GIS在交通工程信息化資源管理中的應用與探討

游楠

【摘要】隨著人類社會的不斷進步，對高速公路信息化程度的要求不斷提高，其中高速公路交通工程信息化資源管理趨于可視化和高效化。本文研究GIS技術在高速公路交通工程資源管理中的應用，利用Gls可視化技術，充分發揮其在空間分析等方面的優勢，從而達到交通工程資源管理的可視化、資源使用效率高效化的目的。文章對GIS應用系統結構、功能設計和數據組織方法進行了研究，并提出了一個交通工程資源管理系統的解決方案。

【關鍵詞】高速公路 交通工程信息化資源管理 地理信息系統 可視化平臺

【中圖分類號】TP311.52 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0196-02

1、引言

近年來，隨著我國國民經濟的快速發展，高速公路建設規模日益擴大，里程和等級不斷提高，對高速公路管理也提出了更高要求。但是與經濟快速發展不匹配的是目前我國的高速公路管理水平還相對落后，這勢必造成高速公路的低效運行，不能很好地滿足國民經濟和社會發展的需求。因此，研發適合我國高速公路管理實際情況的信息管理技術，實現管理工作的現代化、網絡化、信息化，已成為高速公路管理者和有關專家關注的焦點。

目前高速公路交通工程資源種類眾多，交通工程資源是高速公路提供高質量服務的基礎，建立資源管理系統，提高高速公路現有交通工程資源管理水平和使用效率，是實現高速公路管理企業信息化的關鍵。由于高速公路三大系統資源普遍具有空間分布的特征，傳統信息化方法無法有效地針對這一特征提出解決方案，因此采用地理信息系統（Geographic Information System；GIS）技術構建可以有效管理資源空間分布信息的可視化高速公路交通工程資源管理系統將成為路公司管理系統發展的方向。

2、GIS在交通工程信息化資源管理系統中的應用

GIS是由信息演繹而來，是以地理坐標為骨干的信息系統，是對以采集、存儲、管理、分析與空間、地理位置有關的信息系統的統稱。其通過利用數據的空間屬性，實現了圖形與數據的結合。用戶可以在地圖界面上直接對空間對象進行查詢和分析。它以數據可視化、思維可視化的形式，提供了一種新的決策支持方式，使管理者對各方面進行的研究不再是孤立的，而將自己置身于自然和社會環境當中，直觀地掌握全面情況，從而大大提高管理的現代化水平，為實現信息化管理提供更好的手段。

采用GIS技術構建交通工程資源可視化管理系統可以高效直觀地管理高速公路交通工程資源特別是三大系統資源（通訊、監控、收費系統），提高交通工程資源管理水平；提高交通規劃、建設效率；提高工程建設質量；提高現有資源使用效率，合理利用資源，減少重復投資。

構建交通工程資源可視化管理系統先要建立包含空間信息和高速公路工程資源專有屬性信息的綜合數據中心以及以GIS為基礎的可視化管理平臺，在兩者的基礎上根據聯網中心、路公司管理需求形成交通工程資源管理的解決方案。

2.1 建立包含空間信息和高速公路工程資源專有屬性信息的綜合數據中心

建立綜合數據中心就要考慮先對空間信息和高速公路工程資源專有屬性信息數據進行組織分類。在GIS系統中的信息可以組織到專題圖層中。每個圖層有一個主題，同時包含空間數據和屬性數據，圖層中每個特征點都可以通過坐標和屬性來確定和描述。根據我國高速公路交通工程資源管理的特點可將工程資源信息及數據信息分為基本信息圖層、公路工程資源圖層及虛擬圖層三類：

（1）基本信息圖層包含：提供城鎮，國道，省道，河流等一些基本的地理信息的背景圖層、高速公路圖層和立交橋圖層。這部分數據利用現有的GIS資源（如公路局制作的全省公路電子地圖）獲得；

（2）公路工程資源圖層包含：記錄管道、桿路、路肩手孔、人井、工具等資源的管道桿路資源圖層、纜線圖層、電話圖層、通信電源設備圖層、記錄高速公路通信站（指收費站，服務區，通信中心等）端的接入網設備的站端接入設備層、收費站圖層以及其它如可變情報板、監控攝像機、車道稱重、車牌識別相關設備的圖層。這部分是我們數據整理工作的重點，需要我們通過對現有工程圖紙、工程量清單等資料的整理和分析以及有關手段來獲得；

（3）虛擬圖層包含：按照用戶定制的方式顯示一些設備相關屬性值，動態描述分布狀況的數據圖層和根據預先設定的規則顯示設備的運行狀態，提供系統預警功能的狀態圖層。這些數據則要通過動態采集及運算獲得。

組織到專題圖層中的信息數據要建立相應的數據結構，其關鍵在于資源信息庫的數據結構分析設計以及空間數據庫和專題數據庫的統一，由于高速公路資源數據庫與一般的管理信息系統數據庫相比具有自己的特性，公路資源及資源狀況屬性數據在空間和時間上沿線路動態隨機分布并且與其地理位置和地理環境密切相關，因此高速公路資源數據庫應是包含描述空間位置及其拓撲關系的空間數據庫。而且根據目前國內高速公路管理的特點，采用的是里程樁與地理坐標定位相結合的線性參照系統，并建立大地坐標系與里程樁系統的對應關系。根據以上特l生分析，基于GIS的高速公路資源數據庫的建立關鍵是實現大地坐標與里程樁系統的相互轉換、建立空間數據與屬性數據的對應關系和采用動態分段技術。對此我們可以將高速公路資源數據庫實體劃分為基準系、高速公路資源、地理背景三個實體集。通過這一概念模型，我們可以有機地結合兩種技術手段，構建基于空間數據庫和專題數據庫的資源管理平臺。

2.2 搭建以GIS為基礎的可視化管理平臺

在綜合高速公路交通工程資源及基礎信息的配置管理基礎上，以GIS平臺為手段，構建可視的工作平臺。該平臺的總體架構如圖1所示。

該平臺將具有分層數據管理功能，可以通過地理信息技術對基礎信息和專業信息進行分層管理和維護，并用不同的符號分層顯示。對專題數據和圖形可以靈活地進行編輯、更新、備份、恢復等操作，同時改變與后臺數據庫的對應關系。對于一些可監控資源.例如攝像機、可變情報板、車輛檢測儀等，可以監控其運行狀態，并提供預警和警報等功能。

平臺提供查詢工具用戶可對各個路段進行信息查詢，可查詢所有基礎特征和專業特征的屬性信息，可按用戶所確定的屬性名稱進行定位，即可以將用戶指定的地理特征以顯著方式顯示。平臺提供多種數據表達方式、數據表的瀏覽方式、地圖表現方式和統計圖的方式，其中統計圖的式樣、顏色、線形、文字均有多種選擇。系統還提供直方圖、餅圖等多種專題圖，形象直觀地對用戶數據庫中所選擇的字段進行分析。根據用戶要求可以輸出高速公路路段狀況圖等圖件，可輸出各種屬性的報表，打印查詢結果，還可以將地圖與多種專題圖、統計圖表、瀏覽表、圖例、查詢信息等組織在一起打印。同時平臺可以與其他CAD，CAM軟件系統實現不同系統間所用數據文件的交換，從而達到數據共享目的。平臺保留二次開發的可擴展接口，系統將具有非常高的可擴展性及可塑性。

2.3 形成交通工程資源管理的實用解決方案

在建立了綜合數據中心以及以GIS為基礎的可視化管理平臺的基礎上考慮到聯網中心、路公司作為不同的使用者的管理需求。路公司需要管理并維護所屬高速公路的所有工程資源；聯網收費中心需要管理并維護聯網中心的線路設備資源并根據權限查看路網中各路公司的資源狀況。由此針對整個路網本文提出如下交通工程資源管理的解決方案：

（1）對于高速公路工程資源管理系統這樣一個帶有廣域分布特征的系統，為了減少安裝調試的復雜性、提高系統的可維護性，從總體上采用Browsers/ThinClient+WEB/Application Server+DBMS三層（或多層）結構，（BWD）是適合而且可行的系統架構選型。其中對于用戶透明的業務邏輯層可以使用目前的中間件技術完成業務邏輯的定義、修改，對于今后的系統升級提供了有力的技術支持。

系統主要采用B/S結構完成系統的大部分查詢、分析、報表、監控等應用功能，使用ThinClient完成安全度要求比較高的內部數據管理功能。這樣各管理處、服務區都可以很方便的部署本系統而不需要做任何額外的網絡、信息系統建設。

這種結構另外一個重要優點是部署的靈活性。因為采用Web方式，只要有Internet連接就可以登錄系統。

（2）對于整個路網各路公司內部獨立使用可視化系統管理所屬交通工程資源。即聯網中心的應用服務器直接管理內部資源；聯網中心的應用服務器將本中心數據庫不存在的資源的查詢指令分解到各路公司的系統服務器上，得到結果集后將其合并返回。通過這樣的虛擬查詢機制，對于聯網中心使用者來說，這些都是透明的，對所有路公司的開放資源都可以像本地資料一樣直接訪問如圖2所示。

（3）對于路公司可以通過可視化系統監控、管理所屬高速公路的所有交通工程資源。路公司管理者可以通過電腦終端或PDA（手持式計算機）、手機等移動設備登陸系統服務器。對于可監控的公路工程資源，信號采集/控制計算機按照預設的輪詢時間頻率對設備的信號進行采集，并根據采集的結果判斷此設備資源的狀態，是正常運行還是黃色預警還是紅色警報并將信息數據提供給可視化平臺服務器，如圖3所示。

（4）采用GIS（地理信息系統）技術構建的可視化高速公路交通工程資源管理系統包括系統設置、資源管理、綜合查詢、設備監控、數據接口五個功能模塊，其功能架構如圖4。使用者可以通過平臺實現對平臺的系統管理設置，對基礎空間資源和設備資源進行添加與編輯，對資源對象查詢、編輯、監控。同時平臺提供二次開發的可擴展接口并預留未來與GPS等系統的接口。允許對資源對象屬性進行自定義。提供資源對象二次開發接口，按此接口可實現對象動態裝卸功能。系統可按照XML標準導出資源對象屬性；可導人流行的GIS空間數據及CAD、CAM軟件所用數據文件，實現不同系統間的數據交換。

3、結束語

作為一門新興的學科，GIS在交通工程管理中有著廣泛的應用。本文研究了GIS技術在高速公路交通工程信息化資源管理中的應用，通過GIS的專題圖層分類實現了包含空間信息和高速公路工程資源專有屬性信息的綜合數據中心，以GIS為基礎建立可視化管理平臺，從而實現高速公路交通工程資源的可視化管理，并以上述工作為基礎提出了一種交通工程信息化資源管理的解決方案。隨著GIS及其周邊技術的日益成熟，越來越多的業內人士開始接受并運用這一先進的、科學的研究手段，隨著交通運輸業不斷向信息化、智能化發展，相信在不久的未來，GIS技術將會成為交通運輸領域的一項重要支撐技術。