基于“3S”技術(shù)的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

熊偉

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都611130)

基于“3S”技術(shù)的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

熊偉

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都611130)

針對(duì)在四川省眉山市境內(nèi)眉青公路瀝青混凝土路面破損度調(diào)查中產(chǎn)生的問題，以GPS技術(shù)測(cè)量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的路面破損面積調(diào)查方式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，以組件式GIS技術(shù)為主體思想，通過集成多種軟件的組件和功能，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于“3S”技術(shù)的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用提升了數(shù)據(jù)采集的精度，解決了路面破損數(shù)據(jù)可視化以及大量數(shù)據(jù)人工難以統(tǒng)計(jì)分析的問題。

“3S”技術(shù);瀝青混凝土路面;破損度;GPS;組件式GIS

13 S技術(shù)簡(jiǎn)介

“3S”技術(shù)是GPS(全球定位系統(tǒng))、RS(遙感)和GIS(地理信息系統(tǒng))3大技術(shù)有機(jī)融合的統(tǒng)稱。利用GPS快速定位和獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的能力，利用RS大面積獲取地物信息特征，利用GIS的空間查詢、分析和綜合處理能力不斷獲得有關(guān)地球表面及其環(huán)境的大量幾何物理信息，從而形成空間數(shù)據(jù)流和信息流，是“3S”技術(shù)的核心思想。近年來，“3S”技術(shù)飛速發(fā)展，幾乎滲透到了社會(huì)每一個(gè)行業(yè)，這使得公路路面破損信息的采集、錄入、統(tǒng)計(jì)分析的整個(gè)過程都有了發(fā)生革命性變化的可能。以GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)(RTK)替代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，以組件式GIS編程手段實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于“3S技術(shù)”的針對(duì)某一公路路面的破損度信息系統(tǒng)不再是一件難以實(shí)現(xiàn)的工作。

2 項(xiàng)目概況

眉青公路位于四川省眉山市境內(nèi)，是眉山市東坡區(qū)連接青神縣的重要通道。路面為寬度12 m的瀝青混凝土路面，該道路自建成后，工程建設(shè)所需部分建筑材料均需通過本路段運(yùn)輸，超載超限車輛急劇增加，給瀝青混凝土路面帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，原路路面出現(xiàn)了大量龜裂、縱縫、橫縫、車轍、松散、麻面、坑洞、沉陷等病害，再加上逐年水毀，部分路段破損已相當(dāng)嚴(yán)重。為了有效改善眉青公路的服務(wù)水平，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，四川省眉山市東坡區(qū)交通運(yùn)輸局決定對(duì)眉青公路路面進(jìn)行全面整治。因此，高效、準(zhǔn)確的采集該路段繁雜而龐大的路面破損數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效的管理和及時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析，為整個(gè)路面整治設(shè)計(jì)工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持，成為了一項(xiàng)十分重要的工作。

3 系統(tǒng)的總體技術(shù)路線

眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)通過運(yùn)用“3S”技術(shù)，以GPS測(cè)量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的路面破損面積調(diào)查方式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，采用系統(tǒng)集成的思想，在可視化開發(fā)環(huán)境下通過調(diào)用組件式地理信息系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫以及其他相應(yīng)軟件的接口，實(shí)現(xiàn)路面破損度數(shù)據(jù)庫管理、破損數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)可視化、報(bào)表輸出等功能，以達(dá)到全面真實(shí)反映眉青路瀝青路面破損狀況的目的。圖1為眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)技術(shù)路線圖。

圖1 眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)技術(shù)路線圖

4 路面破損信息的現(xiàn)場(chǎng)采集

為了使該瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、全面的反映整個(gè)路面的病害信息，系統(tǒng)的路面破損數(shù)據(jù)采集的方式分為兩種，一種是非空間數(shù)據(jù)的采集，包括路面每處破損的實(shí)地照片采集及病害類型的屬性。另一種是空間數(shù)據(jù)的采集。主要是路面每一處破損面積數(shù)據(jù)的采集。瀝青混凝土路面在發(fā)生破損時(shí)，破損類型較多(如龜裂、坑槽、沉陷、車轍等)，通常破損形狀不規(guī)則，面積不易精確量算。傳統(tǒng)的路面破損面積調(diào)查方法通常采用簡(jiǎn)單的測(cè)量工具(如鋼尺、皮尺等)進(jìn)行量算。遇到不規(guī)則的破損形狀，只能大致估算，難以達(dá)到必要的精度。本次路面破損信息的空間數(shù)據(jù)采集采用GPSRTK測(cè)量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量方法。GPSRTK測(cè)量是指實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分GPS測(cè)量，GPS在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下通過跟蹤處理接受衛(wèi)星信號(hào)的載波相位，從而獲得快速、高精度的定位。它能把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)下的定位精度提高到厘米級(jí)。這種快速、準(zhǔn)確、連續(xù)的特點(diǎn)，既可以彌補(bǔ)利用鋼尺等丈量工具導(dǎo)致的精度問題，又可以彌補(bǔ)由于提高測(cè)量精度而犧牲的效率問題。我們分別使用傳統(tǒng)測(cè)量方法和GPSRTK測(cè)量對(duì)同一實(shí)驗(yàn)路段的路面破損面積進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示采用GPSRTK測(cè)量和傳統(tǒng)測(cè)量方法相比在數(shù)據(jù)采集效率上相當(dāng)，但在采集精度上GPSRTK測(cè)量明顯高于傳統(tǒng)的測(cè)量方法。

5 路面破損面的空間信息可視化

路面破損面的空間信息可視化分為兩個(gè)步驟。首先，將GPS采集的路面破損空間數(shù)據(jù)匯同其他基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)制作大比例尺數(shù)字線劃地形圖，將破損面的信息可視化。數(shù)字線劃圖(Digital Line Graph，DLG)是以點(diǎn)、線、面的形式或地圖特定圖形符號(hào)形式表達(dá)地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集。線劃地形圖與其他地圖產(chǎn)品相比，其數(shù)據(jù)量小，便于分層，能快速生成專題地圖，能滿足地理信息系統(tǒng)進(jìn)行各種空間分析要求，可隨機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)選取和顯示，與其他地圖產(chǎn)品疊加，且圖形為矢量格式，任意縮放均不變形。其次，為了真實(shí)的反映出瀝青路面的破損情況及周邊的地理要素，本系統(tǒng)采用衛(wèi)星遙感圖像(RS)作為地理底圖，套合大比例尺數(shù)字線劃地形圖疊加使用。遙感影像圖的處理需經(jīng)過資料準(zhǔn)備、圖像色彩處理、影像糾正、影像鑲嵌、圖幅裁切等步驟。最終完成路面破損面的空間信息的可視化處理。

6 系統(tǒng)的集成

系統(tǒng)集成是指在成熟軟件中選擇其需要的產(chǎn)品，將其集成到自己的應(yīng)用軟件中，使自己的軟件也具有相應(yīng)的功能。本系統(tǒng)集成方案是首先對(duì)Microsoft Access關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做出設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模式包括分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)屬性包括道路破損處樁號(hào)和破損面地理坐標(biāo)。屬性數(shù)據(jù)信息包括道路破損處樁號(hào)、路面病害類型和破損的面積?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)利用關(guān)鍵字路破損處樁號(hào)進(jìn)行聯(lián)系。然后，在Visual Studio開發(fā)環(huán)境下通過調(diào)用地理信息組件ArcObjects的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面破損數(shù)據(jù)的可視化操作。最后調(diào)用Microsoft Excel相應(yīng)的接口實(shí)現(xiàn)路面破損數(shù)據(jù)分析報(bào)表的輸出等功能，完成瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)的“拼裝”。圖4為本系統(tǒng)的集成方案。采用系統(tǒng)集成的方法可以大大提高軟件的開發(fā)效率，避免重復(fù)勞動(dòng)并能使軟件的開發(fā)費(fèi)用大幅度降低。

圖2 眉青路瀝青路面破損度信息系統(tǒng)集成方案

7 系統(tǒng)的具體應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)后的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統(tǒng)的主界面分為三個(gè)區(qū)域，上側(cè)為工具欄，左側(cè)為地圖圖層管理器，右側(cè)為地圖的操作窗口，如圖3所示。用戶可以通過點(diǎn)擊每一處所能看見的破損面對(duì)路面破損信息進(jìn)行編輯，內(nèi)容包括路段破損段落的序號(hào)、里程樁號(hào)、GPS測(cè)量點(diǎn)號(hào)、破損的面積、破損段的圖片以及破損類型(如松散、龜裂)及比例等，如圖4所示。最終可以通過系統(tǒng)導(dǎo)出路面破損情況的報(bào)表，以真實(shí)客觀的了解整條路的破損情況，如圖5所示。

圖3 眉青路瀝青路面破損度信息系統(tǒng)主界面

圖4 路面破損信息編輯

圖5 路面破損度信息系統(tǒng)路面病害報(bào)表

8 結(jié)束語

基于“3S”技術(shù)的眉青路瀝青路面破損度信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提高了路面破損度調(diào)查中數(shù)據(jù)采集的精度，解決了路面破損數(shù)據(jù)可視化編輯以及大量數(shù)據(jù)人工難以統(tǒng)計(jì)分析的問題。它的應(yīng)用使路面養(yǎng)護(hù)部門得以全面了解和掌握路面的病害情況，為路面病害處理措施的設(shè)計(jì)提供了必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。但本系統(tǒng)只是為眉青路瀝青混凝土路面破損度的數(shù)據(jù)采集及處理而專門設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，不能滿足所有道路路面破損度信息調(diào)查的需要。研發(fā)一款通用性好，功能完備的路面破損度系統(tǒng)是進(jìn)一步努力的方向。

［1］馬莉，宋慶.“3S”集成技術(shù)研究現(xiàn)狀的綜述［J］.資源環(huán)境與發(fā)展，2009，(2).

［2］李天文，等.GPS原理及應(yīng)用［M］.第三版.北京:科學(xué)出版社，2015.

［3］李仕東，等.工程測(cè)量［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］張海藩.軟件工程導(dǎo)論［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

U416.217

C

1008－3383(2017)04－0025－02

2016－06－08

熊偉(1980－)，男，四川瀘州人，講師，從事道路工程測(cè)量、三維激光掃描技術(shù)、地理信息系統(tǒng)的實(shí)踐及研究。