèi)業(yè)處理是對采集的GPS數(shù)據(jù)進行屬性添加、突變點與漂移點的刪除及路段的拆分、合并等操作。最后通過處理和審核，確保空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)更新的一致性。

圖4 外業(yè)采集界面

3.3 基礎(chǔ)地理信息操作功能

基礎(chǔ)GIS模塊實現(xiàn)了對公路電子地圖的展示和操作，包括對地圖的放大、縮小、前進、后退、全圖、漫游、量算工具、比例尺、圖層管理等功能。

3.4 專題地圖模塊

專題地圖模塊可根據(jù)專題字段，利用顏色渲染、圖案填充、圖式符號等形式將全省公路的基礎(chǔ)信息進行專題數(shù)據(jù)處理，可靈活制作公路行政等級、技術(shù)等級、路面類型、通達情況等專題圖。通過XML文件對圖層目錄樹進行符號配置管理。地圖打印功能實現(xiàn)了專題地圖的輸出。

3.5 信息查詢

平臺提供了豐富的查詢功能，包括空間查詢、屬性查詢和條件查詢等。信息查詢利用QueryFilter類，通過Query接口和SpatialQuery接口進行屬性和空間信息的查詢。用戶可通過點選、框選等交互操作，對數(shù)據(jù)進行可視化查詢，也可根據(jù)輸入的關(guān)鍵詞在路段樹中查詢并定位顯示；還可按照條件查詢，如“Select count(*) from V01_sd where mid(SDBM, 11, 1) = 'U' and mid(LXBM, 1, 1) = 'G' and TBDW= 4211”，可查詢黃岡市國道上的隧道總數(shù)。

3.6 統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析模塊是通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫，針對各類匯總統(tǒng)計指標，根據(jù)不同的條件組合生成不同主題內(nèi)容的匯總表和明細表，以表格、專題圖（如直方圖、柱狀圖、折線圖等）等形式輸出（見圖5）。各類統(tǒng)計表通過XML配置文件進行匯總統(tǒng)計。匯總公路基本情況表配置文件代碼如下：

圖5 統(tǒng)計分析界面

… …

3.7 領(lǐng)導查詢模塊

領(lǐng)導查詢模塊可快速提供全省、地市州、縣公路總規(guī)模、橋梁數(shù)、隧道里程、公路年增長率等信息。該模塊為領(lǐng)導決策和政策制定提供了直觀、多方位輔助決策信息支持。

4 結(jié) 語

本文利用ArcGIS平臺，結(jié)合車載GPS技術(shù)，實現(xiàn)了公路信息更新管理平臺的設(shè)計和開發(fā)，不僅滿足了湖北省電子地圖的更新要求，也為交通規(guī)劃設(shè)計相關(guān)部門提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務和統(tǒng)計分析功能。隨著實時監(jiān)控、智能收費、安全預警等技術(shù)的進一步提升，系統(tǒng)將會面向政府和社會公眾提供更好的服務[7]。

[1]李德仁，陳小明，郭炳軒，等.車載GPS道路信息采集和更新系統(tǒng)的研究[J].武漢測繪科技大學學報，2000,25(2):97-98

[2]李永豐，於新國.利用GPS快速采集道路信息系統(tǒng)的研究[J].地理空間信息，2007,5(5)：28-29

[3]邱洪剛，張青蓮，陸紹強，等.ArcGIS Engine開發(fā)從入門到精通[M].北京: 人民郵電出版社，2010

[4]王國賓.面向?qū)ο蟮墓房臻g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研究[D].鄭州: 鄭州大學，2010

[5]祝國瑞，龐前聰，王平.可擴展性的公路空間數(shù)據(jù)庫方案設(shè)計[J].武漢大學學報：信息科學版，2004,29(7):580-583

[6]蘇霆.農(nóng)村公路信息快速采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].上海：華東師范大學， 2010

[7]王國鋒，宋鵬飛，張?zhí)N靈.智能交通系統(tǒng)發(fā)展與展望[J].公路，2012,5:217-222