GIS路面管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

蓋玉杰 石永興

（1、東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040 2、黑龍江省地質(zhì)測(cè)繪院，黑龍江 哈爾濱150030）

前言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和公路交通事業(yè)的發(fā)展，交通量的迅猛增加，公路網(wǎng)的逐步完善，公路管理部門(mén)面臨的主要任務(wù)將從建設(shè)公路網(wǎng)轉(zhuǎn)向養(yǎng)護(hù)、改建、維護(hù)和改善現(xiàn)有公路網(wǎng)上，但是目前公路的管理水平還相對(duì)落后，許多工作還在使用傳統(tǒng)的手工管理，收集處理信息數(shù)據(jù)工作量非常大，耗費(fèi)時(shí)間也非常長(zhǎng)。因而必須把提高公路的現(xiàn)代化養(yǎng)護(hù)管理水平提到日程上來(lái)。要想改變傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的不足，就必須借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)改進(jìn)公路管理，實(shí)現(xiàn)公路管理的現(xiàn)代化、信息化和可視化。

1 路面管理系統(tǒng)

一個(gè)有效的路面管理系統(tǒng)（Pavement Management System，PMS）應(yīng)包含三個(gè)基本部分[1]：①路面使用性能評(píng)價(jià)；②路面性能預(yù)測(cè)；③養(yǎng)護(hù)方案優(yōu)化決策。其中：路面使用性能評(píng)價(jià)是其它兩部分的基礎(chǔ)，只有客觀準(zhǔn)確地對(duì)路面使用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，才能正確認(rèn)識(shí)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(duì)策。

因此，本系統(tǒng)主要是以武大吉奧之星（Geostar軟件）為基礎(chǔ)平臺(tái)，運(yùn)用地理信息技術(shù)（GIS）和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)（VF9.0），開(kāi)發(fā)建立數(shù)據(jù)庫(kù)和路面使用性能評(píng)價(jià)模型，形成路面管理系統(tǒng)。

建立數(shù)據(jù)庫(kù)。在路面管理系統(tǒng)中，用來(lái)描述各種事物和現(xiàn)象的是數(shù)據(jù)。主要分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)兩大類(lèi)。

屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。屬性數(shù)據(jù)是對(duì)空間對(duì)象的具體描述，如某一公路的路寬、路名、路面材料等，它表達(dá)的是公路屬性的值。按其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的性質(zhì)分為靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)兩類(lèi)[2]。

（1）靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)：它是指所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保持相對(duì)穩(wěn)定，一次采集和輸入后，除特殊情況外基本保持不變。主要包括：路線編碼、政區(qū)編碼、區(qū)間編碼、路段編碼等。

（2）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)：它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)變化的，它必須根據(jù)路況的變化而定期地更新數(shù)據(jù)。主要包括路面病害、平整度、彎沉等數(shù)據(jù)。① 路面病害數(shù)據(jù)庫(kù)：以路段為單位記錄各個(gè)路段的路面破損情況，破損分類(lèi)和破損程度按照相關(guān)分類(lèi)執(zhí)行；② 路面平整度數(shù)據(jù)庫(kù)：以路段為單位記錄各個(gè)路段平整度的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)及根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出的累計(jì)路面平整度BI，國(guó)際平整度指數(shù)IRI等數(shù)據(jù)；③ 路面彎沉數(shù)據(jù)庫(kù)：以路段為單位記錄各個(gè)路段彎沉的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)及根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出的平均彎沉、方差及代表彎沉等數(shù)據(jù)；④ 處治歷史數(shù)據(jù)庫(kù)：以路段為單位記錄各個(gè)路段的修建及治理數(shù)據(jù)；⑤ 宏觀數(shù)據(jù)庫(kù)：以年度為單位記錄本省或本地區(qū)各個(gè)年度的宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)及公路里程數(shù)據(jù)；⑥ 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)：主要包括各個(gè)路段的原始實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和利用原始數(shù)據(jù)計(jì)算出的各種評(píng)價(jià)指數(shù)（PCI、IRI、RQI、SSI等）兩個(gè)層次。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)。空間數(shù)據(jù)是用來(lái)確定圖形的位置，即反映空間坐標(biāo)位置的數(shù)據(jù)。主要包括描述空間位置和拓?fù)潢P(guān)系兩方面的數(shù)據(jù)[3]。

（1）空間位置：即在某個(gè)已知坐標(biāo)系中的位置。主要用于標(biāo)識(shí)地理實(shí)體在地球表面或包含某個(gè)區(qū)域的地圖的空間位置，目前存在于眾多坐標(biāo)系中，最常用的有經(jīng)緯度、平面直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)等。

（2）拓?fù)潢P(guān)系：即實(shí)體間的空間相關(guān)性。拓?fù)洌且环N確定空間特征及其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)方法，即點(diǎn)、線、面、網(wǎng)等實(shí)體之間的空間聯(lián)系，包括多邊形面積、弧段的連通性、弧段的方向、弧段的長(zhǎng)度和多邊形的鄰接性等。空間拓?fù)潢P(guān)系對(duì)于地理空間數(shù)據(jù)的編碼、錄入、存儲(chǔ)、管理、查詢(xún)和模型分析都有重要的意義，是地理信息系統(tǒng)中空間分析的基礎(chǔ)和特色。

屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的連接。空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)系可以通過(guò)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字如路線代碼相關(guān)聯(lián)，但同一路段有多重屬性，同一種屬性在路段上也不盡相同，無(wú)法直接將屬性表示的路段反映到圖上，數(shù)字化過(guò)程中無(wú)法確定屬性表的分段，為了使空間數(shù)據(jù)不出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，必須實(shí)現(xiàn)大地坐標(biāo)與里程樁定位相互轉(zhuǎn)換，應(yīng)用動(dòng)態(tài)分段技術(shù)，實(shí)現(xiàn)圖形與屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢(xún)和圖文顯示功能。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 開(kāi)始界面與身份驗(yàn)證界面

當(dāng)軟件運(yùn)行后首先出現(xiàn)開(kāi)始界面，如圖1所示，鼠標(biāo)單擊按鈕選擇進(jìn)入或退出系統(tǒng)。單擊進(jìn)入按鈕之后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出身份驗(yàn)證窗口，如圖2所示。只有當(dāng)輸入的登錄密碼正確時(shí)，才允許進(jìn)入系統(tǒng)主菜單。

圖1 開(kāi)始界面

圖2 身份驗(yàn)證界面

圖3 系統(tǒng)主菜單

2.2 系統(tǒng)主菜單和功能

這一模塊的主要功能是作為系統(tǒng)主界面，為選擇進(jìn)入本系統(tǒng)不同功能子菜單提供自動(dòng)鏈接，方便用戶(hù)選擇使用。系統(tǒng)主菜單共包括文件、編碼數(shù)據(jù)、基本數(shù)據(jù)、路況評(píng)價(jià)、幫助和退出系統(tǒng)六項(xiàng)子菜單，如圖3和圖4所示。

2.3 系統(tǒng)子菜單和功能

在本系統(tǒng)中，每個(gè)表單均采用統(tǒng)一的操作控制，主要包括兩種屏幕格式：①錄入窗口和②瀏覽窗口。錄入窗口用來(lái)逐條顯示數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行添加、編輯、刪除、查詢(xún)、打印數(shù)據(jù)等，修改后數(shù)據(jù)可自由選擇是還原還是保存；瀏覽窗口則可以完成對(duì)數(shù)據(jù)的瀏覽，也可進(jìn)行添加、編輯、刪除、打印輸出數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)為便于用戶(hù)進(jìn)行查詢(xún)，系統(tǒng)采用了下拉組合框，用戶(hù)可以任意選擇自己所需要的數(shù)據(jù)項(xiàng)，系統(tǒng)即會(huì)顯示所有相關(guān)的信息，加快查詢(xún)的效率，增大了查詢(xún)的自動(dòng)性。

2.4 路況評(píng)價(jià)系統(tǒng)子菜單和功能

“路況評(píng)價(jià)”子菜單中包含“路況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”、“路況評(píng)價(jià)指標(biāo)”和“路況評(píng)價(jià)結(jié)果”三個(gè)子菜單，如圖 4（c）。

（1）在“路況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”中，確定出本系統(tǒng)的路況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，具體如表1所示。

（2）在“路況評(píng)價(jià)指標(biāo)”中，建立了“路況評(píng)價(jià)指數(shù)PCI”、“路面舒適性指數(shù)PRQI”、“路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI”、“路面車(chē)轍評(píng)價(jià)指數(shù)RDI”、“路面結(jié)構(gòu)環(huán)境評(píng)價(jià)指數(shù)PEI”、“路面抗滑性能指數(shù)PSFC”和“綜合性能指數(shù)PQI”七個(gè)評(píng)價(jià)模型。

以“綜合性能指數(shù)PQI”為例，在錄入窗口中由“路況評(píng)價(jià)指數(shù)PCI”、“路面舒適性指數(shù)PRQI”、“路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI”、“路面抗滑性能指數(shù)PSFC”、“路面車(chē)轍評(píng)價(jià)指數(shù)RDI”和“路面結(jié)構(gòu)環(huán)境評(píng)價(jià)指數(shù)PEI”表單自動(dòng)計(jì)算出的每一 路 段 的 PCI、PRQI、PSSI、PSFC、RDI 和 PEI值，系統(tǒng)可以自動(dòng)將對(duì)應(yīng)路段的這些指標(biāo)顯示在“綜合性能指數(shù)PQI”的錄入窗口和瀏覽窗口中；之后系統(tǒng)就可以根據(jù)所在路段的公路技術(shù)等級(jí)自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的PQI的數(shù)學(xué)表達(dá)式，自動(dòng)計(jì)算出PQI值，具體計(jì)算見(jiàn)式（2）或（3），并可自動(dòng)判斷其路況等級(jí)，方便用戶(hù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)方案分析評(píng)定；當(dāng)在“綜合性能指數(shù)PQI”窗口中刪除某一路段記錄時(shí)，其他相關(guān)窗口也會(huì)自動(dòng)刪除相應(yīng)的記錄。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)路面養(yǎng)護(hù)管理的實(shí)際情況，開(kāi)展了利用數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言（VFP9.0）建立路面管理系統(tǒng)的研究。所建系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，使用方便，適用于各級(jí)公路管理單位；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間大，計(jì)算速度快，可查詢(xún)各種路況信息，為公路養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)人員及研究人員提供了一個(gè)便捷的信息平臺(tái)，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1]潘玉利.路面管理系統(tǒng)原理.北京：人民交通出版社，1998

[2]李 偉.建立公路瀝青路面管理數(shù)據(jù)庫(kù)的研究.東北林業(yè)大學(xué)道路與鐵道工程碩士論文，2006.3

[3]李 偉.程培峰等.GIS在路面管理方面應(yīng)用的研究.森林工程，2006.1（1）