公路資產(chǎn)三維數(shù)字化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 浩

(江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心，江蘇 南京 210013)

0 引言

公路資產(chǎn)包括公路用地、公路及構(gòu)筑物、構(gòu)成公路正常使用不可缺少組成部分的交通工程及沿線設(shè)施等資產(chǎn)，由公路資產(chǎn)構(gòu)成的公路網(wǎng)絡(luò)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展的重要保障。但目前公路資產(chǎn)管理數(shù)字化、信息化程度不高，大部分管理手段仍然停留在依托二維數(shù)據(jù)、資料報(bào)表的程度上。隨著現(xiàn)代三維實(shí)景、智慧管理技術(shù)的不斷提升，二維數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足模擬公路資產(chǎn)地上地下立體形態(tài)的需求，公路工程檔案資料也容易造成管理滯后或管理混亂等問(wèn)題[1-2]。文章基于數(shù)字化場(chǎng)景構(gòu)建公路資產(chǎn)三維模型，分析公路資產(chǎn)管理需求并搭建公路資產(chǎn)管理系統(tǒng)，為公路資產(chǎn)的數(shù)字化管理提供一些參考。

1 總體框架

以實(shí)景三維場(chǎng)景模擬公路及沿線資產(chǎn)的真實(shí)現(xiàn)狀，關(guān)聯(lián)三維模型構(gòu)件與公路資產(chǎn)管理信息、監(jiān)測(cè)信息，在此基礎(chǔ)上搭建公路資產(chǎn)智慧管理系統(tǒng)，完成公路資產(chǎn)展示、空間分析、信息查詢(xún)、綜合統(tǒng)計(jì)等功能，實(shí)現(xiàn)公路資產(chǎn)三維可視化、精細(xì)化、智慧化管理?？傮w框架主要包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 總體框架

1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為支撐系統(tǒng)運(yùn)行接入所有數(shù)據(jù)并配置管理，負(fù)責(zé)搭建公路及構(gòu)筑物、沿線設(shè)施及周邊環(huán)境三維場(chǎng)景，以保障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、同步、負(fù)載管理和備份等，主要由地理信息數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、公路資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)管理構(gòu)成。

1.2 服務(wù)層

服務(wù)層將GIS數(shù)據(jù)、公路資產(chǎn)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行深度整合，面向用戶(hù)直接提供地圖服務(wù)和業(yè)務(wù)管理服務(wù)，包括二三維數(shù)據(jù)服務(wù)、空間分析服務(wù)、公路資產(chǎn)查詢(xún)服務(wù)、公路資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)服務(wù)等[3]。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是在數(shù)據(jù)層和服務(wù)層的基礎(chǔ)上，通過(guò)交互友好的界面為用戶(hù)搭建公路資產(chǎn)智慧管理系統(tǒng)，提供公路三維場(chǎng)景可視化、二三維空間分析、公路資產(chǎn)信息查詢(xún)、公路資產(chǎn)綜合統(tǒng)計(jì)等業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2 公路資產(chǎn)三維場(chǎng)景建設(shè)

構(gòu)建公路資產(chǎn)三維模型主要通過(guò)3種方式：利用無(wú)人機(jī)傾斜影像生產(chǎn)三維模型、通過(guò)車(chē)載激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型、依據(jù)圖紙資料/CAD數(shù)據(jù)/采集數(shù)據(jù)生產(chǎn)BIM模型。結(jié)合不同公路資產(chǎn)特點(diǎn)選擇適用的建模方式，針對(duì)上述傾斜攝影模型、點(diǎn)云模型、BIM模型進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)公路及沿線環(huán)境的高精度、全要素三維場(chǎng)景模擬。公路資產(chǎn)三維模型整合成果要求如下。

(1)整體要求：模型紋理色調(diào)一致、均勻、無(wú)鑲嵌痕跡，保障整體建模效果優(yōu)良。不允許存在孤立、細(xì)碎的3D懸浮物，對(duì)提供的影像數(shù)據(jù)或點(diǎn)云數(shù)據(jù)中涉及如人臉、汽車(chē)牌號(hào)等隱私信息或保密信息進(jìn)行模糊化處理。

(2)公路及構(gòu)筑物：不能出現(xiàn)懸浮、凹陷的情況，不能有明顯變形、不平整、與實(shí)際不符的情況；路基、路面根據(jù)需求按路段劃分，橋涵、隧道、渡口構(gòu)建外觀輪廓并做單體化處理。

(3)公路交通工程及沿線設(shè)施：交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、護(hù)欄等交通安全設(shè)施及建筑物不能出現(xiàn)懸浮、凹陷的情況，不能有明顯變形、不平整、與實(shí)際不符的情況。

將公路資產(chǎn)三維模型進(jìn)行入庫(kù)管理，在完成模型數(shù)據(jù)檢查、整合、發(fā)布與共享等工作后，建立涵蓋路線、路基、路面、橋涵、隧道、公路渡口、交通安全設(shè)施、管理設(shè)施、服務(wù)設(shè)施、綠化環(huán)保設(shè)施等不同資產(chǎn)類(lèi)別的全要素三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，為實(shí)現(xiàn)所有公路資產(chǎn)管理系統(tǒng)做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

3 公路資產(chǎn)管理系統(tǒng)建設(shè)

通過(guò)基于GIS+BIM的三維數(shù)字化公路資產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)全面地掌握公路資產(chǎn)的整體情況。系統(tǒng)將公路沿線實(shí)景模型與資產(chǎn)單體數(shù)據(jù)融入3D-GIS建立的地理環(huán)境中，形成局部設(shè)施與宏觀環(huán)境的融合展示，以“高精三維底圖+多類(lèi)型三維模型+管理信息”的全數(shù)字可視化模式，促進(jìn)公路資產(chǎn)全生命周期的信息化、精細(xì)化管理，提高管理效率。

3.1 公路資產(chǎn)三維可視化

在三維場(chǎng)景中任意點(diǎn)擊單體化模型查看公路資產(chǎn)詳細(xì)信息功能，支持無(wú)縫切換。根據(jù)公路路線、路段/橋/隧道/涵洞/交通安全設(shè)施等劃分標(biāo)準(zhǔn)，建立公路資產(chǎn)樹(shù)形結(jié)構(gòu)分布列表，支持快速切換到指定資產(chǎn)的視點(diǎn)瀏覽，并查看公路三維模型與資產(chǎn)管理信息，如圖2所示。

圖2 公路資產(chǎn)三維可視化

用戶(hù)不僅可以直觀瀏覽公路路線的整體情況，也可以利用單體化模型展示路基、路面、橋涵、隧道、交通安全設(shè)施、管理設(shè)施、服務(wù)設(shè)施及綠化環(huán)保設(shè)施等局部信息，還能夠進(jìn)一步將二三維數(shù)據(jù)與監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，聯(lián)動(dòng)顯示路面交通的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)。

3.2 公路資產(chǎn)信息查詢(xún)

系統(tǒng)提供在線查詢(xún)檢索功能。支持關(guān)鍵字搜索公路資產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)信息，查詢(xún)結(jié)果提供視點(diǎn)列表，方便用戶(hù)對(duì)目標(biāo)資產(chǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。通過(guò)搜索獲取并在三維場(chǎng)景中直觀展示公路資產(chǎn)的基本信息、財(cái)務(wù)信息、使用信息，包括資產(chǎn)名稱(chēng)、資產(chǎn)分類(lèi)、公路編碼、公路技術(shù)等級(jí)、資產(chǎn)原值(元)、資產(chǎn)凈值(元)、使用狀況、管理部門(mén)、管護(hù)單位等[4-5]。

系統(tǒng)提供按公路資產(chǎn)類(lèi)別查詢(xún)，提供路線、路段、橋梁、涵洞、隧道、渡口、交通安全設(shè)施、管理設(shè)施、服務(wù)設(shè)施、綠化環(huán)保設(shè)施等不同資產(chǎn)類(lèi)型搜索功能，使得查詢(xún)結(jié)果范圍縮小化，方便用戶(hù)快速搜索特定類(lèi)別的目標(biāo)資產(chǎn)(見(jiàn)圖3)。

圖3 公路資產(chǎn)信息查詢(xún)

3.3 公路資產(chǎn)綜合統(tǒng)計(jì)

以覆蓋整個(gè)公路網(wǎng)的“時(shí)間-空間”管理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用柱狀圖等形式分類(lèi)、分等級(jí)統(tǒng)計(jì)公路路線、路段、各類(lèi)構(gòu)筑物及沿線基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量、長(zhǎng)度、資產(chǎn)原值、資產(chǎn)凈值等信息，如圖4所示。

圖4 公路資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)

集成公路路面、橋梁、隧道及基礎(chǔ)設(shè)施等各類(lèi)公路資產(chǎn)的基本信息、財(cái)務(wù)信息、使用信息，以表格形式匯總?cè)抗焚Y產(chǎn)的相關(guān)管理信息，形成公路公共基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)臺(tái)賬。

4 應(yīng)用展望

公路資產(chǎn)管理工作包括很多，后續(xù)可擴(kuò)展的功能模塊有公路資產(chǎn)清查與更新、路段交通三維仿真模擬、公路日常養(yǎng)護(hù)管理等。

4.1 公路資產(chǎn)清查與更新

基于公路資產(chǎn)三維模型，摸清本地區(qū)存量公路的實(shí)物量明細(xì)、價(jià)值量明細(xì)等情況，生成并存檔每年的公路公共基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)清查盤(pán)點(diǎn)表。

公路資產(chǎn)因國(guó)家政策原因、改擴(kuò)建、劃轉(zhuǎn)、報(bào)廢報(bào)損、價(jià)值變化等發(fā)生信息變更時(shí)，將新建、改建或擴(kuò)建道路、構(gòu)筑物及沿線設(shè)施等的三維模型、管理信息與現(xiàn)有場(chǎng)景進(jìn)行匹配、替換、修補(bǔ)、融合等一系列工作后，建立公路資產(chǎn)全生命周期的動(dòng)態(tài)信息管理機(jī)制。

4.2 路段交通三維仿真模擬

基于高精度三維虛擬空間與公路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景的高度匹配，集成外部視頻監(jiān)控系統(tǒng)的交通流數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)路段車(chē)輛流量、速度、密度等交通仿真模擬。該功能用于預(yù)測(cè)路段承受的最大交通量以及節(jié)假日等高峰時(shí)段的交通擁堵情況，為公路管理決策、交通趨勢(shì)分析、公路路段仿真推演等提供可靠的技術(shù)支撐。