（地图制图学与地理信息工程专业论文）基于mapobjects的公路养护管理gis研究与实现.pdf

摘要 公路作为基础交通设施之一，直接关系到国民经济的发展。改革开放以来， 我国公路建设的迅猛发展，公路网及其附属设施的信息量越来越大，而我国绝大 多数地区仍采用传统的管理方法进行管理，使得公路养护管理水平已远远不能适 应公路建设发展的需要。因此，将地理信息系统( g i s ) 引入到公路养护管理中是 大势所趋，利用g i s 技术实现图形与数据的结合，以数据可视化的方式，提供一 种崭新的决策支持方法，从而大大提高公路养护管理的现代化水平，为实现计算 机管理提供更好的手段。 4 0 年的研究和实践已经使路面管理系统( p m s ) 和桥梁管理系统( b m s ) 成为 管理部门进行养护规划以及公路养护投资的重要分析工具。目前，在g i s 软件平 台上实现p m s 和b m s 的功能已经成为当前公路管理研究与实践的重点。 本文在系统分析国内外公路养护管理地理信息系统的基础上，采用面向对象 的程序设计方法和a c t i v e x 技术，基于m a p o b j e c t s 组件，利用v c + + 开发工具和 关系数据库a c c e s s ，研究开发了基于m a p o b j e c t s 组件的公路养护管理地理信息 系统。本文的主要工作有： ( 1 ) 对国内外公路养护管理信息系统的发展历程、应用现状和存在问题等进 行分析，指出了把g i s 技术引入公路养护管理信息系统中，研制和开发公路养护 管理g i s 的现实意义。在数字化、信息化的当今时代，相互交叉，相互影响，最 终将集成为一个管理智能化、运转高效、功能强大的有机系统。将g i s 技术引入 公路养护管理中，不但是对传统公路养护管理工作模式的发展，而且是将公路管 理系统推向智能化公路管理信息系统进程中的一个重要环节。 ( 2 ) 根据公路养护管理的特点，提出了系统总体设计方案，分析系统各部分 的功能，选择e s r i 公司的基于a c t i v e x 技术的m a p o b j e c t s 组件作为g i s 基础平 台，并分析m a p o b j e c t s 的工作特点和工作方式，以确定相应的开发工具。 ( 3 ) 提出行之有效的数据分层、图形坐标变换方法，为系统的实现提供数据 准备。 ( 4 ) 根据g i s 系统工程的原理和方法，结合公路养护管理信息系统的特点， 进行公路养护管理g i s 的界面设计、专题分析设计、输入输出设计、地图查询设 计等。在上述工作的基础上，利用m a p o b j e c t s ，v i s u a lc + + ，m i c r o s o f t a c c e s s 等工具软件，实现了基于m a p o b j e c t s 的公路养护管理地理信息系统。 ( 5 ) 本文实现的基于m a p o b j e c t s 的公路养护管理g i s 系统能够对道路质量的 检测、评估和病害分析等进行有效的辅助决策。本文所作的工作和取得的成果为 公路信息系统向智能化公路信息系统发展提供可以借鉴的经验。 关键词：公路养护管理g i s ，动态分段，层次分析法，m a p o b j e c t s 组件， g p s a b s t r a c t r o a d ，o n eo ft h eb a s i ct r a f f i cf a c i l i t i e s ，d i r e c t l yc o n c e r n st h ed e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m i c s s i n c et h e r e f o r m i n g a n d o p e n i n g u p ，w i t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n to fr o a dc o n s t r u c t i o no fo u rc o u n t r y , i tb r i n g sal o to fd a t ao fr o a d n e t w o r ka n da p p u r t e n a n tw o r k s ，a n di ti sv e r yd i f f i c u l tt om a n a g et h e s ed a t ab yt h e t r a d i t i o n a lm e t h o d ，w h i c hh a sm a d et h em a n a g el e v e lo fr o a dm a i n t e n a n c eu n a b l et o m e e tt h en e e do fd e v e l o p m e n to ft h er o a dt r a n s p o r t a t i o nc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t s o i ti s n e c e s s a r y t ol e a d g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i n t ot h er o a d m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ，m a k i n gu s eo ft h et e c h n i q u eo fg i st or e a l i z et h e c o m b i n a t i o no fs k e t c ha n dt h ed a t a ，a n dt h em o d eo fv i e w i n gd a t a ，ak i n do fn e w d e c i s i o n - m a k i n gs u p p o r t m e t h o di s p r o v i d e d ，w h i c h w i l le n h a n c e g r e a t l y m o d e r n i z a t i o nl e v e lt h a tr o a dm a n a g e m e n t ，a n do f f e rb e t t e rm e a n sf o rr e a l i z i n g m a n a g e m e n ti nc o m p u t e r d u r i n g4 0y e a r s r e s e a r c ha n dp r a c t i c e ，p a v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ( p m s ) a n db r i d g em a n a g e m e n ts y s t e m ( b m s ) h a v eb e c o m et h ei m p o r t a n tt o o l so fa n a l y s i s a n dm a n a g e m e n tw h i c ha r eu s e db yt h eo f f i c eo fr o a dm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t a tp r e s e n t ，i ti sn e c e s s a r yt oc o m b i n eg i sw i t hp m sa n db m s ，a n di ti sai m p o r t a n t s u b i e c to fr o a dm a n a g e m e n t a f t e rs y s t e m i c a l l ya n a l y z i n gt h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr o a dm a n a g e m e n to fg i s ， t h i sp a p e ra d o p t st h eo b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n gm e t h o d ，a c t i v e x ( m a p o b j e c t s c o m p o n e n t ) v c + + a n dm i c r o s o f ta c c e s sf o ra p p l i c a t i o nd e v e l o p i n g h e r ei s t h e g r o u n d w o r ko ft h i sp a p e r ： ( 1 ) a f t e ra n a l y z e dt h ed e v e l o p m e n th i s t o r y , c u r r e n ts i t u a t i o no fa p p l i c a t i o na n d e x i s t i n gp r o b l e m so ft h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr o a dm a n a g e m e n tg i s ，t h i sp a p e r p o i n t s o u tt h a ti ti s m e a n i n g f u lt oa p p l yg i st e c h n i q u et or o a dm a i n t e n a n c ea n d m a n a g e m e n t t h ei n f o r m a t i o ns y s t e mc r o s s e sa n di n f l u e n c e so n ea n o t h e ra n dw i l l f i n a l l yi n t e g r a t ei n t o au n i t a r y s y s t e mo fi n t e l l i g e n tm a n a g e m e n th i g hw o r k i n g e f f i c i e n c ya n dp o w e r f u lf u n c t i o ni nt h i sd i g i t a l i z a t i o n ，i n f o r m a t i o ne r a n o to n l y a p p l y i n gg i st or o a dm a n a g e m e n ti st h ed e v e l o p m e n to f t r a d i t i o n a lr o a dm a n a g e m e n t m o d e ，b u ta l s oa ni m p o r t a n tl i n ki nt h ep r o c e s so fp u s h i n gt h er o a di n f o r m a t i o n s y s t e mt oi n t e l l i g e n tr o a di n f o r m a t i o ns y s t e m ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fr o a dm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ，t h i s p a p e rp r o p o s e ss y s t e mo v e r a l ld e s i g np l a n sa n da n a l y z e st h ef u n c t i o no fe a c hp a r to f t h es y s t e m ，a n dc h o o s et h ee s r im a p o b j e c t sc o m p o n e n tb a s e do na c t i v e xa sg i s s b a s i cp l a t f o r m ，a n da n a l y z e st h ew o r k i n gc h a r a c t e r i s t i ca n dw o r k i n gw a yo f m a p o b j e c t s a c c o r d i n gt ot h ec o n t r a s t ，c o r r e s p o n d i n gp r o g r a m m i n g t o o l sa r ec h o s e n ( 3 ) e f f e c t i v ed a t al a y e rd i v i d i n g ，f i g u r ec o o r d i n a t et r a n s f o r m i n ga r ep r o p o s e d ， w h i c hh a v ed o n et h ed a t ap r e p a r a t i o nf o rs y s t e mi m p l e m e n t a t i o n ( 4 ) a c c o r d i n g t o p r i n c i p l e sa n d m e t h o d s o f g i s e n g i n e e r i n ga n d c h a r a c t e r i s t i c s o fr o a di n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h i sp a p e rd e s i g n si n t e r f a c e ，a n a l y s i sa n do u t p u t ，a n d t h e m a t i cm a p ，e t c o nt h eb a s i so fa b o v e m e n t i o n e dw o r k ，u t i l i z i n gv c + + ， m a p o b j e c t sa n d a c c e s sd e v e l o pt h er o a dg i so fm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ( 5 ) t h er o a dm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng i sc a no f f e r e f f e c t i v ea i d st om a k i n gd e c i s i o no nr o a dq u a l i t ym e a s u r i n g ，a s s e s s m e n ta n dd i s e a s e a n a l y z i n g t h ew o r ka n da c h i e v e m e n tm a d ei nt h i sp a p e ro f f e r st h ee x p e r i e n c et h a t c a nb eu s e df o rr e f e r e n c et ot h ed e v e l o p m e n to fr o a di n f o r m a t i o ns y s t e mt o i n t e l l i g e n tr o a di n f o r m a t i o ns y s t e m k e y w o r d s ：r o a dg i so fm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ，d y n a m i cs e g m e n t a t i o n ， a n a l y s i sh i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) ，m a p o b j e c t sc o m p o n e n t ，g p s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：楚雍 矽护多年加口日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：赵雍 矽。多年石j l 。h 铷签渺鼬础年月f d 日 第一章绪论 1 1 引言 进入9 0 年代，随着经济的高速发展，公路已成为人们普遍关心的问题。人 们利用公路，关心公路，对公路提出了更高的要求，同时也迫切需要了解公路的 有关信息，如路况、路程长短、承载能力、通行能力、养护费用等。 过去由于受计算机软、硬件环境的限制，因此只能提供贫乏的数据和单调的 线条图抽象地分析局部信息，怎样才能以最快最有效的方法了解、掌握、分析、 甚至图像化有关数据呢? 地理信息系统提供了一个全新的数据地图化系统，将公 路建设中具有空间特征的信息进行可视化表达，为用户提供直观、清晰全面的信 息表达方式，使用户的视觉更开阔，真正置身于自然和社会环境中，直观地观察 总体信息，对宏观辅助决策提供更直接的信息支持。利用地理信息系统原理，将 公路养护管理信息系统中关心的、与地理属性有关的信息在地图上表示出来，实 现地理信息系统与公路养护管理系统的有机结合，来提高公路养护管理的科学性 和合理性，增强工作的透明度。 1 2 本文选题的依据和研究的意义 公路养护是公路建设的重要组成部分。随着国民经济的高速发展，公路建设 事业快速发展，桥涵工程也随着公路里程的成倍增长而增长，养路道工和养护机 械也相应得到充实，为了保证公路交通的正常运行，合理利用有限的养护资金， 以适应社会主义经济建设的需要，公路、桥涵养护和管理显得日益重要。公路里 程不断增加，养护资料的信息量越来越大，所采用的养护技术措施和管理办法越 来越多和复杂，为了采用更加合理的养护技术措施来迅速科学地完成公路养护管 理的各项任务，同时为向上级申请必要的养护资金并及时提出所需养护资金合理 性的根据，需要搜集大量的养护资料进行科学的分析才能达到，而搜集大量的养 护资料是很费工费时的，如果采用人工来处理这些资料效率就会很低，并且不能 保证它的科学性与合理性。为了弥补这一不足，结合地理信息系统( g i s ) 的发展， 运用地理信息系统实现对与地理有关联的公路养护管理信息的管理，尽而改变传 统的养护管理方式，达到公路养护信息可视化，公路养护决策科学化、公路养护 管理现代化的目的，更好的为社会提供服务是很有必要的。 公路养护管理地理信息系统是交通地理信息系统( g i sf o rt r a n s p o r t a t i o n ， 简称g i s t ) 的一个重要组成部分。公路养护管理g i s 是根据公路养护工程在 地理上分布较广而且离散、信息量较大、管理复杂等特点构建的为公路养护管理 提供评价、管理和决策服务于一体的计算机软硬件系统，它利用g i s 技术实现对 公路养护信息收集、存储、管理、综合分析和处理等任务，是g i s 与多种信息分 析和处理技术、m i s ( 管理信息系统) 的集成。它在公路养护管理中的应用，可 以提高管理效率、降低管理成本和提供可靠决策支持，实现公路养护管理的科学 化和现代化。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外公路养护管理g l s 研究概况 在国外，公路管理信息化已达到了相当高的水平，并得n t 较好的应用，建 立和完善公路管理信息系统是国际公路管理发展的趋势，对提高公路管理现代 化、信息化和科学化水平具有重要意义。 路面管理技术的研究始于7 0 年代初期的北美，美国在经历了大规模的公路 建设后，面临着大量的、同时到来的路面养护工作，为了准确地了解公路网的破 损状况，把有限的养护资金分配到最需要养护的路段上，研究人员开发了路面破 损数据检测设备，建立了数据库，制定了评价方法、标准和优先养护排序模型。 这种以计算机为管理工具的路面管理技术被称为路面管理系统( 简称p m s ： p a v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 。 8 0 年代以后，路面管理系统的内容得到了扩充，技术也逐步成熟。加拿大 在a l b e r t a 省建立了公路维护地理信息系统，该系统使用专用检测车辆，定期检 测路面的平整度和损坏程度等；这些指标由车载全球定位仪( g p s ) 定位装置准确 确定道路的位置，检测数据传输到公路养护地理信息系统，养护模块自动生成路 段养护报告，为该省公路养护提供了很好的依据。 新加坡于1 9 9 0 年完成了耗资4 3 3 万新元的道路管理系统，并于1 9 9 1 年1 月 正式推行。该系统的使用使新加坡成为东南亚地区第一个通过先进仪器和电脑系 统来管理全国公路网络的国家。该公路管理系统利用各种高科技仪器来检查公 路，准确性高；采用电脑进行资料的收集及处理分析工作，速度也非常快，使新 加坡的公路管理和养护跨入了先进国家行列。 目前国外很多国家在公路养护管理g i s 方面的应用已经比较成熟，如美国、 欧洲和日本已经研制出了比较成熟的智能化公路养护管理g i s 系统，这也是今后 公路g i s 发展的趋势“。 1 3 2 国内公路养护管理g l s 研究概况 我国公路管理部门c i s 的应用自8 0 年代末开始，目前在公路管理和交通控 制方面得到初步应用。 从1 9 8 4 年开始，我国陆续引进了英国的b s m 路面评价系统，芬兰f p m s 路面 管理系统及世界银行h d m i i i 公路投资效益分析模型。“七五”期间在引进消化 的基础上，通过国家重点攻关项目“干线公路路面评价养护系统成套技术”的研 究，建立了我国干线公路路面评价养护系统即路面管理系统c p m s ( c h i n a p a v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 1 。 1 9 8 6 年至1 9 8 8 年在北京市试点开发了“公路桥梁管理系统第一期工程”。 1 9 8 9 年5 月，交通部公路所与河南省公路管理局签订了公路桥梁省、地级管理 系统项目开发协议，该项目主要开发内容为：建立省、地级公路桥梁管理基 本数据库，其数据项设置能满足当前管理需要并考虑其发展需求；结合省级 管理具体要求，建立桥梁管理5 6 个基本应用功能主模块。这一系统是在原有 北京市基础上，吸收国外先进技术而开发的，也就是现在交通部在全国推广的公 路桥梁管理系统c b m s 的前身，至1 9 9 5 年3 月，该系统经过改进已推出了3 个版 本。现在针对个别地区的多媒体版本也正在推广，c b m s 的多媒体版本实现了桥 梁信息与g i s 的部分关联，但数据输出和查询仍以表格形式，可视化程度不高。 目前，我国已经开发的系统有：广一深高速公路养护管理信息系统、国 道主干线管理信息系统、吉林省公路管理信息系统、北京市公路管理信息系 统“。尽管交通部推广应用的c p m s 和c b m s 功能十分强大，解决了公路养护管 理方面存在的一些问题，但针对公路养护管理工作还存在以下不足： 利用普通设备采集，精度低，周期长，评价结果难以指导生产。 系统操作和维护需设专人，输入和评价结果不直观，信息可视化程度低。 不具有空间信息概念。如一段路、一座桥梁，只知道其桩号、编号，而 不知道其空间位置。 系统含盖面窄，没有包含公路养护管理的所有对象，如公路沿线设施、 道班等。 地理信息系统是最适于进行地理空间数据处理的计算机应用系统，它把要处 理的数据分成空间数据和属性数据，其工作对象和工作过程，输出结果都贯穿着 “空间”概念。除了对空间数据管理外，它还能够进行各种空间运算和空间分析， 输出的结果除了表格、文字外，还有空间数据形式，即图形图像，而公路是最具 典型线形地理特征的地理要素，因而是最适于应用g i s 进行形象化管理的实体。 c p m s 和c b m s 是国内公路管理部门应用较为普遍的管理系统，也是一个复杂的决 策系统，它们涉及了道路工程、结构工程、系统工程及计算机技术，是公路养护 工程师路网评价、路况性能分析、养护资金需求及养护资金优化分配的决策工具。 随着计算机技术的发展和g i s 应用的普及，通过引入g i s 技术将能够克服c p m s 和c b m s 存在的不足，以进一步丰富和完善c p m s 、c b m s 的功能，因此建立公路养 护管理地理信息系统将成为c p m 8 、c b m s 发展的必然趋势。 1 4 系统的研发思路 本人首先对国内公路养护管理信息系统的应用现状进行分析，以确定研究的 重点；然后在吸取国内公路养护管理信息系统( 如c p m s ) 成功案例的基础上， 按照软件工程的思想，以省级公路养护管理地理信息系统的研发为例，完成需求 分析、总体设计、详细设计和系统实施等工作，最后对研究结果进行归纳和总结， 分析其中的不足，来确定下一步发展的方向。 1 5 本文的内容组织 本文叙述了基于m a p o b j e c t s 的公路养护管理地理信息系统的研究与实现， 此系统涉及g p s 技术、g i s 技术、路径规划、计算机软件技术等领域，对现有 公路养护管理系统中的不足之处进行补充，本文介绍了此系统的需求分析、系统 总体设计、功能设计与实现、详细设计、相关理论的研究等等。具体内容安排如 下： 第一章为绪论部分。主要内容包括：论文的研究背景及意义，国内外现状调 查，论文的内容组织。 1 第二章为系统需求分析部分。主要内容包括：系统的目的，及其所需数据的 分析与规划。 第三章为系统总体设计部分。主要内容包括：系统目标，系统总体框架设计， 系统软硬件平台的选择，代码设计，及系统界面设计。 第四章为系统功能设计部分。主要内容包括：介绍本系统所需功能，进而实 现这些功能。 第五章为系统数据库详细设计部分。主要内容包括：从概念模型的抽象、创 建入手，进而完成系统数据库的设计。 第六章为系统应用模型分析部分。主要内容包括：本系统的非空间分析模型 是利用a h p 层次分析法对路面及桥梁状况进行评价，然后把评价模型得出的数 据用g i s 显示出来，并在其上利用相关空间网络分析模型进行所需的分析。 第七章为本论文的结论部分。主要内容包括：进行总结，得出系统运行成果， 指出不足之处，提出未来发展的目标。 4 第二章公路养护管理gj s 系统分析 2 1 系统目的 采用地理信息系统原理，将公路的走向、起讫地点、桥梁位置、道班位置、 涵洞位置、养护单位管养范围等在地图上标注出来，展现在用户面前的是一张包 含所有与公路养护管理有关信息的地图。用户可以通过野外实时数据采集和在图 上以鼠标选择输入的方式，完成有关数据录入，然后进行系统处理，得到查询、 显示和输出结果。与传统数据库管理信息、系统中单纯、抽象的文字界面相比更 贴切、直观，使用户在实际工作中始终能更现实地纵观全局。另外，将公路的各 项要素与地理元素的空间属性联系起来，既可以从地图上的路段、桥梁、涵洞等 地理元素查询得到相应对象的数字、文档、图形、图像及视频、音频信息，也可 以以路段编号、桥梁编号等标识信息查询得到其空间方面的信息。对于公路养护 管理中的检测结果及调查得到的路面病害等动态信息，可运用可视化技术将数量 庞大的数据拟合到地理元素上，得到直观的复合地图，一目了然地了解道路或桥 梁的质量，为技术人员制定养护管理方案提供全面的参考。对非业务型的领导人 员来说，这一点尤其必要。 2 2 系统概念模型 本系统利用多功能数据采集车将数据进行实时采集，然后对其进行实地快速 分析，将分析结果存储到数据库中，同时可将分析结果在地图中显示出来，为管 理人员制定养护管理方案提供全面的参考，并为非专业的领导人员进行决策提供 实时、准确的依据。如图2 1 所示 g p s 儿何数据 平整度仪平整度数据 。l l u ：】l 贝克曼梁弯沉数据 摩擦系数测试仪一抗滑系数 叼阁湖 目视检测损坏数据 多功能道路 数据采集 画 黼 _ “。 墓昨 大屏幕显示养 护管理内容 图2 - 1 公路养护管理地理信息系统的概念模型 2 3 数据分析 2 3 1 数据源分析 ( 1 ) 公路数据源“” 公路数据：公路分为三个管理级别，即路线、区间及路段。路线指的是 某一条公路在本行政区域内( 如：省、地区内) 的全部。将路线按一定的划 分原则，依不同的特性划分为若干部分，每一部分称作一个区间。区间的 长度通常取为3 0 k m 。将区间按里程桩划分为若干个指定长度的部分，每 一部分称作一个路段。路段在路面管理中作为最小单位，记录路况的基本 数据，也是决策的基本单位。路段的长度通常取为1 0 0 0 m 。 路面实测数据： 弯沉数据( f w d ) 路面宽度小于9 0 m 且无中央分割带时，单向测量，测点间距一般为 5 0 m ；路面宽度大于9 m 无中央分割带时双向测量，测点间距可增加至1 0 0 m ， 双向测点应相互交错。分道行驶时双向都应测量，测点间距5 0 m 。本系统 数据库规定每公里最多测点设为2 0 点，最少测点为1 0 点。 6 s f c ( 抗滑性能) 在一般国、省道干线公路不要求测量此数值，对汽车专用公路( 高速、 一级公路) 需要保持较高的摩擦系数，因为在这种路面上，路面的制动条 件要对车速产生重要的影响。测量时，系统对此数据进行高密度采集( 1 0 m 或2 0 m 间距) 。 颠簸仪累积计数 测量时单项位移累计值每达到1 英寸( 2 5 4 r a m ) 记录器记录一个数， 此路段量测结束后，系统记录颠簸累积计数。 路面破损数据 路面破损数据每公里采样长度一般不小于2 0 0 m ，采集数据为破损的类 型，级别和长度( 如表2 1 所示) 。 表2 - 1 路面破损分类分级。3 破损类型分级外观描述分级指标计量单位 初期龟裂，缝细，无散落，裂 块度：2 0 一5 0 c m长度宽度 轻 区无变形块度： 5 m m 缝壁散落重，支缝多 轻缝壁无散落或轻微散落，无或缝宽：5 m m长度0 2 m 横裂重少支缝缝宽： s m m 缝壁散落重，支缝多 坑槽轻坑浅，面积较d x 1 m 2坑深： 2 5 n a r a 散松散轻细集料散失，路面磨损，路表长度宽度 类 重粗麻 粗集料散失，多量微坑，表面 剥落 沉陷轻深度浅，行车无明显不适感深度：2 5 m m 长度宽度 重深度深，行车明显颠簸不适深度： 2 5 m m 变 车辙 轻 变形较浅深度：2 5 m m长度宽度 形 重变形较深深度： 2 5 r a m长度x 0 4 m 类 波浪轻波峰波谷高差小高差：2 5 m m 拥包重波峰波谷高差大高差： 2 5 m m 其泛油 路表呈现沥青膜，发亮，镜面，有轮印长度宽度 它 修补损坏长度宽度 类 ( 2 ) 桥梁数据源 桥梁基础数据：桥梁普查数据，包括桥梁名称、桥梁桩号、桥类、桥梁 宽度、桥梁两侧道路宽度、桥下净高、桥梁长度、最小 曲率半径、主桥上部结构、引桥上部结构、桥台、支座、 伸缩缝、桥面铺装、桥墩等。 桥梁实测数据：对桥梁病害的描述性数据( 预应力筋锈蚀后截面面积、 混凝土破损、墩台病害、支座病害等) 。 ( 3 ) 空间图形数据源 背景数据：1 ：5 万省( 市) 级矢量数据( 8 0 坐标系) ，包括居民地、水 系、山峰、行政区划等。 专题数据：1 ：5 万省( 市) 级公路矢量数据( 8 0 坐标系) ，包括国道、 省道、县道高速公路、桥梁涵洞、隧道、养护道班等。其中 ，国道、省道、县道、高速公路为线采集，桥梁涵洞、隧道、 养护道班为点采集。 实时数据：g p s 数据。( w g s 8 4 - - 8 0 坐标系) g p s 信号输出时间间隔为o 2 s ，导航读取g p s 为每隔l s 采集一次。 由于n m e a 的数据格式有很多种，本系统处理n m e a 0 1 8 3 数据格式，其结构 如下： s g p r m c ，l7 2 4 0 0 ，a ，3 9 4 9 0 7 6 ，n ，0 7 5 3 2 9 2 5 ，w ，0 0 6 8 ，1 9 9 9 ，1 8 0 7 9 9 ，0 11 6 ，w 7 3 格式说明如表2 2 表2 - 2n m e a 0 1 8 3 数据格式说明。 式中数据含义 $ g p r m cg p s 语句起始标志 1 7 2 4 0 0 u t c j i m e ，格式“h h 埘s s ” a通信状态，值为a 或v ，卜数据有效，v 一警告 3 9 4 9 0 7 6n 纬度 0 7 5 3 2 9 2 5w 经度 0 0 6 8 速度 1 9 9 9 真实航向 1 8 0 7 9 9 u t c d a t a ，格式“d d m m y y ” 0 1 1 6w 磁偏移 * 7 3 效验和 c r l f 语句结束，回车换行符 与卫星正常通信，格式如下： $ g p r m c ，1 7 2 4 0 0 ，a ，3 9 4 9 0 7 6 ，n ，0 7 5 3 2 9 2 5 ，w ，0 0 6 8 ，1 9 9 ，9 ，1 8 0 7 9 9 ，0 1 1 6 ，w 7 3 没有和卫星取得联系，格式如下： $ g p r m c ，1 7 3 7 3 5 ，v ，1 8 0 7 9 9 ，* 3 b 根据n m e a 0 1 8 3 协议提取所需数据，其关键代码详见附录i 。 g p s 数据处理流程如图2 - 2 9 图2 2g p s 数据处理流程幽 在本系统中，g p s 提供了位置数据，包括经度、纬度、高度、速度等信息。 其中经度和纬度数据是w g s 一8 4 坐标体系的，而在我国的测绘系统中普遍使用的 却是西安8 0 坐标系。如果要使用g p s 数据，就必须把g p s 的w g s 一8 4 坐标体系数 据转换成西安8 0 坐标体系的数据。w g s 8 4 8 0 坐标转换方法详见附录i i 。 2 3 2 数据流程图 ( 1 ) 项层数据流程图( 图2 3 ) 采集数据 公路 养护 管理 地理 信息 系统 结果数据 图2 - 3 公路养护管理地理信息系统基本系统模型 ( 2 ) 0 层数据流程图( 图2 4 ) 采集数据- - 卜 结果数据 图2 - 4 系统功能级数据流图 ( 3 ) 1 层功能流程图( 图2 5 ) 厂 i 应用人员l 图2 - 5 功能分解后的数据流程图 1 层数据流分图1 ( 图2 6 ) 1 1 ti ，。_ 、 桥梁 d e i d e i 桥梁 数据 s e is e i 与评 s e ss e s - - - i 综合 评价 价 、- 一 1 层数据流分图2 ( 图2 7 ) 图2 - 6 桥梁养护分析功能分图 图2 7 道路养护分析功能分图 2 3 3 系统数据规划 公路养护管理地理信息系统涉及公路管理的多业务部门和多层面的管理工 作，因而它的数据组成既可根据不同业务领域按专业划分，也可根据数据技术特 点按类别划分，还可根据业务管理权限按层次划分。为了确定公路养护管理地理 信息系统数据框架，建立数据标准体系，首先应确定一个合理的、可行的、与现 行的业务管理相适应的数据划分原则，并分析研究数据间的相互关系、数据的采 集方式。公路养护管理地理信息系统数据划分，第一应根据数据自身的技术特 点；第二应根据其应用方面。因此可将公路养护管理地理信息系统所涉及的全 部数据源划分为两类：技术属性类和管理属性类。如图2 8 公路养护管理地理信息系统数据 管理属性类 养护资金、养护道班人 员、养护机械、养护建 设项目等管理数据 技术属性类 静态数据 空间构造 l 动态数据 j 1 一 磊面习 空间位置ll 几何构造 x y 坐 标 z 高程 外业实 内业采集 纵断面 横断面 构造尺 寸 平曲半 径 等方面 内业采集为主 外业采集为辅 路面 基本 数据 桥梁 数据 路面破 坝 桥梁病 害 内业采集外业采集 图2 8 公路养护管理地理信息系统数据规划 1 3 第三章公路养护管理g l s 系统总体设计 3 1 系统目标 通过对公路养护管理的研究，研发建立公路养护管理地理信息系统，将为公 路管理、养护和维修中的决策提供支持，主要实现以下目标： 1 ) 建立一个能够对公路养护管理提供真实准确、实时性强、可视化的地理 信息和管理信息的公路养护管理g i s ，并能快速双向查询、综合分析和动态更 新等等功能和操作，为公路养护提供管理、分析和决策的支持。同时，实现公 路养护管理的信息化、科学化和规范化，提高管理效率和决策的准确性。 2 ) 研究、设计和建立一个集空间地理信息、公路养护管理信息于一体的公 路养护管理信息数据库。它包括g i s 系统的空间数据库和属性数据库，并按照 统一的坐标系统、统一的数据标准建立包含各比例尺基础数据图、公路养护管 理专题地图的空间数据库。 3 ) 利用g i s 技术实现公路养护管理的可视化管理模式，并研究、设计和建 立公路养护管理的管理方法、规范过程和实施手段。 4 ) 建立一个比较开放的公路养护管理g i s 。在设计和开发系统时，采用标准 的、规范的设计和开发方法，为系统今后扩展留有余地，满足系统扩容和扩大 应用范围的需要，适应功能上延伸。同时将本系统与其他系统纳入到统一的框 架中，达到集成整合、融为一体的目的。 3 2 系统设计原则 通过上文对公路养护管理地理信息系统的分析，结合当今计算机技术的发 展，系统设计应满足以下原则： ( 1 ) 先进性和开放性原则 在系统设计与开发过程中，在确保系统实用的同时，要充分利用信息、技术 发展的最新成果，采用较先进的技术、设计方案，充分考虑技术的发展趋势，使 系统具有较强的扩展能力。 ( 2 ) 标准化和规范化原则 为了确保实现系统信息共享的目标，必须建立统一的标准和共同遵守的规 范，形成标准化的数据交换体系，以及系统开发的技术规程与标准。 ( 3 ) 实用性原则 最大满足公路养护管理的业务要求是系统的根本目标，也是系统设计的基本 出发点。系统按照实际的需要进行功能定制，不追求大而全，而是实现切实必要 的功能，使每个功能方便易用。 ( 4 ) 可靠性原则 保证数据库中的所有数据是实用并准确可靠：系统有很强的容错能力和处理 1 4 突发事件的能力，不会由于某个动作或者某个突发事件而导致了数据丢失，乃至 整个系统的瘫痪。 ( 5 ) 安全性和稳定高效性原则 系统采用严格的安全措施，可以实现数据导入、数据导出、数据编辑和数据 处理等环节中畸形数据的完整性保护，保证系统运行的安全和稳定。 ( 6 ) 高效性原则 将地理空间数据和公路属性数据进行无缝连接，以提高数据的调用速度。 3 3 系统结构设计 根据公路养护管理地理信息系统的要求，将整个系统分为4 大功能模块，分 别是数据采集模块、数据管理模块、信息查询模块和专题分析模块。其总体结构 框图如3 1 图3 - i 公路养护管理地理信息系统总体结构图 3 4 软、硬件环境设计 3 4 1 硬件配置 c p u ：p i i i8 6 6 以上； 内存：1 2 8 m 上，建议用2 5 6 m ： 硬盘：4 0 g 以上； 显存：8 m 以上，建议用1 6 m ； 一个以上串行通信口。 3 4 2 软件环境 ( 1 ) g i s 平台的选择 考虑到系统的易推广和经济性、实用性等的特点，本系统选择m a p o b j e c t s 作为g i s 开发的基础控件。 m a p o b j e c t s ( 简称m o ) 是e s r i 公司提供的一组的专供应用开发人员使用的制 图与g i s 应用组件，它建立在微软的对象链接和嵌入( o l e 2 0 ) 基础之上，由一个 称为m a p 的a c t i v e x 控件( o c x ) 和一系列可编程o l e 对象组成。m a p o b j e c t s 地图 控件可以直接插入到许多标准开发环境的工具集中，用户可以通过在诸如v b 、 d e l p h i 、v c + + 、m i c r o s o f ta c c e s s 之类的开发环境中建立的属性页操纵地图。 开发人员可利用m a p o b j e c t s 开发出资源开销小且g i s 功能强大的应用系统，同 时m a p o b j e c t s 还允许开发人员在现有的应用系统中添加g i s 功能，并且能与其 他图形、多媒体、数据库开发技术无缝集成，很好地解决了g i s 和m i s 综合应用 的问题。 m a p o b j e c t s 对象可分为六大类：地理匹配对象组、数据访问对象组、地图显 示对象组、几何图形对象组、投影对象组、实用对象组。 ( 2 ) 软件配置 操作系统：w i n d o w s 2 0 0 0 以上的操作系统； g i s 软件平台：m a p o b j e c t s2 3 ： 数据库软件平台：a c c e s s 数据库； 开发环境：v c + + 6 0 。 3 5 编码设计 在本系统中将所有的公路相关信息存储在a c c e s s 数据库中，g i s 自身所带 的数据库只存储一些公路基