GIS路面管理系統(tǒng)的研究與實現(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)測繪院，黑龍江 哈爾濱150030）

前言

隨著我國國民經(jīng)濟和公路交通事業(yè)的發(fā)展，交通量的迅猛增加，公路網(wǎng)的逐步完善，公路管理部門面臨的主要任務(wù)將從建設(shè)公路網(wǎng)轉(zhuǎn)向養(yǎng)護、改建、維護和改善現(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，耗費時間也非常長。因而必須把提高公路的現(xiàn)代化養(yǎng)護管理水平提到日程上來。要想改變傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理系統(tǒng)的不足，就必須借助先進(jìn)的計算機技術(shù)來改進(jìn)公路管理，實現(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)

一個有效的路面管理系統(tǒng)（Pavement Management System，PMS）應(yīng)包含三個基本部分[1]：①路面使用性能評價；②路面性能預(yù)測；③養(yǎng)護方案優(yōu)化決策。其中：路面使用性能評價是其它兩部分的基礎(chǔ)，只有客觀準(zhǔn)確地對路面使用性能進(jìn)行評價，才能正確認(rèn)識路面出現(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，運用地理信息技術(shù)（GIS）和數(shù)據(jù)庫技術(shù)（VF9.0），開發(fā)建立數(shù)據(jù)庫和路面使用性能評價模型，形成路面管理系統(tǒng)。

建立數(shù)據(jù)庫。在路面管理系統(tǒng)中，用來描述各種事物和現(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。

屬性數(shù)據(jù)庫。屬性數(shù)據(jù)是對空間對象的具體描述，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。按其存儲數(shù)據(jù)的性質(zhì)分為靜態(tài)數(shù)據(jù)庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫兩類[2]。

（1）靜態(tài)數(shù)據(jù)庫：它是指所存儲的數(shù)據(jù)保持相對穩(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）動態(tài)數(shù)據(jù)庫：它存儲的數(shù)據(jù)是動態(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：以路段為單位記錄各個路段的路面破損情況，破損分類和破損程度按照相關(guān)分類執(zhí)行；② 路面平整度數(shù)據(jù)庫：以路段為單位記錄各個路段平整度的測點數(shù)據(jù)及根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算得出的累計路面平整度BI，國際平整度指數(shù)IRI等數(shù)據(jù)；③ 路面彎沉數(shù)據(jù)庫：以路段為單位記錄各個路段彎沉的測點數(shù)據(jù)及根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算得出的平均彎沉、方差及代表彎沉等數(shù)據(jù)；④ 處治歷史數(shù)據(jù)庫：以路段為單位記錄各個路段的修建及治理數(shù)據(jù)；⑤ 宏觀數(shù)據(jù)庫：以年度為單位記錄本省或本地區(qū)各個年度的宏觀經(jīng)濟數(shù)據(jù)及公路里程數(shù)據(jù)；⑥ 綜合數(shù)據(jù)庫：主要包括各個路段的原始實測數(shù)據(jù)和利用原始數(shù)據(jù)計算出的各種評價指數(shù)（PCI、IRI、RQI、SSI等）兩個層次。

空間數(shù)據(jù)庫?？臻g數(shù)據(jù)是用來確定圖形的位置，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：即在某個已知坐標(biāo)系中的位置。主要用于標(biāo)識地理實體在地球表面或包含某個區(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：即實體間的空間相關(guān)性。拓?fù)?，是一種確定空間特征及其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)方法，即點、線、面、網(wǎng)等實體之間的空間聯(lián)系，包括多邊形面積、弧段的連通性、弧段的方向、弧段的長度和多邊形的鄰接性等?？臻g拓?fù)潢P(guān)系對于地理空間數(shù)據(jù)的編碼、錄入、存儲、管理、查詢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?？臻g數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)系可以通過空間數(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，無法直接將屬性表示的路段反映到圖上，數(shù)字化過程中無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，必須實現(xiàn)大地坐標(biāo)與里程樁定位相互轉(zhuǎn)換，應(yīng)用動態(tài)分段技術(shù)，實現(xiàn)圖形與屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢和圖文顯示功能。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 開始界面與身份驗證界面

當(dāng)軟件運行后首先出現(xiàn)開始界面，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)會自動彈出身份驗證窗口，如圖2所示。只有當(dāng)輸入的登錄密碼正確時，才允許進(jìn)入系統(tǒng)主菜單。

圖1 開始界面

圖2 身份驗證界面

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鏈接，方便用戶選擇使用。系統(tǒng)主菜單共包括文件、編碼數(shù)據(jù)、基本數(shù)據(jù)、路況評價、幫助和退出系統(tǒng)六項子菜單，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。錄入窗口用來逐條顯示數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行添加、編輯、刪除、查詢、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)為便于用戶進(jìn)行查詢，系統(tǒng)采用了下拉組合框，用戶可以任意選擇自己所需要的數(shù)據(jù)項，系統(tǒng)即會顯示所有相關(guān)的信息，加快查詢的效率，增大了查詢的自動性。

2.4 路況評價系統(tǒng)子菜單和功能

“路況評價”子菜單中包含“路況評價標(biāo)準(zhǔn)”、“路況評價指標(biāo)”和“路況評價結(jié)果”三個子菜單，如圖 4（c）。

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

（2）在“路況評價指標(biāo)”中，建立了“路況評價指數(shù)PCI”、“路面舒適性指數(shù)PRQI”、“路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI”、“路面車轍評價指數(shù)RDI”、“路面結(jié)構(gòu)環(huán)境評價指數(shù)PEI”、“路面抗滑性能指數(shù)PSFC”和“綜合性能指數(shù)PQI”七個評價模型。

以“綜合性能指數(shù)PQI”為例，在錄入窗口中由“路況評價指數(shù)PCI”、“路面舒適性指數(shù)PRQI”、“路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI”、“路面抗滑性能指數(shù)PSFC”、“路面車轍評價指數(shù)RDI”和“路面結(jié)構(gòu)環(huán)境評價指數(shù)PEI”表單自動計算出的每一 路 段 的 PCI、PRQI、PSSI、PSFC、RDI 和 PEI值，系統(tǒng)可以自動將對應(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)等級自動選擇對應(yīng)的PQI的數(shù)學(xué)表達(dá)式，自動計算出PQI值，具體計算見式（2）或（3），并可自動判斷其路況等級，方便用戶進(jìn)行養(yǎng)護方案分析評定；當(dāng)在“綜合性能指數(shù)PQI”窗口中刪除某一路段記錄時，其他相關(guān)窗口也會自動刪除相應(yīng)的記錄。

3 結(jié)語

本文在分析總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國路面養(yǎng)護管理的實際情況，開展了利用數(shù)據(jù)庫語言（VFP9.0）建立路面管理系統(tǒng)的研究。所建系統(tǒng)操作簡單，使用方便，適用于各級公路管理單位；數(shù)據(jù)存儲空間大，計算速度快，可查詢各種路況信息，為公路養(yǎng)護管理技術(shù)人員及研究人員提供了一個便捷的信息平臺，具有一定的實際應(yīng)用價值。

[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）