（市政工程专业论文）基于GIS的路面管理系统.pdf

栏纪鹏：基丁g i s 的路面管理系统 摘要 路面管理系统( p m s ) 已经成为道路管理部门进行养护规划以及道路养护投资的重 要分析工具。本文在分析当前国内外地理信息系统( g i s ) 技术在路而管理系统应用的 基础上，明确了基于g i s 的路面管理系统相比传统路面管理系统的优势，总结了g i s 在路面管理系统应用的主要功能、目的、特点及发展趋势，初步探讨可将g i s 普遍应用 于地区级路面管理的可行性，设计出利用g i s 二次开发建立路面管理系统的结构框架， 并提出了各项功能实现的具体方法和模式。 本文的特点是将p m s 集成到g i s 软件平台中，将传统路面管理系统与基于g i s 的 路面管理系统相结合，根据公路管理者在实践提出的具体要求，兼顾了g i s 界面与传统 路面管理系统的优势，顺利实现传统路面管理系统到基于g i s 路面管理系统的过渡。 本文研究与实践的要点着重在系统丌发过程中，将地区级路面管理系统数据库组建 于g i s 平台上，并结合数据库建立原则，对系统的空间数据库和属性数据库进行了设计， 将两者进行链接建立路面管理系统数据库；对软件的开发模式和开发工具进行比对选择 后，应用m a p l n f o 软件与m a p b a s i c 语言，可将路面管理系统中采集系统的里程桩定位 参照系统转化为g i s 数据库中大地坐标定位参照系统，解决了路段动态切割、地理精 度等路线在g i s 中的要点问题；利用v i s u a lb a s i c6 0 与m a p x 控件、a c c e s s 数据库的 联合开发，实现地图与数据的双向快速查询；参照相关路面评价方法，开发相应的路面 使用性能分析评价模块，并实现系统设计的各项基本功能。 最后，本文在上述研究内容的基础上开发出了基于g i s 的地区级路面管理系统，并 阐述了该系统的各个组成部分和该系统的主要功能，同时叙述了基于g i s 路面管理系统 研究的结论，以及对该系统进一步的研究内容进行了展望。 关键词：路面管理系统( p m s ) ：地理信息系统( g i s ) ；数据库；二次开发 v 大连理工大学硕士学位论文 t h ep a v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng i s a b s t r a c t 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 ) h a sp l a y e da ni m p o n a n tr o l ei nb o t hm a i n t e n a n c e a n di n v e s t m e n to fp a v e m e n t sa sap o w e r f u la n a l y s i st 0 0 1 t h i sp a p e ra n a l y s e st h ec u r r e n t t e c h n o l o g yo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) a th o m ea n da b r o a da s w e l la st h e a p p l i c a t i o nt op m s t h ep r e d o m i n a n c eo fp m sb a s e do ng i si sd e f i n i t ec o m p a r e dt ot h e t r a d i t i o n a lo n e i td e p i c t st h em a i nf u n c t i o n s ，a i m s ，f e a t u r e sa n de x p a n s i o n a r yt r e n di nt h e g i s s a p p l i c a t i o nt o p m s i ta l s od i s c u s s e st h eu n i v e r s a lf e a s i b i l i t i e sa b o u tt h eg 1 s s a p p l i c a t i o nt ot h er e g i o n a ll e v e lp m s a n dw o r k so u tas t m c t a r a lf r a m e w o r k b yd e v e l o p i n gt h e g i ss o f e w a r et w i c ea n da l s os e tu pas t m c t u r a lf r a m i n ga b o u tt h ep m s t h ew a yt or e a l i z et h e f u n c t i o nm o d u l e so ft h es y s t e mi se x p l o r e dt o o t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h i sp a p e ri se x t e n d i n gt h ef u n c t i o n so fp m so ng i sp l a t f o r mf o r t h er e q u e s to fp a v e m e n tm a n g e r s ，c o m b i n i n gt h ep r e d o m i n a n c eo ft h ep m so ng i sa n dt h a ti n t h et r a d i t i o n ，a n dt h e nt h et r a n s i t i o nb e t w e e nt h e mi sr e a l i z e d t h ef o c u so fr e s e a r c ha n dp r a c t i c ei nt h i sp a p e ri sb e i n gp u to ne s t a b l i s h i n gt h ep m si n r e g i o n a ll e v e l sd a t a b a s eo ng i sp l a t f o r mi nt h ep r o c e s so fd e v e l o pt w i c e o nt h eb a s i so f a n a l y z i n g ag r e a tv a r i e t yo fd a t ai n f o r m a t i o n ，g e o g r a p h i c a ld a t a b a s ea n da t t r i b u t ed a t a b a s ea r e d e s i g n e da n dl i n k e d ，a n df i n a l l yt h ed a t a b a s eo fp m si se s t a b l i s h e do nt h ep r i n c i p l eo f e s t a b l i s h i n gd a t a b a s e a f t e rt h es e l e c t i o no ft h ed e v e l o pm o d ea n dt o o l s ，m i l e p o s tr e f e r e n c e s y s t e mi nt h ed a t aa c q u i s i t i o nd a t a b a s ei st u r n e di n t oe a r t hc o o r d i n a t er e f e r e n c es y s t e mi ng i s d a t a b a s eb ym a p n f os o f t w a r ea n dm a p b a s i cl a n g u a g e ，s o l v i n gt h em a i np r o b l e ms u c ha st h e c r e a t i o no fp a v e m e n ts e c t i o n sa n dt o p o c l i n ei ng i se t c s i n c et h ee l e c t r o n i cm a pi sm a d eu p w i t hd a t ac h a i n i n g ，t h ej o i n td e v e l o p m e n to fv i s u a lb a s i c6 0a n dm a p xc a nr e a l i z et h e i n q u i r yo ft h em a pa n dd a t u mb a s e do ng i s w i t ht h ec o r r e l a t i v em e t h o do fe v a l u a t i o no f p a v e m e n tp e r f o r m a n c e ，t h ep a p e re s t a b l i s h e st h ee v a l u a t em o d e la n do t h e rb a s i cf u n c t i o n s r e p r e s e n t e di nt h es y s t e md e s i g ns t a g e a tl a s t ，t h i s p a p e rh a s b u i l tap a v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do n g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e ma n da l s os u m m a r i z e dt h ec o m p o n e n t sa n df u n c t i o n so ft h i ss y s t e m a tt h e s a m el i m e , t h ec o n c l u s i o n so fp a v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng i sa r ep r e s e n t e da n d t h e p o t e n t i a lp r o s p e c t so ft h i ss y s t e ma r ed i s c u s s e d ， k e yw o r d s ：p m s ；g i s ；d a t a b a s e ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使， ； j 过的材料。与我同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：弛日期： 人连理i 人学硕十学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 导师签名 盘! 垒竖 幽刍 卅年月 t 崔纪鹏：基f g l s 的路面管理系统 第一章绪论 1 1 问题的提出 2 0 0 4 年底全困公路总坐程达到1 8 7 0 7 万公罩【1 1 随着公路网的逐步完善，公路管 理部门面i 旆的主要任务将从建设公路网转向养护、改建、维护和改善现有公路删，实践 己证明路面管理系统是进行公路养护管理的有力工具。我国己建立了一些网级路面管理 系统f 如c p m s ：c h i n ap a v e m e n tm a n a g es y s t e m ) ，但目日u 国内路面管理系统开发与实施 存在不可忽视的两个重要问题。一方面是管理人员( 决策者) 并不理解，也不习惯于使 用科学决策的方法：另一方面是所开发系统并不结合用户的实际情况，如路面管理的需 求及特点，系统实施的环境及条件等。因而，路面管理系统未能得到有效的应用，这种 系统只能是形式主义的产物，因而成为管理单位的“摆饰”。 我国地域“阔，各地区自然环境等客观因素差异较大，不分析各单位管理体制、机 构功能、建养经验、地区因素等不同，试图用统一的软件系统套住全国，用统一的模型 和参数覆盖全国，由于难以成为真萨的路面管理辅助决策分析工具。因此建立满足使用 者实际要求的带有地区级特色的路面管理系统，已经成为很多公路管理部门的迫切要 求。 1 2 研究背景 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，把有限的养护资会分 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 年代路面管理系统的内 容得到了扩充，技术也初步成熟。 幽内对路面管理系统的研究升始于上世纪八十年代，我国自1 9 8 4 年丌始引进了英国 的b s m ( s n a i t h ，1 9 8 4 ) 路面评价系统，“七五”期间存引进消化的基础| 二，通过国家 重点攻关项目“于线公路路而评价养护系统成套技术”的研究，建立了我国的干线公路 路面评价养护系统即路面管理系统c p m s ( c h i n ap a v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 最早 的路面管理系统是交通部公路研究所与英国合作在辽宁营口移植的地区级路面管理系 大连理t 大学硕士学位论文 统，“七血”期间是我国路面管理系统研究的高潮，丌发了，一系列省市级或地区级路而 管理系统。 潘玉利【2 j 、曾沛霖1 3 j 提出了我国普通公路网级路面系统的基本构架和一些模型。同 济大学和北京、广东省公路管理局合作进行了路面管理系统的研究工作，参考美国陆军 工兵团的p a v e r 系统，建立了普通沥青路面使用性能评价指标、评价方法和评价标准， 确定了路面大中修对一策的选择方法。刘伯莹j 6j 分析了网级路面管理系统的结构框架， 建立了砂石路面的对策分析、使用性能预估和经济分析模型。刘可p 】研究了水泥混凝土 路面使用性能的评价方法和指标、在预测路面使用性能时采用了马尔可大法，初步分析 了动态规划模型。目前正在全国范围内推广的交通部公路科学研究所研发的c p m s ，它 也是以个网级的路面管理系统，该系统中路面使用性能评价、预测、养护决策模型都基 于回归技术。申红平1 10 j 和参考文献应用传统方法分析了高速公路设施特别是路面的评价 体系、预测方法、养护决策，不适于我国高速公路路况数据较少的实际情况，采用的开 发工具仍是直观性较差的数据库。钟慧玲 “】在建立广东省高速公路数据库系统时，加入 了地理信息系统( g 1 s ：g e o g i a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 子模块，没有实现动态分段功能， 不能实现真正意义上的动态分析路况数据的功能。朱新实【8 j 和赵圆圆一j 建立的公路地理 信息系统，完成的主要功能是实现可视化、一些基本信息的查渤功能。庞红霞“”等只 提出了相关的系统理论，但未作实践检验。叶慧”做的管理系统局限于单条高速公路， 而目须有路线c a d 设计图做底层图。苗丽n 6 1 实现的河南省高速公路管理系统末实现路 段的动态分割，底层数据库组建不明了。实现最好是康彦民1 的河北省高速公路管理 系统，但此系统不能脱离c p m s 系统，只是其展示的子系统，未将数据库组建于g i s 平台，而且没有提供查询等功能。上述基于g i s 的路面管理系统仅局限于高速公路。 从国内外研究现状可知，路面管理系统的发展可划分三代 1 0 l ：第一代路面数据库信 息管理系统；第二代形成了路面管理系统的构架；第三代对网级路面管理系统的中长期大 中修项目规划进行了完善，以及可视化程度的增强。可见路面管理系统的结构体系已基 本成型即路面性能评价、路面性能预测和路而养护决策三部分，但针对每部分的模型 大家并没有形成一致的认识，还有一些基础性的理论尚须进一步深入研究，些模型还 须进一步标定和改进。组建基于g i s 的区域级路面管理系统顺应研究的潮流和和方向， 具有比较强的实用价值。 崔纪鹏：基丁g i s 的路面管理系统 1 3 建立基于g l s 路面管理系统的意义 c p m s 是困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t 程、结构工程、工程经济、系统工程及计算机技术，是公路养护工程 师路网评价、路况性能分所、养护资金需求及养护资金优化分配的决策工具。但传统 c p m s 的数据输出和查询仍以表格形式，数据的可视化程度不高。随着计算机技术的发 展和g 1 s 应用的普及，通过引入g i s 技术以进步丰富和完善p m s 的功能，己成为p m s 发展的必然趋势。 g i s 是最适于进行地理空间数据处理的计算机应用系统，公路具有典型的线形地理 特征，适于应用g 1 s 进行形象化管理的实体。道路除具有表征其几何、结构、性能等特 征的传统属性信息外，还具有表征其地理位置及其空间特性的空间属性信息。g i s 既可 管理对象的位置又可管理对象的属性，而且两者是自动关联的。由于公路数据所具有的 地理特性，道路路面信息的管理应当实现对传统属性数据和空间数据的同步处理，而传 统的路面管理数据库系统很难对其进行直观性操作。依托g 1 s 的图库和数据库，就可实 现信息的快速查询和分析处理。 我国地域广阔，自然环境复杂多变，差异较大，想用统一的软件系统套住全国是不合 理的；另外系统使用者的要求尤其不能忽视，管理者对于路面管理系统数据可视化等建 议的呼声愈来愈高，这就要求区域级的路面管理系统必须针对不同具体路网条件，对于 管理者实用性要强，而且具有地域特色。现有为数不多的几个公路路面管理系统，多数 仍采用传统的数据库管理方式，直观性差，缺少空问分析能力，本文适应计算机新技术 的发展，采用了直观性较好、善于处理空间分析功能的地理信息系统，应用动态分段技 术实现了公路网路用性能数据地动态显示、管理。 1 4 本文的主要内容 ( 1 ) 明确了基于g i s 的路面管理系统相比传统路面管理系统的优势，总结了g s 在路面管 理系统应用的丰要功能、同的、特点及发展趋势 ( 2 ) 系统的总体设计，包括：系统结构殴计，系统功能设计，开发方式、丌发平台的分析选 择，系统软硬件环境设计，用户界面设计； ( 3 ) 数据库没计，完成属性数据库与空间数据库的结构设训： ( 4 ) 建立路网基本数据库，包括数据的录入、地图数字化、电子地图分层等数据处理过程； ( 5 ) 建市数学分析模型，根据路面使用性能评价指标、评价标准和评价方法，编程实现使 用性能评价的多个模型。 大连理工人学硕士学位论文 ( 6 ) 数据管理、图形管理、应用分析、系统管理模块的开发，编程实现数据查询、专题图 生成、性能评价、图表展示输出等功能的实现。 ( 7 ) 完成系统的集成 路面管理系统的建立是一个比较庞大的t 程，需要长时间的开发和完善。由于公路 预测和养护维修子模块包含大量的模型，需要大量的数据，因而此部分研究的重点侧重 于建立一套适合我国公路管理体制的软件设计结构、理论和方法体系，而不是全部系统 功能的实现，这部分会随着日后数据量的充实而逐步完善。 崔纪鹏：基于g i s 的路面管理系统 1 5 本文的技术路线 _ l j 户需求调台 统计资料调查 * 资料搜集 m i 行歧医划、公路网地图 乐绩总话磊巧覆颈砭再 函i 蕊矗再r 磊甄甄舂囊矿 l l 。 系统的软件和 蹙件环境 墨堑丛堡苎塑_ _ 系统集成 h 1 1 坎术路线 f i g1 1 t e c h n o l o g yr o u t e 数据席垃i 数 据 坝 处 理 数据岸操作 数 瓶 据 时 库 数l 。 据 库 牛 成 地 图 链 接 _ _ 属性数据库设计 t 懦倭惯i；二二卜 ，盔悟旧卅叫 大连理r 夫学硕十学位论文 第二章、g is 与路面管理系统的结合 2 1 概述 随着我国经济的发展，公路里程和公路等级不断提高，对公路管理提出了更高的要 求。虽然几年前就己出现了路面管理系统、桥梁管理系统等，大大提高了工作的效率， 但它们都是采用传统的数据库方法，即使用文本数据库来表示信息与信息之间的关系， 最多通过些扫描的图片来代表一些图形信息，增加直观性。但公路是具有空问特征的 线状构造物，具有鲜明的地理特征，这就决定了在研究公路这个对象时，仅仅用文本形 式来表达数据是不够的，在描述地理位罱关系时，可能- - n 陶就能说明问题，而用很多 文字也解释不清楚，甚至将一些重要信息隐藏在文字背后，给使用者带来不便，因而脱 离地理信息对公路进行抽象，势必使公路模型在实用性、准确性和完备性方面大大降低。 因此，为了有效地掌握公路资源，令面了解公路布局，公路数据应与地理信息联系起来。 也就是说，有关公路的路况、沿线环境、交通量等信息应能以图形方式盟示。这样，即 直观形象，又清晰。g i s 技术实现了图形和数据的结合，以数据可视化的方式，提供一 种崭新的决策支持方法。 本章的研究技术路线 幽2 i 本章技术路线图 f i 9 2 1t e c h n o l o g yr o u t e o ft h i sc h a p t e r 崔纪鹏：基于g i s 的路面管理系统 2 2g i s 的基本理论 2 21g i s 的定义 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) ，是在汁算机软件和硬件系统的 支持下，以地理空间数据库为基础，采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表 面与空间和地理分布有关的数据，为地理研究和地理决策服务的空间信息系统。地理信 息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形 数据、遥感图象数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分靠的各种现象 和过程，解决复杂的规划、决策问题。g i s 实现了图形和数据的结合，以数据可视化的 方式提供一种崭新决策支持方法。从卜面的定义可知，它具有以下三个方面的特征1 1 9 1 ( 1 ) 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性。 ( 2 1 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型为手段，具有区域空f 叫分析、 多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息。 ( 3 ) 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的 或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生更加有用信息。 2 2 2gj s 应用软件的组成 一个完整的g i s 应用系统包括数据采集设备、计算机硬件、g i s 软件、g i s 数据及应 用软件。其中数据采集设备、计算机硬件及g i s 软件是可以直接购买的。应用软件是针 对不同应用系统的要求由系统没计人员开发的。数据则是根据不同g i s 应用系统所需数 据的彳i 同，部分或全部采集的。 按照g i s 中的数据流程，可以将g i s 处理、分析地理空间数据的过程划分为数据采 集、数据编辑、数据管理、数据查询分析及数据输出等五个主要过程，如图( 图2 2 ) 数据输入 地理数据库f ( 数据管理) ，陌獗五i i 芬百 t 一 数据输出“ 蚓2 - 2g i s 的土盟软件模块 f i g2 - 2 m a i nm o d u l eo fg i s 大连理| 大学硕卜学位论文 2 3g i s 的空间数据模型 g i s 的数据模型是g i s 系统中的基础组成部分，g i s 的数据分为空间数据( 地理数据) 和属性数据( 非地理数据) 【2 “，他们分别有小同的特性、存储方法及表现方法。g i s 中 空间数据的单元是抽象化的点、线、面数据对象，其属性数据的具体内容，一般要比空 间数据灵活，原因是其在很大程度上依赖于系统设计对属性数据的内容和处理要求。如 “道路”属性的描述，可以有名词、起点、到达点、长度、路宽、路面性质、路面等级 等。这些属性数据，对不同的信息系统，就有着各种选择的较大灵活性。所以，同是点、 线或面的空间数据类型，其属性数据会千差万别，或完全不同。图2 3 给出了g i s 地理数 据及非地理数据的示例。 政区名称1 政区b 名稚2 g3 0 6 国遘名称1 s 2 13 省遣名称2 地点x 位置 地理数据非地理数据 图2 3g i s 的数据分类 f i g2 - 3d a t a st y p eo fg i s 属性数据要随应用而变化的随意性，决定了它不可能有统一的数据格式，因而从数 据结构角度也难建立备数据项之f 白j 的彼此联系，所以，g i s 矢量数掘模型下的属性数掘， 只能处理为“属性向景”形式，即将各属性项看作彼此无关的“独立量”。( 如图2 4 ) 崔纪鹏：基丁g i s 的路面管理系统 | 百百_ t 1 磊 ；i _ r 1 面1 二_ 广：磊i 一i i 。j ，j 一 图2 4g i s 的属性数掘模型 f i g2 - 4a t t r i b u t ed a t am o d u l eo fg i s 在g i s 的矢量数据模型中，由于空问数据( 地理数据) 和属性数据( 非地理数据) 采用了完全不同的数据结构模式，为实王见空问数据对象与其属性数据的统一，就必须江 将这两者连接起来。这通常通过一个共同的内部标识来实现。具体实现方法就是对所有 的空间数据对象( 对应一定结构的图形对象) 类，在其数据结构中建立一个唯一的标识 字项，而在描述该空间数据对象的属性数据表格中，也建立一个这样的唯一的标识字项。 这样，无论是从空间数据对象查找其对应的属性信息，还是从属性数据记录中查找符合 条件的空间数据对象，都叫以通过这个标识字进行。譬如，当用鼠标点击某地理对象时， 系统返回该地理对象的内部标识码，通过这个内部标识，就可以在属性数据表格中查询 到这个地理对象对应的属性信息( 如图2 5 ) 图2 5 空间数据与属性数据的连接 f i g2 - 5t h el i n kb e t w e e na t t r i b u t ed a t aa n dg e o g r a p h i cd a t a 人连理j 。大学硕士学位论文 2 4g is 的基本功能 ( 1 ) 数据采集与编辑 主要用于获耿数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值 逻辑一致性与正确性等。g i s 将数据抽象为补同的层的实体的地物要素，按顺序转化为x ， v 坐标及对应的代码输入到计算机中。 ( 2 ) 数据存储与管理 空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能；在地理数 据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。因此地理信息 系统数据管理功能，除了与属性数据有关的d b m s 功能之外，对空间数据的管理技术还 包括：空间数据库的定义、数据访问和提取、从空问位置检索空间物体及其属性、从属 性条件检索空间物体及其位置、开窗和接边操作、数据更新和维护等。 ( 3 ) 数据处理与变换 初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构的 数据间变换，耗时、易错等尽叮能避免；数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变 化等。目前地理信息系统所提供的数据概括功能极弱，与地图综合的要求还有很大差距， 需要进步发展。 ( 4 ) 空间查询与分析 空间查询是地理信息系统以及许多其他自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分 析功能；而空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其他计算机系统 的根本区别，模型分析实在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的 问题，它是地理信息系统应用深化的重要标志。 ( 5 ) 数据显示与输出 g i s 为用户提供了许多地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，电可以 是诸如报告、表格。地图等硬拷贝图件。图形输出g i s 产品的主要表现形式，包括各种 类型的符号图、点值圈、等值线圈、立体图。 2 5 路面管理系统的基本组成 路面管理是以有组织的方式把同路面有关的各个方而组合在一起，从采集处理和分 析各路段的数据，到鉴别目前和今后的养护和改建需要，到编制改建利养护计划，到通过设 计、施工和养护实施这些计划系统足在各方面活动之问建起联系和协凋关系 崔纪鹏：基丁g i s 的路面管理系统 路面管理系统建讧和实旋的目的是帮助管理部门改善所做出的决策效果，扩大决策 的范围，为决策的效果提供反馈信息，以积累管理经验，并保证部门内各级巾位决策的协调 一致性路面管理系统从功能上划分，一般由数据采集系统、数据库管理系统、网级路面 管理系统、项目级路面管理系统四个部分组成： 图2 3 路血管理系统基年组成 f i g2 - 3t h ec o m p o s i t i o no fp m s 路面管理系统中的数据采集系统，是运用客观而科学的数据采集方法，采集路面状 况数据，建立路面使用性能预估模型，进行路面使用性能的评价，并对路面性能满足使用要 求的程度做出判断利用这一判断，可以判别路面状况是否适应目前的交通和使用要求， 了解路网的服务水平，确定路网内那些路段需要采取养护和改建措施以及采取什么措施 较合适为之选择相应的养护和改建埘策，并作为项目优先排序的一项依据路面管理系 统中，数据采集系统需采集的路面状况数据主要有：平整度、路面损坏、结构承载力和抗 滑能力四个方面，是道路养护和改建计划编制的依据 数据库管理系统由路网参照系统、数据文件和数据管理三部分组成路面管理系统 是借助于计算机技术进行路面养护评价、预测、分析和决策的计算机辅助决策系统擞据 库是这一系统的基础系统所需的各种路况数据以不同的方式采集后输入计算机，通过 数据库加以处理和管理，为系统的网级项目决策提供所需要的数据数据库通常包含下 述几类信息，设计和施工方面数据：道路等级、几何参数、路面结构和厚度、所用材料及 其性质试验结果等：养护和改建方面数据：曾采取过的养护和改建措施的类型、日期和费 用等；路面使用性能方面数据：环境( 降水、温度等) 、交通( 日交通量、标准轴载) 和 单价等， 火连理t 大学硕士。学位论文 2 6g i s 与路面管理系统的结合 26 1 将路面管理系统组建于g i s 平台的优势 g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是一种决策支持系统，它以地理空间数据库为基 石j | ；，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的信息。基于g i s 进行路而管 理系统的开发，使道路的管理与道路的地理信息相结合，通过对地理地图信息的查询， 同时获得道路空间信息和属性信息，使管理更加直接、形象。 道路除具有表征其几何、结构、性能等特征的传统属性信息外，还具有表征其地理 位置及其空间特性的空间属性信息。g i s 既可管理对象的位置又町管理对象的属性，向 且两者是自动关联的。由于公路数据所具有的地理特性，道路路面信息的管理应当实现 对传统属性数据和空间数据的同步处理，而传统的路面管理数据库系统很难对其进行直 观性操作。依托g i s 的图库和数据库，就可通过鼠标来实现信息的快速查询和分析处理。 g i s 的空间分析和统计运算功能，可以提供全局和细节的分析结果，实现了数据的可视 化，在处理地理特性和空间分析上具有无法比拟的优势。 2 6 2g i s 在路面管理系统中能实现的具体功能 结合g i s 的特性和路面管理系统的功能特性，g i s 可在公路管理中应用的功能如下： 基本的地图管理 公路管理部门可以借助于地图进行公路管理。公路图除包括行政区划外、城市、村庄、 铁路及水系等一般信息外，还能特别包括与公路有关的信息如，公路名称、走向、等级、 罩程等。应用g i s 独具特色的地图表现能力，将公路及相关信息可视化是g i s 在公路管理 中应用的基本功能。 基本地图管理操作包括地图的数字化及修改、放大、缩小、漫游、图层控制、坐标转 换和地图的输出等功能。公路信息是变化的信息。各地每年都有大量的新建、改建的公路， 利用g i s 可以方便、迅速地将这些变化反映到地图上，形成新的公路图。 专题图管理 专题图是在基本地图上，以不同的方式显示属性信息所形成的地图。利用专题图可以 直观地了解属性信息的基本情况，如道路等级图、交通量图等。 专题图中的线划图可利川线的宽度及颜色的变化反映线的属性数据。公路在地图上是 线形结构，凼此线划图在公路管理g i s 中应削最为广泛。可以利用不同颜色的线表示路面 的不同使用性能。同样，可以用不同颜色和宽度的线描述路网交通量大小变化。 属性数据管理 崔纪鹏：基于g i s 的路面管理系统 路面管理系统中的数据多数具有空间属性，如路线编码、交通量及路况数据、评价、 预测及决策等结果等。将这些数据进行地珲编码，建立地图要素和属性数据数据之间的关 系，就可以方便地在地图上显示路面管理系统的数据。 由于路面管理系统数据是g i s 属性数据的一部分，路面管理系统的数据库管理、分析、 预测、决策等功能对于g i s 来说，就是对其属性数据的管理。 数据查询 在g i s 应用系统中，操作者可以在与地图要素卡h 关的数据库中设定查洵条件，选定 的数据在地图上显示出来。这是g i s 巾最具有代表性的数据可视化功能。g 1 s 的数据查 询是公路管理中常用的查询方法。操作者可以通过数据查询，了解数据所在位置。 空间查询 与数据查询相反，空间查询是通过空问范围的选定查询在此范围之内所选相关信息 的属性数据。可以在地图上直接点击要查询的路段图元，系统可以在数据库对应的路段 信息展示出来。例如，确定据地点距离在5 0 k m 以内的路段，只要在屏幕上以该地点为 圆心画一个5 0 k m 半径的圆，电子地图就会显示这一范围内所有的路段在地图的位置及相 关信息。 最佳路线选择 利用g i s 的最佳路线选择功能，可解决从甲地出发到乙地，走那条路线最近的问题。 最佳路线选择就是确定在给定条件下从甲地到乙地的最佳路线。至于给定条件，可以有 许多中选择，如里程最短、油耗最小、等级限制、载重限制等、 缓冲区域分析 例如，建一条高速公路会对沿线一定范围的经济发展产生影响，高速公路的每个h f _ ：_ 】会对此为中心的区域经济发展产生影响，公路会对沿线环境产生影响等。g i s 的缓冲 区域分析可以辅助进行类似的分析工作。 空问关系分析 各种地图要素要以不同图层的形式由g i s 进行管理。g i s 中图层与图层之间的关系的 分析称为空间灭系分析。例如，河流和公路在g i s 中作为不同的图层，若分析某一河流 对公路网的影响，则需要进行空问关系分析。 263 基于gs 的路面管理系统对传统路面管理系统的影响和转变 根掘g i s 存路面管理系统中的功能实现，可以总结出基于g i s 的路面管理系统使传统 的路面管理系统发生了如下转变： 大连埋上：人学硕士学位论文 对数据采集方面的转变：g i s 的数据采集项包括空间数据和属性数据。空问数据可通过野 外测量、遥感、数字化等技术手段获得地图信息，以电予地图的形式存储到数据库中。 属性数据除了般的数据之外，还包括各道路空间地理位置的行政或地域属性，以及空 间数据和属性数据之间的对应关系，并且属性数掘的采集应按照g i s 的要求对数据项做 出适当的改变。 对数据库结构的改变：由于g i s 的空问数据的特殊性，一般对系统的空间数据和属性数据 采用分开管理的方式。对空问数据的管理采用基于拓扑数据模型的文件管理方式，使之 符合基于空间要素的查询、分析和输出；对属性数据的管理仍采用关系型数据库。在属 性数据和空间数据之间通过一定的方式建立两者之问的联系。 对模型库的改变：基于g i s 的路面管理系统，在评价、预测和决策模型中空间地理位置之 问的相互关系和相互影响可以得到考虑。例如在决策分析中，一个路段或单元的邻近区 域的养护对策的选择，对本单元的选择的影响和统一，在决策分析模型中可以考虑。 对道路管理方式的改变：g i s 在路面管理中应用，使道路规划、交通规划、城市规划等相 结合成为可能，交通量的预测和交通量对养护方式选择的影响，以及养护对策的实施对 交通控制和交通规划的影响等都将成为决策时考虑的因素。 崔纪鹏：基于g i s 的路面管理系统 第三章基于g ls 的路面管理系统的设计 3 1 概述 基于g i s 的p m s 设计是一项负责的系统工程，一般也要采用结构化的分析与设计思想， 即白上而f 地划分模块，逐步求精，其要点为： ( 1 ) 保证系统总体功能的实现为最高目标 在研制系统的各个阶段，要始终贯穿系统的观点，即以保证系统总体功能的实现为最高 目标。 ( 2 ) 用结构化方法构筑g i s 的逻辑设计模型 结构化方法构筑g i s 的逻辑设计模型，其实质就是使用系统的分解技术，将复杂的系统 问题逐步细化 ( 3 ) 连续有序，循环往复，不断提高 g i s 系统设计是一个需要多次反复，并逐步提高、完善的过程。初步的设计望望需要经 过与用户和专家多次讨论与切磋，反复修改与完善，才能最终确定。 ( 4 ) 面对用户的观点，即要最大限度地满足和方便用户 基于g i s 的设计，和其他各种类型的信息系统一样，都是为特定的用户服务的。系统的 优劣评价也往往以用户的满意为最大标准。所以，最大限度的满足和方便用户，是系统 设计的基本方法，也是系统设计的重要原则之一。 本章的研究技术路线如图3 1 所示 大迩理 ：大学硕士学位论文 图3 1 本章研究技术路线 f i g3 - 1t e c h n o l o g yr o u t eo ft h i sc h a p t e r 3 2 系统总体设计 系统的总体设计，旨在建立系统的逻辑设计模型。系统设计的首要工作，就是从相 对宏观的角度把握系统的建设。一般在明确系统目的、任务、目标等原则问题的基础上， 确定系统目标，根据系统的应用目的和需求分析的结果将系统要达到的摧本要求具体 化。 对基一j 二g i s i 苷, j 管理系统总体设计的首要把握是要明确g j s 的数据流程和功能结构。从 数据流程和系统结构上看，数据进入数据库之前的部分为系统的数据准备部分，数据进 入数据库后的部分为系统数据的应用部分。从应用上讲，地理信息系统的功能主要是系 统数据的应川部分，也就是窄问信息查询、简单地理分析、应用模型分析和地理制图。 基于g i s 的路向管理系统设计，主要是根据需求分析的结果，为用户选择合理的应用功 一 磋纪鹏：基丁g i s 的路面管理系统 能。至于这些应用功能的具体实现，则要看具体情况而定，如果所选择平台t 具不具备 这些功能时，就必须考虑自行开发。 l 图3 2 基于g i s 的路面管理系统的整体设计 f i g3 - 2t h eh o l i s t i cd e s i g no fp m s b a s e do l lg i s 3 2 1 确定系统目标 在实际路而管理过程中，管理人员要求快速便捷的获取路面现状的各项数据，具体 数据能够形象化的表达，对数据进行有效的查询分析、统计汇总等管理工作，而传统路 面管理系统中的数据库模式由于数掘获取不直观、工作效率低，满足不了这样的需求。 因此基 ? g i s 的路面管理系统设计的出发点是满足道路管理部门路网分稚、路况查询、 人连理l 一人学硕士学位论文 性能评价、报表及图像输出等系统功能。系统的设计要达到兼顾使用者对路况的总体及 局部把握，具体来说应实现以i - 目标： ( 1 ) 数据与路网地图的管理操作 系统对数据及电子地图的读入，并提供对电子地图图层检查、图层设置、地图漫游、 添加标签文字，地图导出等功能。 ( 2 ) 查询检索 既要有属性数据内的查询，也要有图像和属性信息的双向查询，提供多种地图空间 查询方式。实现对查询选项的设置、查询结果的导出功能等功能。 ( 3 ) 专题图生成 根据底层的属性数据，设置专题图生成选项，动态生成各类数据专题图，提供专题 图漫游等操作，实现专题图的导出。 ( 4 ) 图表生成 对路网性能、评价等数据，利用直方图、饼形图、条形图等分析统计，提供图表的 输出和打印功能。 ( 5 ) 路面管理系统数据模型计算模块 实现路面管理系统按多种评价模块评价的计算模块，计算结果自动导入数据库。限 于数据缺乏及时间紧迫等原因，预测及养护分析模块尚未丌发完成。 3 2 2 系统结构设计 根据系统目标，按照结构化系统分析与设计的思路，结合g i s 功能实现的特点，地 区级基于g i s 路面管理系统分为七大模块：属性数据管理模块、空间数据管理模块、数 据模型计算模块、数据奄询模块、专题图生成模块、图表生成模块、系统管理模块。系 统总体结构如图3 3 所示 崔纪鹏：摹丁g i s 的路面符理系统 属性数据管理模块 皋于g i s 的路面管删系统 空间数据管理模块数据模型计算模块数据占询模墁 一二二