張 浩

(江蘇省基礎地理信息中心，江蘇 南京 210013)

0 引言

公路資產包括公路用地、公路及構筑物、構成公路正常使用不可缺少組成部分的交通工程及沿線設施等資產，由公路資產構成的公路網(wǎng)絡是國民經濟及社會發(fā)展的重要保障。但目前公路資產管理數(shù)字化、信息化程度不高，大部分管理手段仍然停留在依托二維數(shù)據(jù)、資料報表的程度上。隨著現(xiàn)代三維實景、智慧管理技術的不斷提升，二維數(shù)據(jù)已經不能滿足模擬公路資產地上地下立體形態(tài)的需求，公路工程檔案資料也容易造成管理滯后或管理混亂等問題[1-2]。文章基于數(shù)字化場景構建公路資產三維模型，分析公路資產管理需求并搭建公路資產管理系統(tǒng)，為公路資產的數(shù)字化管理提供一些參考。

1 總體框架

以實景三維場景模擬公路及沿線資產的真實現(xiàn)狀，關聯(lián)三維模型構件與公路資產管理信息、監(jiān)測信息，在此基礎上搭建公路資產智慧管理系統(tǒng)，完成公路資產展示、空間分析、信息查詢、綜合統(tǒng)計等功能，實現(xiàn)公路資產三維可視化、精細化、智慧化管理?？傮w框架主要包括數(shù)據(jù)層、服務層、應用層，如圖1所示。

圖1 總體框架

1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為支撐系統(tǒng)運行接入所有數(shù)據(jù)并配置管理，負責搭建公路及構筑物、沿線設施及周邊環(huán)境三維場景，以保障數(shù)據(jù)存儲、同步、負載管理和備份等，主要由地理信息數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、公路資產管理數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)管理構成。

1.2 服務層

服務層將GIS數(shù)據(jù)、公路資產數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等進行深度整合，面向用戶直接提供地圖服務和業(yè)務管理服務，包括二三維數(shù)據(jù)服務、空間分析服務、公路資產查詢服務、公路資產統(tǒng)計服務等[3]。

1.3 應用層

應用層是在數(shù)據(jù)層和服務層的基礎上，通過交互友好的界面為用戶搭建公路資產智慧管理系統(tǒng)，提供公路三維場景可視化、二三維空間分析、公路資產信息查詢、公路資產綜合統(tǒng)計等業(yè)務應用。

2 公路資產三維場景建設

構建公路資產三維模型主要通過3種方式：利用無人機傾斜影像生產三維模型、通過車載激光點云數(shù)據(jù)構建三維模型、依據(jù)圖紙資料/CAD數(shù)據(jù)/采集數(shù)據(jù)生產BIM模型。結合不同公路資產特點選擇適用的建模方式，針對上述傾斜攝影模型、點云模型、BIM模型進行整合，實現(xiàn)公路及沿線環(huán)境的高精度、全要素三維場景模擬。公路資產三維模型整合成果要求如下。

(1)整體要求：模型紋理色調一致、均勻、無鑲嵌痕跡，保障整體建模效果優(yōu)良。不允許存在孤立、細碎的3D懸浮物，對提供的影像數(shù)據(jù)或點云數(shù)據(jù)中涉及如人臉、汽車牌號等隱私信息或保密信息進行模糊化處理。

(2)公路及構筑物：不能出現(xiàn)懸浮、凹陷的情況，不能有明顯變形、不平整、與實際不符的情況；路基、路面根據(jù)需求按路段劃分，橋涵、隧道、渡口構建外觀輪廓并做單體化處理。

(3)公路交通工程及沿線設施：交通標志、交通標線、護欄等交通安全設施及建筑物不能出現(xiàn)懸浮、凹陷的情況，不能有明顯變形、不平整、與實際不符的情況。

將公路資產三維模型進行入庫管理，在完成模型數(shù)據(jù)檢查、整合、發(fā)布與共享等工作后，建立涵蓋路線、路基、路面、橋涵、隧道、公路渡口、交通安全設施、管理設施、服務設施、綠化環(huán)保設施等不同資產類別的全要素三維模型數(shù)據(jù)庫，為實現(xiàn)所有公路資產管理系統(tǒng)做好數(shù)據(jù)準備。

3 公路資產管理系統(tǒng)建設

通過基于GIS+BIM的三維數(shù)字化公路資產動態(tài)管理系統(tǒng)，能夠實時全面地掌握公路資產的整體情況。系統(tǒng)將公路沿線實景模型與資產單體數(shù)據(jù)融入3D-GIS建立的地理環(huán)境中，形成局部設施與宏觀環(huán)境的融合展示，以“高精三維底圖+多類型三維模型+管理信息”的全數(shù)字可視化模式，促進公路資產全生命周期的信息化、精細化管理，提高管理效率。

3.1 公路資產三維可視化

在三維場景中任意點擊單體化模型查看公路資產詳細信息功能，支持無縫切換。根據(jù)公路路線、路段/橋/隧道/涵洞/交通安全設施等劃分標準，建立公路資產樹形結構分布列表，支持快速切換到指定資產的視點瀏覽，并查看公路三維模型與資產管理信息，如圖2所示。

圖2 公路資產三維可視化

用戶不僅可以直觀瀏覽公路路線的整體情況，也可以利用單體化模型展示路基、路面、橋涵、隧道、交通安全設施、管理設施、服務設施及綠化環(huán)保設施等局部信息，還能夠進一步將二三維數(shù)據(jù)與監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)關聯(lián)，聯(lián)動顯示路面交通的實時監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)。

3.2 公路資產信息查詢

系統(tǒng)提供在線查詢檢索功能。支持關鍵字搜索公路資產基礎設施相關信息，查詢結果提供視點列表，方便用戶對目標資產進行精準定位。通過搜索獲取并在三維場景中直觀展示公路資產的基本信息、財務信息、使用信息，包括資產名稱、資產分類、公路編碼、公路技術等級、資產原值(元)、資產凈值(元)、使用狀況、管理部門、管護單位等[4-5]。

系統(tǒng)提供按公路資產類別查詢，提供路線、路段、橋梁、涵洞、隧道、渡口、交通安全設施、管理設施、服務設施、綠化環(huán)保設施等不同資產類型搜索功能，使得查詢結果范圍縮小化，方便用戶快速搜索特定類別的目標資產(見圖3)。

圖3 公路資產信息查詢

3.3 公路資產綜合統(tǒng)計

以覆蓋整個公路網(wǎng)的“時間-空間”管理數(shù)據(jù)為基礎，用柱狀圖等形式分類、分等級統(tǒng)計公路路線、路段、各類構筑物及沿線基礎設施的數(shù)量、長度、資產原值、資產凈值等信息，如圖4所示。

圖4 公路資產統(tǒng)計

集成公路路面、橋梁、隧道及基礎設施等各類公路資產的基本信息、財務信息、使用信息，以表格形式匯總全部公路資產的相關管理信息，形成公路公共基礎設施資產臺賬。

4 應用展望

公路資產管理工作包括很多，后續(xù)可擴展的功能模塊有公路資產清查與更新、路段交通三維仿真模擬、公路日常養(yǎng)護管理等。

4.1 公路資產清查與更新

基于公路資產三維模型，摸清本地區(qū)存量公路的實物量明細、價值量明細等情況，生成并存檔每年的公路公共基礎設施資產清查盤點表。

公路資產因國家政策原因、改擴建、劃轉、報廢報損、價值變化等發(fā)生信息變更時，將新建、改建或擴建道路、構筑物及沿線設施等的三維模型、管理信息與現(xiàn)有場景進行匹配、替換、修補、融合等一系列工作后，建立公路資產全生命周期的動態(tài)信息管理機制。

4.2 路段交通三維仿真模擬

基于高精度三維虛擬空間與公路現(xiàn)場實景的高度匹配，集成外部視頻監(jiān)控系統(tǒng)的交通流數(shù)據(jù)，實現(xiàn)路段車輛流量、速度、密度等交通仿真模擬。該功能用于預測路段承受的最大交通量以及節(jié)假日等高峰時段的交通擁堵情況，為公路管理決策、交通趨勢分析、公路路段仿真推演等提供可靠的技術支撐。