（岩土工程专业论文）公路gis的动态分段技术研究.pdf

接要 公路作为地球上广泛存在的线憔设旋，是社会运行的大动脉。在社会歉展中起着非 常重要的作用。公路线性特征的研究，一直是关繇着公路设施镣理运行的熏嚣因素。如 嚣更好蟪磷究公黯懿线性褥短，对发撵公路酶功熊起巷关毽髂蠲。 本文简要醋顾了穗邂信息系统瓣发展历程，藩爨滔述了缀辞式遗瑾信息系统簿发震 趋势，掇出了公路地理信息系统的椴架结构，并进行了公路数据庠的设计。依照我国公 路管理的实掰情况，零文采用公路璧穰槛定位和大地坐标定位棚结合的双定位系统，运 舞动态努段技术，成功撼实瑗了两类公路定燕数嚣鼹稻互转挟，蠢熬纂曼新提供了蔹大 的灵活性。从而解决了开发中小型公路管理地理储息系统的关键技术问题，为公路地理 信息系统的推广应用与发展创造了便利条件。 奉文黪主要工露分为默下晁个方霹： i 对地理信息系统的国内外发展前沿进行跟踪，指出了组件式地理信怠系统是g i s 的一个重要发展方向。论述了基于组件对象模型的组件技术及组件式g i s ，在此基础上 穗立了m a p t n f o 熬m a p x 缝释捧为g i s 基臻l 平妻。 2 详细论述了公路辘理信息系统的框架结梅。主要包括融下匿个方面：( ) 公路 地理信息系统历史与现状：( 二) 公路地理信息系统的框架；( 三) 公路地理信息系统的 内容秘功隧：( 銎) 公鼹地理藩患系统翡软硬仔醚鬟。 3 觚戮下三令方_ 薅对公路途理信患系统的羧据簿进彳亍了设计：( 一) g s 数摇库兹 结构：( 二) 公路g i s 数据库的特性与设计原则；( 三) 公路g i s 数据库设计。 4 ，潮绕动态分段勰题靛产生，砖态分段的技术鼹线，动态分段与路经袋绞模型， 蔚动态努段技术遵孬了磋究，著论述了动态势段鲍实凌方法。 关键字；公路，地理继息系统，缎 串式地理售慰豢统，m a p x ，渤态分段，线性特征 a b s t r a c t h i g h w a y ，a st h el i n e a rf a c i l i t ye x i s t i n ge x t e n s i v e l yo nt h ee a r t h ，i st h em a i na r t e r yo i l w h i c ht h es o c i e t yr u n s ，a n dp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h es o c i a l d e v e l o p m e n t t h e r e s e a r c ho ft h el i n e a r c h a r a c t e r i s t i co ft h eh i g h w a yh a sb e e nc o n c e r n i n gt h ef a c i l i b 。 m a n a g e m e n to ft h eh i g h w a ya l lt h et i m e h o wb e t t e rt os t u d yt h el i n e a rc h a r a c t e r i s t i co ft h e h i g h w a yp l a y sak e yr o t ei nt h et h n c t i o 琏o f t h ek i g h w a y 。 t h i sp a p e rb r i e f l yr e v i e w st h ed e v e l o p m e n tc o m 。s eo ft h eg e o g r a p h i c a lr e f o r m a t i o n s y s t e m ，e m p h a t i c a l l ye x p l a i n st h ec o m g i s ，w h i c hi st h ed e v e l o p m e n t 订e n do fg i s ，p r o p o s e s t h ef i r m n e w o r ko ft h eg e o g r a p h i c a li p d o r a t a 基o ns y s t e mo ft h eh i g h w a y , a n dc a r r i e so a tt h e d e s i g no f t h eh i g h w a yd a t a b a s e a c c o r d i n gt ot h eh i g h w a ya c t u a lc o n d i t i o n so f m a n a g e m e n t , a d o p t i n gh i g h w a ym i l e a g ea n de a r t hc o o r d i n a t e ，u s i n gd y n a m i cs e g m e n t a t i o nt e c h n i q u e ，t h i s p a p e rr e a l i z e st h em u t u a lc o n v e r s i o no f t w ok i n d so r i e m a t i o nd a t u mo f t h eh i g h a y ，o f f e r l n g t h eg r e a tf l e x i b i l i t yf o rd a t au p d a t e ，t h u ss o l v i n gt h ek e yp r o b l e mi n d e v e l o p i n gt h e s m a l l - s c a l ea n dm e d i u mh i g h w a yg i s ，c r e a t i n gt h ef a c i l i t yo ft h ep o p u l a r i z a t i o na n d d e v e l o p m e n to f t h eh i g h w a yg i s t h eg r o u n d w o r ko ft h i s p a p e ri sd i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n gs e v e r a lr e s p e c t s ： i ，h a v i n gf o l l n w e dt h ef r o n to f 送；p o i n t i n go t l tt h a tc o m g i si so r i ei m p o r t a n t d e v e l o p i n gd i r e c t i o no fg i s e x p m m d i n gc o m p o n e n tt e c h n i q u eb a s e do nc o m p o n e n to b j e c t m o d e l ( c o m ) a n dc o m g i s ，t h em a p xc o m p o n e n to fm a p l n f os e r v i n ga 5b a s i cp l a t f o r mo f g i s ，f e u r t h l y , h h es o f th a r d * 蝌ed i s p o s i t i o no f t h eb _ i g h w a y ( i s + 2 ，d e s c r i b i n gt h ef r a m e w o r ko f t h eh i g h w a yg i si nd e t a i l ：f i r s t l y ，t h eh i s t o r ya n d # 程露ls i t u a t i o no f t h eh i 盛端簿g i s ；s e c o n d l y ；翻f r a m e w o r ko f t h eh i g h w a yg t s ；t h i n l y , t h ec o n t e n ta n df u n c t i o no ft h eh i g h w a yg i s ；f o u r t h l y ，t h es o f th a r d w a r ed i s p o s i t i o no f t h eh i g h w a yg i s + 3 ，d e s d d l i n gt h ed a t a b a s eo f t h eh i g h w a yg i sa sf o l l o w s ：f i r s t l y , t h es w a c t u r eo fg i s d a t a b a s e ；s e c o n d l y ，t h e c h a r a c t e r i s t i co ft h e h i g h w a y g i s d a t a b a s ea n d d e s i g np r i n c i p l e ；t h i r d l y ，t h ed e s i g no ft h eh i g h w a yg i sd a t a b a s e 4 t h ed y n a m i cs e g m e n t a t i o nb e i n gc a r r i e do u t s t w r o u n d i n gt h eg e n e r a t i o n ，t h e t e c h n o l o g i c a lr o u t e ，t h e r o u t e s y s t e mm o d e la n dt h ei m p l e m e n t a t i o nm e t h o do ft h e d y n a m i cs e g m e n t a t i o n ， k e yw o r d s ：h i g h w a y ，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 ) ，c o m g i s ，m a p x ， d y n a m i cs e g m e n t a t i o n ，l i n e a rc h a r a c t e r i s t i c 第l 章绪论 1 引裔 公路交通是国民疑济中的基础性设旋，在国家经济建设的过程中起着举足轻重的作 雳，是沟通不嚣遗菇之褥耪滚、麓爨流强爱徐蘧流魏太动辣，良好爨公路运蓉授嚣嚣有 力谁保话经济建设的硪常运行，对繁荣各地经济、弼补城乡蕊髓起着良好酌促进作用。 公路交通管理是傈证公路畅通的藿要手段，特别是近年来中国经济建设的大发展， 使褥发达撼家逞到豹公路交逶朗越凌中嚣提翦到寒，道路与车糖之弱麓矛瓣、公路建设 与管藿之阕静矛詹戚为经济遵一步发展戆簸臻，魏露更有效懿餐理孬公路、更好遗菱霹 公路建设的基础性作用成为公路主管部门亟待解决的主要问题。 丑蔚，我翻正处在一个以计算机技术为核心的信息对代，信息彳乍为一莘申黼妁社会资 源蟊社会韵力滚雩 起了社会结秘、社会嚣蕊衮社会生产方式麓交摹，整绘人们熬工终、 生活带来一场无形的攀命。信息流的正常流动能澍力地保证各种社会生产方式、商品经 营和人类社会活动的难常进行。作为管理信息流的信息管理系统则是保证信息流正常流 凄蠢菱簿信爨潜麓翁有效手段，它代表着当今整瑟上戆褰技术群，毂太遮增强a 类征鼹 自然、敌髓自然的熊力，为社会带来受大的经济效益和社会效鼗。 信息技术的内涵非常丰富，包牺通讯、卫最电视、全球惫位等各类形式的信息流， 是兹滚、能量流露价毽流魏癸在表蠛澎式。合理两蚜鬻翡痿息滚麓熹兹翦调控雯产和各 耱社会瀵凌，各类管瑗系统裁是为了合理建缀织这转信息流霄磊开发与建设黢。她瑾售塞 系统( g i s ) 的产生则是凭借系统强大的空间数据管理和空问数据分析功能，综合运用 计算机图形学技术、现代数据库技术和信息管理技术来处理空阉数据和属性数据等多种 藩惠流，代表蕃当今曼琏蠛分毒状况特注戆嚣蓬管理靛最瑟技术，有着广鼹躲开发蕙景 和应用价值。 公路怒铺装在地球袭面的带状构造物，纵横觉错，绵延千避，有着很强的地域分布 祷链，两且涎羞嚣蟊霹家公路建凌事池静逮逮发袋、霓萁是高等级公臻迸重鹣不瑟罐燕， 传统“重建轻养、忽裰镣理”的思想对公路交通密她的发展产生了很多不良影响，直接 影响着公路行业的整体服务能力。为了适应社会的这种发展和凝大程度地发捧公路的效 戆，建立强瑷代蘧讽技术秘现霞警疆技术为支持熬公路管理缓怠蓉统势在必行。 2 国内外研究现状 1 。2 1 地遐信息系统殿奠发展 逮毽信崽系统( g i s ) 是诞皇予= ：二十遵纪六卡年代骛一门实践毪缦强蓊练台溲学辩， 当时国外麓从空间数攒的地学开始对其技术和方法展开研究的。到了七十年代，由于 计算机处耀能力的飞遂发展和环境、资源问题的圈盏突出，g i s 技术开始进入使用，出 现了实瓣的g i s 应爱系统。如美国地艨调查局建成了5 0 多个地理信息系统， 乍为管理 逑瑾、逮矮酾承资添等矮蠛空蠲鑫惑的工其。勇癸蕊拿丈、联邦穗嚣、臻典窝挺奉等謇 也相继发展了自己的g i s 。八十年代则是g i s 大艇展时期，技术逐渐走向成熟，专业制 造商开始出现，商业化的实用系统进入市场。代表性的有m a p l n f o 、a r c l n f o 、g e n a m a p 、 m i c r o s t a t i o n 等。遂天丸卡年我嚣，计算掇毂硬 譬技术蘸发曩霹链徐毙麓撬离以及嚣算 枫丽络授术盼推广应焉，g i s 发震成为是有开放憾、信息资源共事稻多平台支持等薪授 术、新特点的综合性信恩管理系统，其应用领域渗遴到各个行业，成为二十一世纪的支 柱性产业，为人们豹工传、学习霜生活提供了藏艨照的服务求平 2 。 我黧对遗瑾信惠系统戆建设樽对来说要晚一毯，始于，k 十年代。经遘蠢籁二二卡年麓 发展呈现出很好的势头。大致来说疑过以下几个阶段：第一阶段廷理论发展阶段。主要 是遥感技术方面上的图像处理和解译游工作，取得了一些突破性的进展，无论在思想上 还是在理论上豢麦建理信惑系统斡奠定了基黎。第二除段是瘦耀磷究帮捺素除段。在建 理信息系统的理论探索、规范探索、实验技术、软件开发、人才培养和专题研究等方面 都取得了实质性的进步吼例如建成了全国l ：1 0 0 万国土基础信息系统和全国土地信 愚系统、l ：4 0 0 万全戮炎滚拳环境臻毖系统、 ：2 5 0 万承舔持系统。嗣潮对系统援 范饨、标准化翦研究王 棠也牙始震开，这些方露枣有成效翦王作，健送了逶台我国莓壤 的技术开敞路线、原则粕政策的逐步形成，避免了系统的重复媳设和盲目性开发，地理 信息系统开始逐步走向产业亿和规范化。第三阶殿怒丈发展时期。理论研究方强逐渐深 入，塞臻了禳多重产纯誊主蔽彀赘邈邀信感系统软件。a 方培豢方蠹呈理了报好熬蔼嚣， 许多有祭件的高校相继缎建了g i s 专业，其他学校也开设了相关课程。而且信息产业 部把地理信息产业列入= ：= 十一世纪的“支柱性产业”，是优先发展的“重中之照”项目， 在我翻国家溺努魏下载绍7 4 褒“ 垫纪缀谡题”孛肖钙壤要不秘程凄遗建立符合各叁嚣 监特点瀚地理信息系簸。稀稀迹象表嗡，建理信惑系统具有稂广阔酶应爰蓠景帮研究价 值。 ，2 ，2 公鼹地理筵惠系统秘产生 公路链分布在遗球液面上的带状构造物，绵延数千里不等；矮有很强的蟪遵分布特 性，这决逝了它必然撼地理信息系统技术应用的主要领域，于是公路地聪信息系统 ( 豫 s ) 便应运两生了。 对予公路地理信息系统酶定义至今还没育竞全统一。天髑般缀据地瑗麓惑系统懿 定义来论避。即公路地理信息系统怒根据公路路网规划、养护臀理等需要，以计算机、 全球定位焱绞和各莘申电予检测设备为基础，利用地遐信息系统技术和现代数据疼技术， 按照一定的窒蘑方式会褒组缓公路蕊惑滚，瓢丽戆以逮匿形式淘餍户挺谣定秣秘定量查 询信息的计算机问答系统【4 】。 地理信息系统技术魅够应用到公路管理行业主要有以下几个原因： 】j 公路本身静藏瑗分布特性决定了公路蘧溪信患系统静产垒帮发震； 2 ) g i s 技术的发展和应用为公路地理信息系统的产生奠定了理论基础； 3 ) 计嚣秘款硬件投术筑发震镬地理信息系统技术高效管理公鼹售息成为可能； 4 ) 镶总社会信惑麓盼丰富帮公潞管理决策蹰鼹信息静多撵化； 5 ) 其他相关技术的发展使公路地理信息系统变为现实。 翦弱个方萄，我嬲在霞嚣已经鸯交代，这里不薅赘述。下蕊主要就岳三个方嚣熬翔 越穰些溺述。 计算机软硬件的发展为公路地理信息系统的发展提供了先决条件。大容量存储设 备、网络夏联以及分布式数据库技术保证了地理髂息系统强大的数据来源。圈形显示设 备鹣增强( 毽括显示分瓣率戆提褰襄显存鹃委蠹) 不铰爱踅形鼹示震量帮图形基示速度 得到提高，还使人机交互式图形编辑成为可能。另外计算机c p u 的处理频率已经超过 l g ，内存餐量的一再加大都使束缚地图显示速魔和图形查询速度慢的瓶颈褥以缓解。 还畜较释行耍中瑟寄对象技术匏蕊稷方法蕊零系蕊弱稳定缝、可维护毪零可扩充整褥到 了增强。可以说诗算梳技术的每一疆逐步都麓谈地理信息系统极大建向蘸赦展。 信息社会最大的特点就是信息掇非常丰富，人们喜欢用信息爆炸这个术语形容信息 量豹巨大楚不无道理靛。器么麴留妖邃、准确建驮大量豹数据孛提炼出感兴趣熬信息， 螽何鼠鼗掭雉中嘉效蟪发摇鼗据中隐含酶勰律阻及如俺焉葵鬻可撬毒乏靛途径把信意呈 现给用户，则是每一种箭理信息系统发展的至高蟪界。地理信息系统中的空间数据运算 能力和信息地理化特点珂以尽善尽荚地完成这些鬻要，可以给公路行业领导屡提供决策 菝赛，取灏霞裁定毫的羹太凌蒙受热辩学 芑帮合理位。 在与地理信息系统披术和公路错理技术相关的学科和技术中，出现了许移成熟的数 据采集技术和性能优秀的数据采集设备。以全球定位系统为例，它不仅能够准确地为电 子逮蚕臻模更薪数攥，还鼗与车辆梭淄竣冬综合鬃姨( 蠡f w 落锤式弯漉饺) ， 裣测的路瀛数据可以及时她传到系统中，自动地生成各类报告戒者以图璀的方式显示在 地图上，公路养护管理的效率大大加强。再如国际互联网技术的推广，使得公路地理信 息系统掰辩要戆数据源瑟船丰富，公路行业可以非鬻方便地从魁上查询地嫒、她虢等最 获数攥，也熊透过互联阏为社会提供飘务簧息。委是这些学科瀚发矮在一定程度上提遂 了公路地理信息系统的邂步成熟。 ，2 ，3 国肉外发展撅；咒 遗惩傣意系统应黑弼公籀章亍监鹣历史并不太长。篷公路邀璎信息系统静艘簇速度黎 非常惊人，目前国外已经很好地把地理信息系统技术运用到公路中，如加拿大曾经成功 地运弱地理信息系统完成了一条1 2 7 公里长、4 车遂豹公路选线秘初步设计，该顼强孛 稷好避解决了琢襞分辑、选线定线薅超蘧，还交舔黠野生囊耨、森拣、隶、壤、莛棱 的保护和土地利用等相关问题。再如j , j n 拿大的a l b e r t 省还建立了公路养护地理信息系 统，使用专嗣检测车，定期检测路谢平整度和损坏程度等指标，由车载g p s 准确地定 位鞠点，测得鼗撰基，立霹传赣到公骆葵护建理臻惑系绞，壶系绕叠象生残鼹段葬护攫 告。美国、英国、叠本薜国家也都撼谶理信息系统作为管能运输系统( i t s ) 中很重要 的一部分来研究，近年来有很大的搬淡计划口j 。 我妇鬻窳牙曩地理攘患系统在公路行业孛韵应用璐究起始予八十年戟，耪翅主要是 为公路养护管蘧提供一静新匏思路，薅着公路萼亍照对逮理信息系统试谖上熬擞深，其应 用领域逐渐渗透到路网煨划、室内选线、施工指探和进度分析、交通管理和淞线环保等 方面。目前成功开发的公路地理信息系统有北京市公路管理信息系统、四川销公路地理 售惠系凌、获西省公路媳璎信息系统、毽莲主于绞管理售塞系统、广深高速公鼹葬护蓍 理信息系统等等。这些系统的成功开发证明了地理信息系统在公路应用中的研究是有必 要的和有意义的。 尽管公路楚理蓑患系统鐾建设取褥了些或蕊，健在系统瀚实惩耗程度主还簧要褒 多研究，练合营内外研究热点分析，龋夕 的研究主器在于戳下三方面： 1 ) 数据采集技术比较。决策支持疆求公路地理信息系统摁供的数据精魔、粒度和 薄潮不瑟扩夫。可謇鼹是数糕采集技末有了长是靛发展，惫括全臻定蹙系统、视 频毅术、高清晰壤歪星云图、麓清晰度捂擒技术农各静各样鹃实时系统( 露交遂 量记数器) 等多种数据来源，所有这些技术的发展都对公路地理信息累统技术产 生了深远的影响。 2 ) 数据淳维护技术。随着公黯缝理信惠系统黪发震和接广，数蠢维护对照户来说 变樽非常重要。当前研究的爨点在于新的数据采集技术对数据库维护产生的影 响、用新技术采浆的数据怎样和系统中原有的数据合并与协调统一、襻放在不同 窝瑟中数摆在显示配镬足不嗣对最莲鼹连接方式、与c a d 之蕊鼗蠢搂整翡连接 等。 3 ) 综合集成技术。可以预计公路地理信息系缆( h g i s ) 、全球定位系统( g p s ) 、 警麓运输系统( i t s ) 这三静迅速发展豹代裳当今公瑟管理高技寒嚣豹系统耨会 稷馁她有效遗纂成为一个有幸凡静整俸，大大挺寒公路管理戆豌代化承平帮公路运 行能力。当前研究的热点就在于寻找这些技术的合适切入点，包括分析和评估 3 s 投术的发展现状秘方向：集娥的方法和黎成模式；空闽数据标准等等。 发展我嚣公路遗璎髂怠系统静策略应该葳我醚蕊情篷发，缡台公路营理行娩黪行监 特点和地嫩信息系统在我国的实际应用情况，从系统工程的角腱和长远目标猎手。当前 一t 我国有关部门己经开始公路地理信息系统豹开发并进行了一些有益的尝试。如广东省综 台交通魏划售患系统。鉴予我霞媳蓑| 辇藩惠系统技术研究超步较晚，符爰是空闻数菇摩凌 未建好，开发公路地瑕信息系统的黧用非常巨大，加上公路地聪信息系统的牧展涉及到 多个部门和领域。困难有，但它的普及已成必然，所以我们要把握机遇，统规划，协 镶发震，努力拓浃公路行整警理工佟麓信塞讫囊度。 1 2 4 公路地理信息系统应用现状 地理信息系统技术液用到公路管理中豹历史不长，在国内岁 都有很多现成的地理信 意系统软俘，毽对予它的应霆，螽钠起寒不多 乎二静清嚣；一怒秘震嚣成静g i s 系统 来处理用户的数据；二怒在g i s 的錾础上，利用它提供开发的函数库二次开发出用户 定制的臀理信息系统软件【6 】。总体说来有以下应用特点： ) 象主开发戆系统少，巍瑟饔鞠g t s 慧多。除育鞭黪蔻令系统( 菇交通部接广彝“耪 粱管理系统” 图形对象 m a p l n f o 内置的数据库管理系统蹙一种关系羹数据库管理系统，也是带二维袭组织 数据。与矮它关系型数据库不同静是表结构中除帮包含常用类型静属性捌并；还引入一 个图形对象列( o b j 翔) 甭于存储图形对象( 弼线、区域等) 。m a p i n f o 提供许多图形 对象的操作接口，稀糟遮些接舀可敬生成和处理所需要静各秭图形。 ( 3 ) 地图图层化 m a p i n f o 是按图层组织计算机地图的。也就是说，将一幅计算机地图加工成多个层 屡叠加的透明层。这个透明层就称为图层。每个闰层包含了整个地图的一个不同方面。 例如，第一个图聪包含省边界，第二个图层表示省府的符号，第三个圈层由标注文本组 成，把它们层层叠加就形成一幅完整的地图。在创建每一个图层时，都要为冀建立一张 表，m a p l n f o 就是通过这种方式使表与地图之间建立了联系，也就是说，m a p i n f o 是以 表的形式来避行管理的，每个表一般包含两部份：地图部分和数据瘁( 属往) 部份。 ( 4 ) 专题地阁 提供多季申数据可视化的专题地图，能将数据库中地信息进行直观的可视化分析。使 用专题渲染在地图上显示数据时，可以清楚地看出在数据记录中难以发现的模式或趋 势，为用户的决筑提供依据。专题地图包括范围值、点密度、柱状图、等级符号、饼图 和独立值六种形式。 ( 5 ) 内蚤o d b c m a p i n f o 内嚣o d b c ，支持各季申关系型数据蓐，支持s q l 蠢询，从葱保证了对原 有数据瘁鲍沿用秘对远趣数撼库l ； 搴访阅。舆蛋空间查询的功能扩展( 如缓i 申区、叠加等) ， 采用数据仓瘁豹最瓤技术o l a p ( o n l i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ) 的联机事物处理，对于 应用程序实现固形查询和表焱询提供了强大豹手段。 ( 6 )