熊偉

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都611130)

基于“3S”技術(shù)的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

熊偉

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都611130)

針對在四川省眉山市境內(nèi)眉青公路瀝青混凝土路面破損度調(diào)查中產(chǎn)生的問題，以GPS技術(shù)測量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的路面破損面積調(diào)查方式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，以組件式GIS技術(shù)為主體思想，通過集成多種軟件的組件和功能，設(shè)計和實現(xiàn)了基于“3S”技術(shù)的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用提升了數(shù)據(jù)采集的精度，解決了路面破損數(shù)據(jù)可視化以及大量數(shù)據(jù)人工難以統(tǒng)計分析的問題。

“3S”技術(shù);瀝青混凝土路面;破損度;GPS;組件式GIS

13 S技術(shù)簡介

“3S”技術(shù)是GPS(全球定位系統(tǒng))、RS(遙感)和GIS(地理信息系統(tǒng))3大技術(shù)有機融合的統(tǒng)稱。利用GPS快速定位和獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的能力，利用RS大面積獲取地物信息特征，利用GIS的空間查詢、分析和綜合處理能力不斷獲得有關(guān)地球表面及其環(huán)境的大量幾何物理信息，從而形成空間數(shù)據(jù)流和信息流，是“3S”技術(shù)的核心思想。近年來，“3S”技術(shù)飛速發(fā)展，幾乎滲透到了社會每一個行業(yè)，這使得公路路面破損信息的采集、錄入、統(tǒng)計分析的整個過程都有了發(fā)生革命性變化的可能。以GPS實時動態(tài)差分定位技術(shù)(RTK)替代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，以組件式GIS編程手段實現(xiàn)一個基于“3S技術(shù)”的針對某一公路路面的破損度信息系統(tǒng)不再是一件難以實現(xiàn)的工作。

2 項目概況

眉青公路位于四川省眉山市境內(nèi)，是眉山市東坡區(qū)連接青神縣的重要通道。路面為寬度12 m的瀝青混凝土路面，該道路自建成后，工程建設(shè)所需部分建筑材料均需通過本路段運輸，超載超限車輛急劇增加，給瀝青混凝土路面帶來了沉重的負擔(dān)，原路路面出現(xiàn)了大量龜裂、縱縫、橫縫、車轍、松散、麻面、坑洞、沉陷等病害，再加上逐年水毀，部分路段破損已相當(dāng)嚴重。為了有效改善眉青公路的服務(wù)水平，促進區(qū)域經(jīng)濟社會快速發(fā)展，四川省眉山市東坡區(qū)交通運輸局決定對眉青公路路面進行全面整治。因此，高效、準(zhǔn)確的采集該路段繁雜而龐大的路面破損數(shù)據(jù)，進行有效的管理和及時的統(tǒng)計分析，為整個路面整治設(shè)計工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持，成為了一項十分重要的工作。

3 系統(tǒng)的總體技術(shù)路線

眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)通過運用“3S”技術(shù)，以GPS測量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的路面破損面積調(diào)查方式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，采用系統(tǒng)集成的思想，在可視化開發(fā)環(huán)境下通過調(diào)用組件式地理信息系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫以及其他相應(yīng)軟件的接口，實現(xiàn)路面破損度數(shù)據(jù)庫管理、破損數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)可視化、報表輸出等功能，以達到全面真實反映眉青路瀝青路面破損狀況的目的。圖1為眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)技術(shù)路線圖。

圖1 眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)技術(shù)路線圖

4 路面破損信息的現(xiàn)場采集

為了使該瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、全面的反映整個路面的病害信息，系統(tǒng)的路面破損數(shù)據(jù)采集的方式分為兩種，一種是非空間數(shù)據(jù)的采集，包括路面每處破損的實地照片采集及病害類型的屬性。另一種是空間數(shù)據(jù)的采集。主要是路面每一處破損面積數(shù)據(jù)的采集。瀝青混凝土路面在發(fā)生破損時，破損類型較多(如龜裂、坑槽、沉陷、車轍等)，通常破損形狀不規(guī)則，面積不易精確量算。傳統(tǒng)的路面破損面積調(diào)查方法通常采用簡單的測量工具(如鋼尺、皮尺等)進行量算。遇到不規(guī)則的破損形狀，只能大致估算，難以達到必要的精度。本次路面破損信息的空間數(shù)據(jù)采集采用GPSRTK測量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量方法。GPSRTK測量是指實時動態(tài)載波相位差分GPS測量，GPS在運動狀態(tài)下通過跟蹤處理接受衛(wèi)星信號的載波相位，從而獲得快速、高精度的定位。它能把實時動態(tài)下的定位精度提高到厘米級。這種快速、準(zhǔn)確、連續(xù)的特點，既可以彌補利用鋼尺等丈量工具導(dǎo)致的精度問題，又可以彌補由于提高測量精度而犧牲的效率問題。我們分別使用傳統(tǒng)測量方法和GPSRTK測量對同一實驗路段的路面破損面積進行數(shù)據(jù)采集，實驗結(jié)果顯示采用GPSRTK測量和傳統(tǒng)測量方法相比在數(shù)據(jù)采集效率上相當(dāng)，但在采集精度上GPSRTK測量明顯高于傳統(tǒng)的測量方法。

5 路面破損面的空間信息可視化

路面破損面的空間信息可視化分為兩個步驟。首先，將GPS采集的路面破損空間數(shù)據(jù)匯同其他基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)制作大比例尺數(shù)字線劃地形圖，將破損面的信息可視化。數(shù)字線劃圖(Digital Line Graph，DLG)是以點、線、面的形式或地圖特定圖形符號形式表達地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集。線劃地形圖與其他地圖產(chǎn)品相比，其數(shù)據(jù)量小，便于分層，能快速生成專題地圖，能滿足地理信息系統(tǒng)進行各種空間分析要求，可隨機進行數(shù)據(jù)選取和顯示，與其他地圖產(chǎn)品疊加，且圖形為矢量格式，任意縮放均不變形。其次，為了真實的反映出瀝青路面的破損情況及周邊的地理要素，本系統(tǒng)采用衛(wèi)星遙感圖像(RS)作為地理底圖，套合大比例尺數(shù)字線劃地形圖疊加使用。遙感影像圖的處理需經(jīng)過資料準(zhǔn)備、圖像色彩處理、影像糾正、影像鑲嵌、圖幅裁切等步驟。最終完成路面破損面的空間信息的可視化處理。

6 系統(tǒng)的集成

系統(tǒng)集成是指在成熟軟件中選擇其需要的產(chǎn)品，將其集成到自己的應(yīng)用軟件中，使自己的軟件也具有相應(yīng)的功能。本系統(tǒng)集成方案是首先對Microsoft Access關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做出設(shè)計，數(shù)據(jù)模式包括分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)屬性包括道路破損處樁號和破損面地理坐標(biāo)。屬性數(shù)據(jù)信息包括道路破損處樁號、路面病害類型和破損的面積?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)利用關(guān)鍵字路破損處樁號進行聯(lián)系。然后，在Visual Studio開發(fā)環(huán)境下通過調(diào)用地理信息組件ArcObjects的接口，實現(xiàn)對路面破損數(shù)據(jù)的可視化操作。最后調(diào)用Microsoft Excel相應(yīng)的接口實現(xiàn)路面破損數(shù)據(jù)分析報表的輸出等功能，完成瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)的“拼裝”。圖4為本系統(tǒng)的集成方案。采用系統(tǒng)集成的方法可以大大提高軟件的開發(fā)效率，避免重復(fù)勞動并能使軟件的開發(fā)費用大幅度降低。

圖2 眉青路瀝青路面破損度信息系統(tǒng)集成方案

7 系統(tǒng)的具體應(yīng)用

實現(xiàn)后的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)的主界面分為三個區(qū)域，上側(cè)為工具欄，左側(cè)為地圖圖層管理器，右側(cè)為地圖的操作窗口，如圖3所示。用戶可以通過點擊每一處所能看見的破損面對路面破損信息進行編輯，內(nèi)容包括路段破損段落的序號、里程樁號、GPS測量點號、破損的面積、破損段的圖片以及破損類型(如松散、龜裂)及比例等，如圖4所示。最終可以通過系統(tǒng)導(dǎo)出路面破損情況的報表，以真實客觀的了解整條路的破損情況，如圖5所示。

圖3 眉青路瀝青路面破損度信息系統(tǒng)主界面

圖4 路面破損信息編輯

圖5 路面破損度信息系統(tǒng)路面病害報表

8 結(jié)束語

基于“3S”技術(shù)的眉青路瀝青路面破損度信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)提高了路面破損度調(diào)查中數(shù)據(jù)采集的精度，解決了路面破損數(shù)據(jù)可視化編輯以及大量數(shù)據(jù)人工難以統(tǒng)計分析的問題。它的應(yīng)用使路面養(yǎng)護部門得以全面了解和掌握路面的病害情況，為路面病害處理措施的設(shè)計提供了必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。但本系統(tǒng)只是為眉青路瀝青混凝土路面破損度的數(shù)據(jù)采集及處理而專門設(shè)計和實現(xiàn)的，不能滿足所有道路路面破損度信息調(diào)查的需要。研發(fā)一款通用性好，功能完備的路面破損度系統(tǒng)是進一步努力的方向。

［1］馬莉，宋慶.“3S”集成技術(shù)研究現(xiàn)狀的綜述［J］.資源環(huán)境與發(fā)展，2009，(2).

［2］李天文，等.GPS原理及應(yīng)用［M］.第三版.北京:科學(xué)出版社，2015.

［3］李仕東，等.工程測量［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］張海藩.軟件工程導(dǎo)論［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

U416.217

C

1008－3383(2017)04－0025－02

2016－06－08

熊偉(1980－)，男，四川瀘州人，講師，從事道路工程測量、三維激光掃描技術(shù)、地理信息系統(tǒng)的實踐及研究。