基于三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺設計研究

李宇軒

摘要 文章首先闡述了三維GIS的特點，然后結合工程實例，具體分析了基于三維GIS技術的公路資產養護數據展示平臺主要功能架構設計與實現方法，最后對該平臺的應用前景進行了展望。平臺通過引入三維模型集成多源數據，全方位、多維度展示公路基礎設施的運營狀態，提升公路養護數據的可訪問性和查詢效率，為養護數據分析及決策提供支持，從而進一步提高公路資產管理的智能化和數字化水平。

關鍵詞 GIS技術；公路資產；公路養護；三維模型；養護數字化；數字孿生技術

中圖分類號 U418文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0013-03

0 引言

目前，公路養護管理存在數據孤島和信息展示不統一的問題，現有的系統通常只針對特定項目進行開發，缺乏集中、直觀的平臺統一展示和分析養護數據。隨著數字化和智能化技術的發展，三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺的設計變得尤為重要，不僅能整合不同來源的養護數據，還能通過先進的三維可視化技術提供更加直觀、清晰的數據展示，從而幫助管理者更有效地進行決策和管理[1]。此外，這種集成了數字孿生技術的平臺還能提高養護數據的利用效率，優化公路資產管理流程，同時，對公路基礎設施的維護和管理提供強有力的技術支持。

1 三維GIS的特點

三維GIS在二維GIS的基礎上，增加了對地球表面的第三維度，即高度或深度。相比于二維GIS，三維GIS能夠更好地分析和處理地理空間數據，使用準確的三維地理模型可以幫助使用者更好地理解地理空間數據，進行可視化分析。三維GIS在數據處理和分析中具有以下特點：

1.1 多維度信息展示

采用三維GIS技術，可以清晰地顯示公路的地形、地貌，同時，三維GIS地圖能夠展示公路的多個維度信息，包括公路的位置、走向、寬度、高度、坡度、曲度等，使得使用者可以更全面地了解公路的情況[2]。

1.2 空間關系模擬

利用三維GIS技術，可以對公路周圍的地形、地貌、江河等進行模擬，以幫助使用者更好地了解和評估公路建設和運營情況。

1.3 多維度空間分析

三維GIS還具有強大的多維度空間分析功能。這是其特有的功能，能夠對空間對象進行三維空間分析和操作[3]。

1.4 良好的擴展和更新性

三維GIS地圖具有良好的擴展和更新性能，可與各類系統進行集成，例如養護管理系統、交通管理系統、健康監測系統、應急指揮系統等，以實現數據的共享和交換。同時，實時更新數據便于使用者及時了解最新的信息。

2 三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺構架與實現

2.1 工程概況

固原地區高速養護項目部管養高速公路共5條，管養總里程456.543 km，其中，主線里程406.436 km，匝道及連接線總里程為50.107 km。橋梁673座，其中，特大橋4座、大橋192座、中橋176座、小橋301座。隧道共計14座，其中，特長隧道1座、長隧道3座、中隧道6座、短隧道4座。全線橋隧比為24.7%。

該養護項目部已建立多套養護相關系統，但缺乏養護大數據統計展示平臺，當前需整合并充分利用各系統業務數據，匯聚數據感知、采集、分析、決策等關鍵信息，并充分結合三維模型等數字孿生融合技術，建立公路養護數據展示平臺的生態圈。鑒于此，為了提升項目部養護數字化水平及管理效率，需研究設計基于養護大數據驅動的三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺，通過該平臺實現養護數據資源整合，解決信息孤島問題，提升養護管理及公路運營效率。

2.2 平臺模塊組成

在三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺的構架中，核心部分包括數據采集模塊、數據處理模塊和數據展示模塊，這三個模塊相互協作，共同實現平臺的功能。

2.2.1 數據采集模塊

數據采集模塊的主要功能是從多樣化的數據源中收集關于公路資產及養護的相關信息，包括但不限于公路狀況監測系統、交通流量監控設備、結構安全監測設備等站點，提供道路病害狀況、交通量狀況、結構安全狀況等對道路有影響的關鍵信息，為道路養護提供了堅實的數據支撐。

2.2.2 數據處理模塊

數據處理模塊需對收集到的原始數據進行一系列復雜的處理過程。首先，進行數據清洗，識別并糾正數據集中的錯誤和不一致性，如去除重復記錄、校正錯誤數據和填補缺失值等。然后，將數據根據類型或屬性進行分組，以便于后續處理。最后，通過機器學習算法、數據挖掘技術和復雜的統計方法等數據分析工具進行深入分析。通過數據處理模塊處理好的數據更規范、有序，便于統計和展示。

2.2.3 數據展示模塊

數據展示模塊利用三維GIS技術將處理后的數據轉換成直觀且易于理解的“視覺格式”，包括三維地圖、交互式圖表和模擬場景等。三維地圖提供了地理特征的真實展示，幫助用戶更直觀了解公路資產的空間分布情況；交互式圖表，如柱狀圖、餅圖、折線圖和散點圖，允許用戶通過交互操作深入了解數據細節；模擬場景則能夠展現不同公路養護策略的潛在影響。此模塊的設計重點是使用戶能夠直觀、快速識別不同等級的公路技術狀況區域，進行深入的數據分析，并支持基于大數據的養護決策制定，有效提升了輔助決策的質量和速度[4]。

2.3 平臺主要功能實現

三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺，主要是統計和展示公路主要資產及養護業務相關信息。平臺針對公路基礎設施的特點，綜合BIM、三維GIS、三維模型等技術，研究公路圖像三維建模及模型融合技術。即在二維平面GIS地圖的基礎上通過一定技術手段融合、疊加三維模型。

平臺主要包括主題首頁及養護業務功能，主題首頁主要展示公路資產數據宏觀信息，包括路線、橋梁、隧道、邊坡地圖點位及各類統計圖表，同時，可根據搜索條件檢索相關信息。業務功能主要包括基礎數據、養護巡查、技術狀況、養護決策、養護維修、應急事件等業務功能數據的地圖可視化展示。

為了將各類公路設施及養護數據直觀、清晰、多維度展示，平臺采用了多樣化的數據展示方式，包括GIS地圖、柱形圖、折線圖、餅圖、矩陣圖、數據列表等。另外，平臺創新性地在GIS地圖的基礎上通過一定技術手段融合、疊加、輕量處理傾斜攝影三維模型，形成高精度的三維GIS實景地圖，能反映地物周邊真實情況，還原基礎設施表面紋理，實現公路設施病害清晰可見。

2.3.1 主題首頁

主要展示整個公路資產的重要信息，同時，展示道路、橋梁、隧道、邊坡地圖點位及統計圖表，如圖1所示。建立統一的數據展示標準的“智慧駕駛艙”，以統計圖表的形式生動、直觀地展示各類信息，解決系統間信息不流通、數據雜亂等問題。

2.3.2 基礎數據

展示路線及橋梁、隧道、邊坡、收費站、服務區地圖點位信息，同時，可查詢上述公路資產的詳細數據。以“養護一張圖”形式展示公路基礎設施主要資產的點位及詳細信息，資產分布情況一目了然，實現公路基礎設施地圖可視化顯示。

2.3.3 養護巡查

展示人工巡查、車載視頻巡查、無人機巡查記錄及對應的軌跡信息，同時，可查詢上述巡查記錄所關聯的病害信息，如圖2所示。直觀展示巡查路線、巡查狀態及關聯病害等信息，軌跡數據可視化存儲便于巡查責任劃分和出勤考核。

2.3.4 技術狀況

通過多種方式展示公路路面、橋梁、隧道的定期檢查評價結果信息，同時，可查詢上述設施各單元、部件或構件詳細評價結果信息，如圖3所示。地圖上直觀展示不同技術狀況等級的評定單元，顏色區分，技術狀況評價結果一目了然，解決大量數據顯示雜亂問題。

2.3.5 養護決策

直觀展示路面、橋梁、隧道養護決策路段或位置信息，同時，可查詢上述設施各決策路段、部件或構件詳細決策信息，如養護類型、養護措施、維修費用等。地圖上直觀展示不同養護類型的決策路段及詳細信息，顏色區分。養護路段位置及養護類型一目了然。

2.3.6 養護維修

展示公路設施上病害點位及詳細信息，同時，可展示公路施工區域位置及關聯的病害信息。地圖上可直觀展示待維修、維修中、已維修狀態的病害信息，便于養護管理部門了解所管轄路段病害分布情況、維修狀態及施工區域位置。

2.3.7 應急事件

展示公路設施上應急事件點位信息，同時，可查詢應急事件處理狀態及其他詳細信息。地圖上直觀展示待處理及已處理狀態的事件信息，便于安全管理部門了解所管轄路段應急事件分布情況及處理狀態。

2.3.8 工具應用

主要包括地圖管理、圖層管理、結構BIM模型、傾斜攝影三維模型顯示、測量工具。方便用戶根據不同使用場景需求，選擇不同工具輔助進行平臺地圖查詢、瀏覽、測算等操作。

3 應用展望

三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺，更適用于網級公路養護管理單位人員應用，如管轄多條路線的交通局、公路局、城養中心、運營公司及養護公司等。通過建設基于“大數據+智能化”的三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺，制定基于國家規范及行業標準的平臺數據融合機制，匯聚公路基礎設施各類養護數據，以統計圖表、三維實景地圖等多種直觀方式進行數據展示，提高養護大數據查詢效率及利用價值，便于管理者及時作出精準的運營決策，增加公路使用壽命，減少運營資金投入。另外，通過平臺匯聚信息展示功能，可全方位了解整個公路設施的運營狀態，提高應急事件及災害事件的預警反應速度，合理分配有限的應急資源，加快事件事故處理速度，緩解擁堵狀況，提高行車人員出行質量，減少事故發生率，提高公路設施的安全管理和運營水平。

4 結語

該文主要探討了三維GIS地圖公路資產養護數據展示平臺的設計與實現。首先闡述了平臺的整體設計及功能特點，然后詳細介紹了平臺數據采集、數據處理和數據展示三大核心模塊，強調了每個模塊在整個平臺中發揮的重要作用，最后對平臺主要的功能設計進行了相關描述，同時，對該平臺后續應用前景進行了深入展望。綜上所述，通過研發基于高精度三維GIS地圖的公路資產養護數據展示平臺，可實現公路養護大數據資源的全面整合與多維度展示，這不僅有助于消除信息孤島問題，而且能夠為用戶提供更深入的數據挖掘價值，從而為公路資產的數字化管理和智慧養護提供強有力的支持。

參考文獻

[1]陳海榮. 基于GIS技術高速公路養護數據平臺的開發與應用[J]. 交通世界， 2021（12）： 129-130.

[2]丁美. 面向不同管理需求的交通基礎設施養護數據平臺建設[J]. 公路交通技術， 2020（2）： 138-144.

[3]陳彤， 張小兵， 劉春暉， 等. 大數據管理平臺在公路養護管理中的應用[J]. 運輸經理世界， 2023（18）： 129-131.

[4]張成帥. 高速公路路面養護大數據分析平臺設計[J]. 交通世界， 2020（11）： 83-84.