基于GIS的公路數據管理系統探討

諸葛祥督

摘 要：基于GIS的公路數據管理系統是有效進行公路數據管理與傳遞的重要手段。系統采取空間數據與屬性數據相結合的結構設計，遵循先進性、實用性、可靠性和通用便捷性的基本原則，采取一定的體系結構，實現公路數據管理的采集輸入、編輯處理、存儲管理、統計分析、輸出等，以更好服務國民經濟發(fā)展、人民群眾的通行。

關鍵詞：GIS 公路 數據管理

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）6（a）-0150-02

近年來，我國公路交通運輸飛速發(fā)展，根據2015年交通運輸行業(yè)發(fā)展統計公報，2015年末全國公路總里程457.73萬km，公路養(yǎng)護里程446.56萬km。公路的里程和等級不斷提高，公路設施不斷完善，落后的公路管理了水平與飛速發(fā)展的公路通行需要之間的矛盾日益加劇，為提高公路的管理效率，充分發(fā)揮公路的效益，亟需進行有效的公路數據管理。基于GIS的公路數據管理系統既能形象、準確的反應實際情況，便于查詢與統計，又能提高公路管理的決策、計劃、控制和協調能力，從而實現公路“暢、安、舒、美”的通行目標。

1 目前公路數據管理存在的問題

1.1 方式落后

就筆者工作的縣級公路管理部門來說，目前我們的數據管理主要還是依靠Excel、Word文檔工具這種很基本的方式，雖然也有一套公路基礎數據管理系統，但是在易用性、實用性、全面性、直觀性方面存在很大欠缺，造成在數據統計、檢索等方面存在效率低下、準確度不高等問題。

1.2 重復工作

國家根據公路發(fā)展規(guī)劃的需要，由于建設、改建等原因，每隔幾年會對公路編號、樁號傳遞等進行修改、修正，這就要求公路管理部門對公路路基路面隨樁號變化情況及標志、標線、綠化、安保設施等一系列沿線附屬設施進行重新調查登記，工作量巨大、效率低。

1.3 資料數據連續(xù)性差

一是公路的立項、勘察、設計、建設、養(yǎng)護等各階段的工作一般由不同機構組織實施，各階段的資料數據保存分散；二是在公路漫長的養(yǎng)護階段，工作人員的變動易造成歷史數據的丟失。

1.4 數據傳遞一致性差

由于工作需要，在向上下級管理部門報送、傳達公路數據時，僅靠基本的文檔輔助工具進行整理時，極易出錯，造成省、市、縣、站等各級部門數據存在偏差、不一致情況。

2 GIS的基本功能與特點

地理信息系統（GIS）是在計算機軟硬件系統支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。基本功能有：數據輸入；數據的存貯、編輯和數據庫管理；數據的運算、查詢、檢索和分析；信息應用；數據輸出和顯示；數據更新。

傳統的數據管理系統一般使用文本數據來表示信息及其之間的關系，形式呆板，而且可能將一些重要的信息隱藏在文字背后。但是公路是三維空間實體，對于這種具有顯著的空間特征，與地理位置密切相關的數據來說，僅用文本形式來表達信息是遠遠不夠的，不僅不足以表達具體的地理位置關系而且還可能使一些重要信息因表達不清而給使用者造成理解上的錯誤。這就需要借助地圖來解決，而地理信息系統（GIS）更具有區(qū)別于一般地圖的特點，能為用戶建立更直觀、快捷的地圖式數據庫。

2.1 地圖上有兩類信息

一是描述地理特征的位置、形狀及其空間關系的空間信息，二是關于地理特征的描述信息。GIS可將兩類信息連接起來并能維護和管理地圖特征之間的空間聯系。

2.2 拓撲結構

一般的地圖我們可以直接看出地理特征的空間關系，在數字化地圖上空間聯系稱為拓撲。拓撲關系由計算機自動生成，應用拓撲關系數據存儲更有效，GIS系統可以借助計算機更快地處理大量的數據。

2.3 組織地圖信息

GIS一般將地圖按照空間和屬性邏輯地組織為數據層。使用者可只將需要的數據層打開查看相關信息。

2.4 信息源輸入的數字化和標準化

為對來自系統外部的多種來源、多種形式的原始信息由外部格式轉換成便于計算機進行分析處理的內部格式，必須對這些原始信息予以數字化和標準化。即對不同精度、不同比例尺、不同投影坐標系統且形式多類的外部信息運用數字化設施依統一的坐標系和統一的記錄格式進行模式轉換、坐標轉換等，形成數據文件，存入數據庫內。

2.5 多維數據結構

由于地理信息不僅包括所研究對象的空間位置，也包括其實體特征的屬性描述，同時還有明顯的時序特征。因此，地理信息系統的空間數據組織形式應是一個由空間數據（三維空間坐標及其拓樸關系）、屬性數據及時態(tài)數據所組成的多維數據結構。

2.6 具有空間查詢及分析特點

通過GIS系統可以完成符合特定屬性約束條件和空間約束條件的地理對象的查詢，主要包括路線查詢、屬性查詢、路線與屬性互查、定位等。分析主要是對空間數據的分析，可以實現包括空間查詢與量算，緩沖區(qū)分析、疊加分析、路徑分析、空間插值、統計分類分析等，用以解決使用者的實際問題，比如路況質量、交通情況、公路適應性等。

3 GIS公路數據管理系統的設計與實現

3.1 公路數據管理系統的設計的原則

公路數據管理系統是為了提高公路管理效率，改善公路的通行狀況，將公路信息數字化，為公路運行管理提供動態(tài)、實時的數據基礎。建立基于GIS的公路數據管理系統需要遵循的基本原則有：（1）先進性，公路數據管理系統的設計要充分考慮技術的發(fā)展和公路的發(fā)展，采取先進的技術保證數據管理系統不僅滿足當前公路系統要求，而且要滿足未來一定時期內的公路管理要求，嚴格遵循技術的先進性；（2）實用性，公路數據管理系統與每一位公路管理人員和通行人員切實相關，系統的設計要在詳細的用戶需求分析的基礎進行，充分驗證方案的可行性，確保建成的公路數據管理系統具有實用性；（3）可靠性，公路數據管理系統的可靠性是公路正常運行的基本保證，是公路安全性的前提條件；（4）通用便捷性，公路數據管理系統的通用便捷性有利于管理人員熟練掌握系統，提高工作效率。

3.2 公路數據管理系統的實現功能

公路數據管理系統的主要功能是完成各系統模塊的功能，主要包括以下幾點。

3.2.1 數據的采集與輸入

主要包含公路的空間數據、屬性數據及路況數據。空間數據可以通過手持采集設備，對公路的橋梁、涵洞、隧道、監(jiān)控設施等點數據及路線、護欄、標線等線數據進行采集；路基路面結構、橋涵隧屬性、路線名稱、編號、起止點樁號、點樁號以及通車時間、設計、建設、養(yǎng)護單位信息等屬性數據可以通過現場調查采集或者根據原有數據進行錄入以減少工作量；路面病害、抗滑、平整度等路況數據可以通過自動化采集車或者手持采集設備進行采集。

3.2.2 數據編輯與處理功能

主要包括公路線形編輯、附屬設施及路產模型編輯和屬性編輯。由于數據采集過程中的各種隨機因素，可能造成線形出現折線、重復等情況，需進行整飾、拼接、變換等操作。另外系統要能對數據的邏輯性、誤差進行校驗以保證數據的準確性，還要能靈活的對數據進行修、改、刪等操作，并同時修改與其他數據的對應關系。屬性編輯主要與數據庫管理結合在一起完成。

3.2.3 數據的存儲與管理

數據的有效組織與管理，是GIS系統應用成功與否的關鍵。主要提供點、線、面等空間數據與屬性數據的存儲、查詢、檢索、修改和更新的能力以及空間與屬性數據的連接。目前廣泛使用的GIS軟件大多數采用空間分區(qū)、專題分層的數據組織方法，用GIS管理空間數據，用關系數據庫管理屬性數據。

3.2.4 數據的統計和分析

系統要有圖表表現方式、圖形表現方式和統計圖表現方式等多種數據表達方式，特別對于《公路養(yǎng)護統計報表制度》、公路技術狀況評定中的固定表式和公路管理中的常見表式要有很好的支持和兼容。還應提供范圍圖、直方圖、餅圖、等級符號圖、點密度圖、獨立值圖和格網圖等一些分析表現方式，形象直觀地對用戶數據庫中所選擇的屬性、專題進行統計分析。

3.2.5 可視化表達與輸出

可視化表達是GIS的重要功能之一。對公路、附屬設施及路產比如路沿石、綠化、護欄等要建立模型使之能夠更形象直觀的展現和輸出，還要根據公路技術狀況評定信息對優(yōu)、良、中、次、差不同使用性能的路段用不同顏色表現出來，用以更好制定下步養(yǎng)護工作的決策。系統要能按使用者的不同要求來選擇顯示的對象與形式，對于圖形數據，根據數據和屬性的信息密集程度，可選擇放大或縮小顯示。GIS不僅可以輸出全要素地圖，也可以根據用戶需要，分層輸出各種專題圖、各類統計圖、圖標、報表及數據等。

3.2.6 系統良好的兼容和可擴展性

在應用中，考慮系統成功后進一步發(fā)展，要有良好的兼容和可擴展性。包括功能性擴展，比如與OA系統、路政管理系統及其它應用系統的銜接與整合，數據的一體化管理；表現形式的提升，比如實景地圖等；數據的社會化共享，比如公路交通擁堵情況等。

4 結語

基于GIS的公路數據管理系統的應用能為各級公路管理部門提供一個共同的平臺，通過該系統實現數據共享，高效協同工作，能提高公路在決策、計劃、使用、養(yǎng)護等方面的效率，增強應對突發(fā)事件的能力，使公路運輸能力和服務質量進一步提高，充分發(fā)揮公路交通在國民經濟發(fā)展中的作用。