基于地理信息系統(tǒng)的數(shù)字化道路管理系統(tǒng)研究

江守信

摘要：隨著公路建設(shè)的發(fā)展，路政管理需要逐步實現(xiàn)決策上的科學(xué)化和管理上的信息化。公路的養(yǎng)護(hù)和管理過程是一個復(fù)雜的智能決策過程，其宗旨是要在有限的資金條件下，合理安排養(yǎng)護(hù)和管理對象的先后和規(guī)模的大??；因此，應(yīng)用計算機管理信息系統(tǒng)來制定合理的養(yǎng)護(hù)策略、管理各種路政事務(wù)已經(jīng)成為道路路政管理發(fā)展的迫切需要。

1.引言

地理信息系統(tǒng)（GIS）借助計算機，將具有空間特征的信息可視化，為信息的使用者提供更為直觀、清晰的表達(dá)形式，具有很強的空間分析能力。由于公路信息具有空間特征，GIS特別適宜于對公路信息的分析處理，是公路建設(shè)管理現(xiàn)代化的重要手段之一。一些發(fā)達(dá)國家已將GIS技術(shù)成功地應(yīng)用于公路的規(guī)劃、設(shè)計和管理等工作中，并取得較好的效益。我國在公路方面應(yīng)用GIS進(jìn)行管理還處于起步階段，主要應(yīng)用于系統(tǒng)建設(shè)的摸索與實踐、研究與開發(fā)。

2.研究對象的選取

廣園快速路位于廣州市的東北部，其地理范圍從廣州市禺東西路至東莞廣園大橋，全長47公里，連接廣州及東莞兩市。廣園快速路是廣州市城區(qū)向東發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要市政項目，對解決長期困擾廣州市沙河地區(qū)及東北部出入口的交通堵塞問題，在廣州城市交通中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

廣園路公司信息化起步相對較晚，目前具有大量的文件、圖紙、數(shù)據(jù)以紙制形式管理保存，存在資料不完整，難于管理和共享等諸多問題。其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理比較分散，且隨著時間會有一定程度的遺失，數(shù)據(jù)之間缺乏有效的整合；無法實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有效管理和快速準(zhǔn)確查詢，難以滿足廣園快速路日常有效的施工、運營和管養(yǎng)工作。這些問題在一定程度上影響了廣園路養(yǎng)護(hù)的工作效率、管理水平。因此，亟需一套系統(tǒng)完善的信息化系統(tǒng)為公司日常管理與業(yè)務(wù)處理提供決策支持。

3.系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.1 邏輯結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用需要，將軟件系統(tǒng)中表示邏輯、業(yè)務(wù)邏輯、后臺數(shù)據(jù)庫分離為三個不同的層次。表示邏輯負(fù)責(zé)用戶界面及信息的輸入、輸出，業(yè)務(wù)邏輯負(fù)責(zé)事務(wù)處理，后臺數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯中的數(shù)據(jù)持久保存。三個層次通過網(wǎng)絡(luò)分布環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP連接。數(shù)據(jù)層是業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)視圖，是業(yè)務(wù)處理的基礎(chǔ)；業(yè)務(wù)邏輯層是業(yè)務(wù)本身的邏輯表達(dá)，業(yè)務(wù)邏輯通常是不斷變化的；表現(xiàn)層是業(yè)務(wù)邏輯圖形化的表達(dá)，是用戶參與系統(tǒng)的界面。

系統(tǒng)體系架構(gòu)要考慮的核心是將數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層分離，保持它們的獨立性，以便使系統(tǒng)能很好地適應(yīng)未來的變化和擴展。利用接口的方式將三層之間松散耦合起來，這樣當(dāng)每一層單獨改變時不會影響其他層的運作（圖1）。系統(tǒng)采用分層的體系架構(gòu)，自下而上依次是：數(shù)據(jù)、框架組件、通用組件、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用展現(xiàn)。其中數(shù)據(jù)交換引擎、工作流引擎、安全管理引擎構(gòu)成了基本框架。

3.2 軟件體系結(jié)構(gòu)的選擇

由于本系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)涉及大量圖形的操作，在選擇系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)時，要保證一定的響應(yīng)速度、系統(tǒng)平臺安全性、穩(wěn)定性以及GIS圖形數(shù)據(jù)處理的要求。系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)中，一個無縫集成的系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫位于系統(tǒng)最下層，從服務(wù)器的物理分布來看，它是統(tǒng)一存放在中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)的。C/S結(jié)構(gòu)一般面向相對固定的內(nèi)網(wǎng)用戶群，它的應(yīng)用基于ArcGIS的道路管理專業(yè)系統(tǒng)，用于地圖動態(tài)更新維護(hù)、制圖及高級地圖應(yīng)用分析等。B/S方式面向所有瀏覽用戶，主要應(yīng)用于地圖瀏覽、設(shè)施動態(tài)管理、工單、審批流程管理等。其特點在于具有廣泛的信息發(fā)布能力。它對前端的用戶數(shù)目沒有限制，客戶端只需要普通的瀏覽器即可，不需要其他任何特殊軟件，對網(wǎng)絡(luò)也沒有特殊要求。隨著信息系統(tǒng)應(yīng)用的不斷推廣，需要查詢的不定用戶會越來越多，采用B/S方式，用戶數(shù)可以任意擴充，客戶端不需要維護(hù)，從長遠(yuǎn)來看，會大大節(jié)省成本。

3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展，Web服務(wù)正逐步進(jìn)入城市管理部門的業(yè)務(wù)范圍，基于城市道路管理業(yè)務(wù)發(fā)展需要和系統(tǒng)前瞻性的設(shè)計思路，系統(tǒng)采用Client/Server、Browser/Sever及多層結(jié)構(gòu)兼容的結(jié)構(gòu)，由客戶端的登錄程序（或瀏覽器）、Web服務(wù)器、GIS服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)交換機連接多個客戶機。繪圖儀、掃描儀、數(shù)字化儀、打印機等外設(shè)可連接到主機或直接聯(lián)入網(wǎng)中，以達(dá)到硬件資源的共享。這樣，一方面，可以通過內(nèi)部局域網(wǎng)實現(xiàn)集中辦公、統(tǒng)一管理；另一方面，廣園快速路公司的各級部門可以通過廣域網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及遠(yuǎn)程應(yīng)用。另外，城市居民也可以通過Internet查詢道路養(yǎng)護(hù)和實時管理的相關(guān)信息。

3.4 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

“數(shù)字廣園”目前的主要用戶為路政所及其下屬單位、養(yǎng)護(hù)所及其下屬單位、公司領(lǐng)導(dǎo)，以及其他與路政、養(yǎng)護(hù)、工程業(yè)務(wù)相關(guān)的部門。在基于用戶需求分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)基本功能由七大子系統(tǒng)組成（圖2）。

圖檔管理子系統(tǒng)與GIS子系統(tǒng)，既是通用組件，為養(yǎng)護(hù)管理、工程管理和路政管理提供支持；同時也獨立形成了一個子系統(tǒng)。與此對應(yīng)，工程管理子系統(tǒng)、道路養(yǎng)護(hù)子系統(tǒng)、路政管理子系統(tǒng)集成了圖檔管理和GIS的功能。

工程管理子系統(tǒng)、道路養(yǎng)護(hù)子系統(tǒng)、路政養(yǎng)護(hù)子系統(tǒng)、GIS子系統(tǒng)和圖檔管理子系統(tǒng)，可以相對獨立，分開建設(shè)。同時，各子系統(tǒng)又可以通過數(shù)據(jù)交換引擎和工作流引擎，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的互訪。對外發(fā)布子系統(tǒng)可以利用互聯(lián)網(wǎng)，將需要向公眾發(fā)布的信息發(fā)布出去。