李海霞

基于GIS的路面管理系統(tǒng)研究

李海霞

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

基于GIS的路面管理系統(tǒng)通過引入GIS技術(shù)，兼顧了地理信息系統(tǒng)與傳統(tǒng)路面管理系統(tǒng)的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)路面空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的共享，并建立路面使用性能的評價模型，可為各級養(yǎng)護(hù)管理部門提供及時、準(zhǔn)確的決策輔助信息，并初步實(shí)現(xiàn)路面養(yǎng)護(hù)工作的可視化管理，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

GIS；路面管理系統(tǒng)；空間數(shù)據(jù)庫；路面使用性能評價

1 引言

由于公路數(shù)據(jù)不僅具有傳統(tǒng)屬性信息，還具有空間屬性信息，因而公路路面的管理應(yīng)當(dāng)同時處理傳統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，但傳統(tǒng)的路面管理系統(tǒng)缺少空間分析能力，很難對其進(jìn)行直觀性操作，而依托GIS的圖庫和數(shù)據(jù)庫，可實(shí)現(xiàn)信息的快速查詢和分析處理[1]。因此組建基于GIS的路面管理系統(tǒng)，不僅可實(shí)現(xiàn)基本的路面管理及分析功能，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化管理，使得系統(tǒng)軟件交互性、直觀可讀性增強(qiáng)，具有重要的研究價值和實(shí)用價值。

2 地理信息系統(tǒng)（GIS）

2.1 GIS的定義及組成

GIS是地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)的簡稱，它是在計算機(jī)軟件和硬件系統(tǒng)的支持下，以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，對整個或部分地球表面與空間中的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、管理、運(yùn)算、模擬、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)[2]。

根據(jù)GIS對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、管理、分析和表達(dá)的過程，可將GIS基礎(chǔ)軟件分為數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換、圖形與文本編輯、數(shù)據(jù)存儲與管理、空間查詢與空間分析、空間數(shù)據(jù)可視化與輸出五個子系統(tǒng)。

2.2 GIS的特征

GIS以地理模型為手段，以地理研究和地理決策為目的，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預(yù)測能力，可獲取豐富的地理信息；并且GIS對數(shù)據(jù)的采集、管理、分析和輸出功能使得其具有空間性和動態(tài)性；除此之外，GIS是在計算機(jī)系統(tǒng)的支持下對空間地理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及管理，因而可以快速、精確、綜合地對復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間定位和動態(tài)分析[3]。

3 路面管理系統(tǒng)（PMS）

路面管理系統(tǒng)(Pavement Management System, PMS)是指運(yùn)用系統(tǒng)分析的方法，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會和政治等方面的因素，促使路面管理過程系統(tǒng)化，為路面工程各管理部門提供科學(xué)的分析工具和方法，以便合理有效地使用有限的資源，提供具有足夠服務(wù)水平的路面，并做出科學(xué)的管理決策。

其從功能上可劃分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)級管理系統(tǒng)和項(xiàng)目級管理系統(tǒng)四部分。

4 基于GIS的路面管理系統(tǒng)

基于GIS的路面管理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫管理、圖層管理、系統(tǒng)功能模塊三部分組成。

4.1 建立數(shù)據(jù)庫

將公路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、技術(shù)屬性數(shù)據(jù)分別作為靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)存儲，然后把靜態(tài)數(shù)據(jù)作為查詢以及報表輸出的分類標(biāo)準(zhǔn)，而動態(tài)數(shù)據(jù)則為分析路面使用性能的依據(jù)，建立路面空間數(shù)據(jù)庫可幫助用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，實(shí)現(xiàn)可視化顯示[8]。

依托GIS平臺來建立采集數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，可方便地查詢并統(tǒng)計路面狀況信息，再由數(shù)據(jù)模塊對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計算分析，即可對養(yǎng)護(hù)需求計劃、性能評價等提供養(yǎng)護(hù)決策的依據(jù)[9]。

4.2 圖層管理

要建立柵格圖與路網(wǎng)圖之間的聯(lián)系，就必須對路網(wǎng)柵格圖進(jìn)行配準(zhǔn)。配準(zhǔn)完成后，即可對圖像中的每一要素進(jìn)行矢量化，以獲得矢量圖像；然后將不同地圖元素分割為不同的地理要素集，并建立拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；最后通過構(gòu)建轉(zhuǎn)彎模型、設(shè)置連通性策略及在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集指定屬性框中添加屬性并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中的行駛方向，即建立起道路網(wǎng)絡(luò)圖。

4.3 路面使用性能評價模型

路面使用性能評價是路面性能預(yù)側(cè)、養(yǎng)護(hù)方案優(yōu)化決策的基礎(chǔ)，只有客觀準(zhǔn)確地對路面使用性能進(jìn)行評價，才能正確認(rèn)識路面出現(xiàn)早期破壞的原因，從而進(jìn)行正確地預(yù)防和尋找合理的處治對策[10]。

4.3.1確定評價指標(biāo)

路面的使用性能包括功能、結(jié)構(gòu)、安全三個方面。路面功能可由路面平整度來表征；路面結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)為路面破損和路面強(qiáng)度；路面安全由路面抗滑性能表征。因此，路面使用性能的評價，既需要考慮路面使用狀況對路面性能的影響，也要考慮路面使用狀況對使用者(車輛、行人)的影響。

4.3.2建立評價指標(biāo)計算模型

參照國內(nèi)外的研究經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定建立本系統(tǒng)路面性能評價指標(biāo)的計算模型，然后由《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中路面性能評價標(biāo)準(zhǔn)即可對路面性能進(jìn)行評價。

4.4 系統(tǒng)基本功能

4.4.1基本地圖管理

基于GIS的路面管理系統(tǒng)借助于地圖輔助來進(jìn)行公路管理。基本地圖管理操作包括地圖的數(shù)字化及修改、放大、縮小、漫游、圖層控制、坐標(biāo)變換和地圖的輸出等功能。公路信息是變化的信息，各地每年都有大量的新建、改建的公路，利用GIS可以方便、迅速地將這些變化反映到地圖上，形成新的公路圖。

4.4.2數(shù)據(jù)查詢

在基于GIS的路面管理系統(tǒng)中，因GIS的數(shù)據(jù)可視化功能，可通過設(shè)定與地圖要素相關(guān)的查詢條件將選定的數(shù)據(jù)在地圖上顯示出來，這樣通過數(shù)據(jù)查詢，即可了解數(shù)據(jù)所在的空間位置[11]。

4.4.3空間查詢

與數(shù)據(jù)查詢相反，空間查詢是通過選擇空間范圍來查詢在此范圍之內(nèi)所選相關(guān)信息的屬性數(shù)據(jù)，可以通過點(diǎn)選擇、線選擇、框選擇和多邊形選擇來對路段多方面屬性信息進(jìn)行查詢，以顯示路段高程、維修損壞狀況及PCI等屬性信息。

4.4.4路面使用性能評價

基于GIS的路面管理系統(tǒng)可通過所建立的路面性能評價計算模型，來評價路面平整度、彎沉、抗滑系數(shù)、路面破損等指標(biāo)，并可生成指標(biāo)評價統(tǒng)計表，從而可作為公路養(yǎng)護(hù)決策的依據(jù)。

4.4.5專題圖層顯示

通過專題圖模塊，路面管理者即可直觀、清楚地了解所有公路或某一條道路的地理位置、使用性能等情況，使得系統(tǒng)對時空的反應(yīng)更為迅速、界面更為友好、使用更為方便[12]。

5 結(jié)語

基于GIS的路面管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)路面空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢，并且在保持傳統(tǒng)路面管理系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提供的GIS界面使操作更直觀、簡便，對路網(wǎng)的總體掌握更真實(shí)，達(dá)到公路養(yǎng)護(hù)信息可視化，公路養(yǎng)護(hù)決策科學(xué)化和公路養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)代化，從而對路面管理工作的科學(xué)化、路面管理行業(yè)技術(shù)的規(guī)范化以及路面養(yǎng)護(hù)管理模式的優(yōu)化產(chǎn)生巨大的影響與推動作用。

[1]謝峰. 基于GIS的高速公路路面管理智能決策模型研究[D].西南交通大學(xué), 2012.

[2]趙先洋. 基于GIS的季凍區(qū)路面管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].吉林大學(xué), 2014.

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Research on The Pavement Management System Based on GIS

LI Haixia

(1. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

By taking advantage of GIS technology, the pavement management system based on GIS combine the advantages of the geographic information system and the traditional pavement management system, based on this, sharing spatial database and attribute database can be realized and the evaluation model of pavement performance can be set up, which will provide timely and accurate decision-making information for pavement management department and make visibility management come true basically. Therefore, it has important economic benefit and social benefit.

GIS; pavement management system; spatial database; the evaluation of pavement performance

K928

B

1007-6344（2017）03-0154-01