（交通运输工程专业论文）城市道路管理信息系统数据采集方案的设计研究.pdf

城市道路管理信息系统数据采集方案设计研竞 摘要 摘要 基于g i s 的城市道路管理信息系统( 以下简称系统) 的开发和应用在促进 市政行业管理科学化、现代化的工作中正发挥着重要的作用，作为道路管理系统 的重要支撑数据及其更新与处理，是道路管理信息系统能否成功应用的关 键，而数据采集恰恰是“瓶颈”，制约着系统的推广和应用。本文结合“基于g i s 的南京市市政基础设施管理系统研究与开发”项目，对道路管理信息系统中的数 据采集技术进行了研究与开发。 论文首先阐述了目前国际上数据采集设备( 落锤式弯沉仪、激光断面仪、 探地雷达及磨擦系数测试仪等) 、交通地理信息系统的基本情况，并提出了论文 研究的重点内容。 在此基础上，结合系统用户职能和功能的改革、调整，对城市道路管理系 统进行了需求再分析，给出了系统的业务流程图；第三章根据需求分析，进行了 系统设计及数据库设计：第四章主要阐述了采集数据的方法及动态分段技术的应 用，着重讨论了各种数据的特点、来源，对支撑信息管理系统运行的数据采集方 案进行了规划设计。 最后，完成了利用a r c g i s 的二次开发工具m a p o b j e c t s 对系统部分应用功 能进行的开发。 关键词： 城市道路；管理信息系统；g i s ：数据采集；数据库：动态分段 城市道路管理信息系统数据采集方案设计研竞 辅要 a b s t r a c t g i s b a s e du r b a nr o a dp a v e m e n tm a n a g e m e n ti n f o r m m i o ns y s t e m ( u p m i s ， h e r e i n a f t e ra st h es y s t e m ) i sp l a y i n gav e r yi m p o r t a n tr o l et op r o m o t et h em a n a g e m e n t q u a l i t yo fm u n i c i p a li n f r a s t r u c t u r e si n c l u d i n gu r b a nr o a d a so n eo f t h ec o r e so ft h e s y s t e m ，t h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo f t h er a wd a t a sa c q u i s i t i o n ，u p d a t ea n dp r o c e s s i n g d e t e r m i n et h ef e a s i b i l i t yo ft h es y s t e m h o w e v e r , t h ed a t aa c q u i s i t i o ns e e m sa l w a y sa b o t t l e n e c kf o rt h es y s t e m t h e r e f o r e ，t os o l v et h ep r o b l e m ，t h i sp a p e re x p l o r e st h e n e wm e t h o d so fd a t aa c q u i s i t i o na n dd e v e l o p e ss o m er e l a t e dm o d u l e sf o rt h es y s t e m f i r s t l y , t h i sp a p e rb r i e f l ys u m m a r i z e dt h ec o n c e p t s a n da p p l i c a t i o n so f n o n - d e s t r u c t i v e t e s t ( n d t ) e q u i p m e n t sm a i n l yi n c l u d i n gf a l l i n gw e i g h t d e f l e c t o m e t e r ( f w d ) ，l a s e rp r o f i l e r , r o a di m a g es y s t e m ，g r o u n dp e n e t r a t i o n r a d a r ( g p r ) a n df r i c t i o nc o e f f i c i e n tt e s td e v i c e ，a sw e l la s t h eg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e mf o rt r a n s p o r t a t i o n ( g i s - t ) m e a n w h i l e ，t h em a i nc o m t e n t so ft h i s p a p e ri sf o c u s e d i nt h ec h a p t e rt w o ，t h eo p e r a t i o nf l o wd i a g r a mi sr e f i n e du p o nt h er e q u i r e m e n t s o ft h eu p m i sa n dt h ea d j u s t m e n t so fm a n a g e r s r e s p o n s i b i l i t y i nt h et h i r dc h a p t e r , t h ed a t a b a s es t r u c t u r ei sa n a l y s e da n dt h e ni t sd a t ai t e m sa n dp h y s i c a lc o n f i g u r a t i o n a r ec o n f i r m e d i nt h ef o u r t hc h a p t e r , t h ed a t ac o l l e c t i o n d y n a m i cs e g m e n t a t i o na n d p r o c e s s i n gm e t h o d su s e df o rt h es y s t e ma l ed e s i g n e da n dp r o v e np r a c t i c a b l e s o m e d e m op i c t u r e sa n dd r a w i n g sa l es h o w ni nt h ef i f t hc h a p t e r t h e yi n d i c a t e t h es u c c e s s f u lr e a l i z a t i o no fs o m ea p p l i e df u n c t i o n so ft h es y s t e md e v e l o p e di nd e l p h i e n v i r o n m e n tw i t hm a p o b j e c t s ， t h el a s tc h a p t e rf i n a l l yc o n c l u d e st h em a i na c h i e v e m e n t so ft h i s p a p e ra n d m e a n w h i l e ，p o i n t so u tt h ef u t u r ew o r k st ob ec o m p l e t e d k e yw o r d s ：u r b a nr o a d ；m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ；d a t aa c q u i s i t i o n ；g i s ；d a t a b a s e ； d y n a m i cs e g m e n t a t i o n i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。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 其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示t i l t 意。 签名：峰l i ! i 期：型必。 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：兰= i 塑导师签名： 坐日期：兰竺马巾 竺! 墨! 兰兰竺皇! 竺兰苎墨兰主查兰兰竺查j 兰j 竺一 第一章绪论 1 1 概述 路面是道路的重要组成部分，其使用性能直接关系到道路为用户提供的舒适性、安全性、 快捷性等服务的水平，关系到道路本身的使用寿命。因此必须加强对路面的养护管理，确 保提供可接受的服务水平。自2 0 世纪6 0 、7 0 年代以来，许多国家都陆续建立了较为完善的 道路养护管理系统这些系统的建立有效地保证了养护的科学性，但普遍面临数据采集手段 相对落后的问题：大量的设备在使用时费时、费力、对交通影响大，有些还要破坏路面结构 的完整性，而且数据的精度也难以得到保证。为此，各国针对道路检测技术开展了深入研究， 并且随着计算机技术、自动化控制技术、高精度测微技术的进步，在最近的2 0 年里有突破 的进展。我国从2 0 世纪8 0 年代后期开始，通过设备与技术引进和自主开发，在路面检测、 路面数据采集方面有了巨大的发展。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外现状 国外道路由于路网结构布局已基本定型，道路己从初期的大规模建设转向道路的养护、 高效管理方面。数据采集作为道路养护评价的最基本信息，在国外得到越来的重视。数据采 集的设备、采集数据的处理也己日趋成熟。常用的数据采集设备有下面四种。 1 落锤式弯沉仪( f a l l i n gw e i g h td e f l e c t o m e t e r ) 落锤式弯沉仪( 简称f w d ) 是目前应用较为广泛的弯沉检测设备代表了弯沉检测的 发展方向。2 0 世纪6 0 年代，法国首先提出冲击式动力弯沉仪的初步设想7 0 年代后期丹麦 和瑞典首先研制成f w d ，8 0 年代以后，美国、英国和日本等相继引进和仿制了这种弯沉仪。 f w d 的冲击荷载与时速6 0 8 0 公里的车辆对路面的荷载相似，可以较好地模拟行车荷载作 用，并且测速快，精度高在国际上得到日益广泛的应用。美国联邦公路局选f w d 为实施 s h r p 计划中路面承载能力评定部分的霞要设各：壳牌石油公司也已正式将f w d 的应用纳 入壳牌路面设计手册。继f w d 之后，r w d ( r o l l i n gw h e e ld e f l e c t o m e t e r 滚轮式弯沉仪) 第一代产品已经问世，r w d 的最大优点是：所记录的是真实受力状态、而不是模拟荷载状 态下的弯沉，并且测速远大于f w d ，因此对交通的影响较小，是较为理想的弯沉检测设备。 在美国，拥有f w d 的用户绝大部分都配套使用分析软件，最常用的为d a r w i n 、a a s h 代l 、 m o d u l u s 、e v e r c a l c 、i l l i b a c k 、e v e r p a v e 等，主要分析功能是性能评价和罩面 设计。 城市道路管理信息盎晚数据采亲方案设计研究 培 论 2 激光断面仪( l a s e rp r o f i l e r ) 激光断面仪测试的是两个指标一平整度( 纵断面) 和车辙( 横断面) ，其中平整度是评 定路面质量的重要指标，是道路使用者判断道路好坏的直接依据。连续式激光断面仪是目前 最先进的平整度和车辙检测设备，正常测试速度为8 0 k m h ，并且同时还可以测量横坡、纵 坡、转弯曲率等指标。 由于激光断面仪是一种离散的车辙检测设备，通常用若干个点的连线来代表横断面，同 时其测试宽度小于一个车道的宽度。因此它所反映的道路横断面是近似的，由此所计算 的车辙也必然是近似的。 目前在加拿大出现了两种不同的车辙检测设备，一种是在轮迹处仍采用激光传感器测试 平整度而其它位置采用密布超声波传感器代替激光传感器；另一种是用两个激光束接发器 发射激光束横向连续覆盖整个车道，因此精度是相当高的。两种设备在配置完整的情况下 均可以同时高速采集平整度数据。 3 路表破损采集系统f p a v e m e n ti m a g es y s t e m ) 路面表面破损率是路面养护决策的重要指标，可由路表破损采集系统采集得到。 路表破损数字图像采集系统，它的基本原理是采用车载式数字摄像系统连续高速采集路 表的图像，然后在室内通过后处理软件自动处理与人工判读相结合，识别、分类与统计路表 破损。路表破损摄像系统极大地提高了工作效率，避免了高速公路人工破损调查的危险性。 路表破损摄像系统在使用中的不便之处主要是室内后处理的工作量较大。 路表三维激光可视化系统是一种额型的路表破损数据采集系统，该系统采用激光传感器 ( 横向4 个- 纵向两个) 随着车辆的高速行驶，连续扫描一个车道，得到路表的三维可视图， 并实时处理- 通过对该图的分析，可得到裂缝、变形、松散及泛油等各种病害；同时，还可 以测试平整度和车辙。与数字图像系统相比，激光三维可视化系统的优势是可以较好地反映 变形类破损，分析不受阴影的影响采集数据精确度较高：缺点是数据量大，硬件要求高， 价格较高。 4 路面雷达( g r o u n dp e n e t r a t i o nr a d a r ) 路面雷达( 简称g p r ) 测试路面是利用电磁波在路面结构层和路基中的传播和反射 根据回波的传播时间、波幅与波形，确定目标体的空间位置或结构。用于路面测试最早出现 于2 0 世纪7 0 年代，8 0 年代后期在设备技术上和应用水平上有很大的进步。路面雷达的测 试速度与采样频率直接相关，通常约6 0 k m h 左右。 抗滑能力测试目前车载或车牵引的高速自动化路面抗滑能力测试设备主要有三种：横向 力系数测试仪、刹车式摩擦系数测试仪、不完全刹车式摩擦系数测试仪。 加拿大的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 城市道路管理桔息系统数据采集方案设计研究 培论 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1 。 1 2 2 国内现状 在2 0 世纪7 0 、8 0 年代，我国平整度测量设备主要是水平仪、三米直尺等，测试精度低、 速度慢，一般只能抽样调查：到9 0 年代初，检测手段有一定的提高，如连续式平整度仪， 但仍存在可重复性差、测试速度慢的缺点。而车辙的产生将对行车安全带来重大影响，尤其 是在雨后的高速公路上，常用的检测设备是路面横断面仪和横断面尺。9 0 年代中、后期， 连续式激光断面仪开始在我国得到应用。目前在我国使用的激光断面仪有多种品牌，但由于 尚没有进行系统的可再现性研究、没有不同设备之间数据的可比性材料。 目前我国的f w d 用户在不断地增加，绝大部分f w d 用户单位没有配套的分析软件， f w d 也仅作为一种高精度的弯沉测量仪器在使用，仅有少数研究性单位在进行深入探讨。 横向力系数测试仪是在我国应用最为广泛的自动摩擦系数仪，我国目前在路面抗滑能力 测试方面仍主要采用摆式摩擦系数仪，横向力系数仪已逐渐拥有了相当多的用户：刹车式和 不完全刹车式摩擦系数测试仪目前仅有极少数用户。 路面表面破损率是路面养护决策的重要指标，也是群众评价道路管理部门工作效率的最 直观依据，但该项指标的数据采集工作是一个令人头疼的问题，目前还主要依靠人工采集， 除了主观性大、效率低外，也存在很大的安全隐患，尤其在高速公路上。2 0 世纪9 0 年代中 后期以来，我国陆续引进了路表破损数字图像采集系统，路表破损摄像系统，极大地提高了 工作效率，避免了高速公路人工破损调查的危险性。 路面雷达为路面厚度测试、相对高含水区域检测、结构层完整性判定等提供了难以替代 的手段。 目前我国的公路科研和管理部门在综合各项检测指标，分析路面病害原因，评价其使用 性能并提出相应的养护措施方面已经建立了自己的体系。但近年来早期建设的道路开始进 入了大中修或改建的高峰期，新建高速公路的一些路段也出现了早期损坏；与此同时，新型 检测设备不断涌现，提供了更丰富、更精确的信息。因此，如何更好地利用自动化的无损捡 测技术和分析方法，评价路面使用性能，深入分析病害产生的原因，以提出经济上优化、技 术上合理可行的维修方案，对于创造更好的社会效益和经济效益是至关重要的。 道路检测的总体趋势是由人工检测向自动化检测技术发展，由破损类检测向无损检测技 术发展由低速度、低精度向高速度、高精度发展。最近几年，自动化路面无损检测设备在 中国越来越多，这与我们的公路建设事业的发展是相对应的。 1 3 本文工作的背景和意义 1 3 1 背景 城市道路、桥梁、下水道、隧道等基础设施或称市政设施，是充分发挥城市载体功能的 碱市道路管理信息豢统数据采集方案设计研究 睹论 先决条件，也是发挥城市综台功能的基础，是城市经济、科技、社会发展水平高低的重要标 志，也是城市防灾、救灾的必要保证。所以管理和养护好市政基础设施将直接体现城市的管 理水平，对城市人民的生活和城市可持续发展的重要性是不言而喻的。同时，随着改革的进 一步深入，南京市已逐步建立起套适应社会主义市场经济的城市道路设施管理和养护体 制，实行管、葬分开。实现管理专业化、科学化，葬护市场化。这就要求建立一套完善的监 督、检查、评价体系及城市道路设施管理信息系统。而行业管理中遇到的问题，包括管理中 缺乏有效的抓手和载体，管理手段跟不上等等一系列的难题，惟有依靠建立起完整的信息系 绕及配套措施予以化解”。 信息系统的运行的完善是以数据为基础的，没有数据，信息系统就办法运行。道路要进 行科学管理和养护，首先要对道路的交通量情况、路面现况等进行数据采集以保证系统的正 常运行。我国的数据采集至今仍采用人工现场调查方法为主，不仅要封锁交通，还要投入大 量的人力、物力，取得效果也很有限。这与我国高等级公路的发展居世界前列很不协调与 我国城市道路的快速发展不相适应。因此，道路无损检测依靠其先进性及对道路的无破坏下 采集道路管理、养护所需要的现场数据的方法，正在逐步得到快速发展。 1 3 2 无损检测数据采集在道路管理养护中的应用 交通作为国家的经济大动脉，是城市人文中的重要组成部分，在国家经济和人们生活中 发挥着重要作用并与人们的生活息息相关。随着城市人口的快速增长毗及城市之间的沟通的 增加，人们对提高道路交通网的通行能力私通行质量韵呼声愈来愈高，因此，完善道路规划， 提高道路旋工养护质量，有效减缓道路交通压力，保证道路网的维护和管理是目前交通、市 政管理部门需要解决和关心的问题。 交通是一个复杂的城市人文要素，并不是孤立存在的，其发展和建设需与经济、环境、 人口等诸多因素有关，只有将这些信息要素与道路规划和设计以及日常管理和维护工作紧密 结合，并利用计算机信息技术才能建设满足需要的道路交通网。因此道路无损检测数据采集 作为道路信息管理系统的基础部分是必不可少的。它不仅可以为管理者提供评价道路养护质 量的依据，更可以为养护单位制定养护方案提供依据。 上海是国内应用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 ) 技术进行城市道路交通管理工作 较早的城市，上海市市政工程管理处国绕“信息化带动市政设掩管理现代化”的目标，自1 9 9 8 年到现在，一直把信息化建设作为单位的一项主要工作来开展。覆盖上海市、区县两级以 g i s 为平台的城市基础设施管理系统( c i m s ) 及行业管理信息化体系初步建立，在管理中 正日益发挥着重要作用，基本上实现了信息化建设的总体目标：“用3 年时间，建成以上海 市城市道路、桥梁、下水道、防汛墙、建设管理、路政管理为主线的信息管理系统。同时与 管理楣结台，向全市推广应用，最终建立覆盖全上晦市政行业管理的分布式信息管理系统。 为市政行业管理提供决策支持，为社会公众提供信息服务。” 海c i m s 在实际使用中，非常重视道路使用状况数据的实时、动态采集，专门配备了 先进的无损检测没各( 路面平整度检测车、路况检测车、弯沉检测车和探地雷达检测车) 和 人员，并在数据采集与评估的基础上，逐步完善了p m s ，使道路管养的辅助决策系统能基本 达到实用的水平。 4 竺主兰竺鲎兰堡! ：! 竺塾苎墨苎之生兰苎竺查苎兰一 5 5 ，1 - ，北京等城市也建立了类似的基于g i s 的市政设施管理系统。 1 3 3 意义 南京市市政公用局是负责全市供水、供气、公交、出租、市政、排水、路灯、轮渡及水 环境整治的行业主管部门，是窗口行业，对信息化建设的要求更加迫切。 南京市政工程管理处承担着全市道路、桥粱的管理和养护工作。作为市政公用设施中最 基础的、最面广量大的道路，它不仅是承担城市中各种车辆运行的土木工程构造物，更是下 水管道、自来水管道、煤气管道、输电杆线、通讯电缆、路灯等其它市政基础设施的载体。 道路设施发生变更的时候，上述设施也会受到影响。因此，道路设施的管理除了道路本身外， 还涉及到这些附属物。 作为南京市道路、桥梁管理的主管部门，南京市市政工程管理处过去为提高管理的质量 与效率，制定了各项规章制度，开展了一些计算机辅助管理、决策的科研项目，并取得了一 些成果但是由于道路质量检测目前主要采取是人工、肉眼观察豹方法，所以数据采集需要 投入大量的人力、物力，以致于数据得不到及时更新，以前开发的道路管理系统只能束之高 阁。 总之，以人工为主的数据采集方法来进行市政设施管理的方式己经无法适应现代管理工 作的需要，必须用更先进的方式，对市政基础设旌信息进行高效率、高质量的管理。 南京市市政工程管理处管理的全市大部分道路、桥粱和隧道都有明显的空间分布特征 具有分布范围广、数据关系复杂、数据具有历史属性等特点。空间信息在市政基础设施信息 中均占有举足轻重的地位。传统的m i s 系统根本无法有效地对空间信息进行管理。最近几 年蓬勃发展的g i s 技术则为空间信息管理提供了强有力的工具，利用g i s 技术可以将市政 设施的空问位置信息和属性信息有机地结合起来，从而以直观、形蒙、准确的方式对道路桥 梁等设施进行有效管理。因此，建设基于g i s 的城市道路管理系统，具有十分积极的意义， 系统的建成将发挥巨大作用”j 。 1 4 本文的主要研究内容 本文的工作是“基于g i s 的南京市城市道路管理系统”研究与开发项目的一部分，主要 围绕城市道路管理系统数据库建设中的数据采集方案进行研究，主要内容如下： ( i ) 深化系统需求分析： ( 2 ) 细化系统功能及数据库设计 ( 3 ) 系统数据采集方案及动态分段技术的应用 ( 4 ) 部分系统的应用程序开发。 城市道路管理信息糸统数据采喜方案设计研究系统的需求调研 _ _ _ _ _ _ 一 第二章系统的需求调研 2 1 系统情况简介 南京市市政基础设施地理信息系统是建立在南京市市政基础设施数据库( 包括基础地理 数据库、城市道路地理数据库以及市政设旌属性数据库) 基础上的，采用全关系型数据库同 时管理空间和属性数据技术，组件式g i s 和i n t e r n e tg i s 技术以及动态分段技术的一种综 合的应用系统。建成后可以实现全市市政设施信息的图形显示与管理、查询统计、动态维护 与更新、决策分析等功能主要包括道路管理子系统、路政管理子系统、行业管理子系统、 工程管理子系统、养护管理辅助决策子系统、办公自动化子系统六部分。 为贯彻执行“数字南京”、“数据市政”及南京市政工程管理处提出的“立足当前，放眼 未来：技术先进，规划科学；分布实施，不断完善”的思想，为了尽可能避免各子系统在分 布开发过程中的重复投资，以保持系统开发的相对稳定性。鞍好的开发方式是抓住总体功能 控制规划设计，确定子系统之间的接口衔接关系。当子系统的外部关联明确之后，再进入先 期建设子系统的详细设计。 根据上海市政工程处及南京市路灯管理处等相关部门的已有建设经验，南京市政基础设 施地理信息系统分为以下三个建设阶段： 第一期工程：主要内容是系统的需求分析、系统的总体设计、基础数据库的建设和基础 系统g i s 的建设，完成道路管理子系统并在现有数据的基础上录入部分主干道数据，进行试 运行： 第二期工程：主要任务是完善数据库的建设和完善道路管理子系统，完成路政管理子系 统、工程管理子系统和办公自动化子系统的开发工作，系统的更新、维护体系初步建立： 第三期工程：系统在已有版本基础上进行功能的进一步完善和深化，开发道路养护决策 支持信息子系统及行业管理予系统w e bg i s 的应用及整个系统在全行业正式使用，同步制 订配套管理办法，从而达到长效管理目的。 由于南京市政公用局目前进行了机构改革对南京市政工程管理处的职能进行了调整， 由原来的管理、养护合为一体改革变为现在的管理、养护分开。管理由市政公用局新成立的 监控调度中心负责，市政工程管理处主要养护为主。所以系统的需求分析由于用户职能的改 变，也必须做出相应的修改，以适应新形势的需要。 2 2 需求分析调研 2 2 1 需求分析方法 需求分析的任务是借助于当前系统的物理模型( 待开发系统的系统元素) 导出目标系统 的逻辑模型( 只描述系统要完成的功能和要处理的数据) ，解决目标系统“做什么”的问题， 6 城市道路管理信色糸盹数据采集方案设计研究 盎晚的需求调研 所要做的工作是深入描述软件的功能和性能，确定软件设计的限制和软件同其他系统元素的 接口细节，定义软件的其他有效性需求，通过逐步细化对软件的要求，描述软件要处理的数 据，并给软件开发提供一种可以转化为数据设计、结构设计和过程设计的数据与功能表示。 必须全面理解用户的各项要求但不能全盘接受，只能接受合理的要求；对其中模糊的要求 要进一步澄清，然后决定是否采纳；对于无法实现的要求要向用户作充分的解释。最后将软 件的需求准确地表达出来，形成软件需求说明书s r s ( s o f t w a r er e q u i r e m e n t s s p e c i f i c a t i o n s ) 。其实现步骤如图2 1 所示。 怎么做 做什么 犀鐾计叶三三卜监 三 理解需求 导出i 广_ 磊磊p 掣弦磊型r _ 磊_ l u j 圈21 需求分析流程囤 需求分析过程是一个由租到细、渐进明晰、持续完善的过程。在指导后面系统设计，编 码阶段时都应当不断完善修改需求文档，因此需求管理非常重要，如图2 2 所示。 需求管理 7 、 变更控制 版本控制 需求跟踪 建议变更 分析影响 做作决策 确定器求文档版本 定义对其它蔫求的连接 交流 确定单个需求文档版本链 合并 定义对其它系统元素的 测量需求的稳定性 连接链 2 2 2 用户主要业务 图2 2 需求管理的主要活动 业务需求与所需完成的任务直接相关。业务需求主要涉及业务工作内容、业务处理步骤、 业务处理的结果等等。由于技术和信息需求会不断进步和提高，因此必须充分考虑业务的未 城市道路管理信息糸盹数据采集方案设计研究 垒晚的需求调研 来需求。 用户的主要日常工作内容。即业务处理的内容直接决定系统所需的数据内容，数据又可 以反过来影响业务处理的内容及方式。专项业务处理是由用户单位不同职能部门的各专职人 员完成的，因此，在设计过程中，收集业务需求信息的主要目的是逐个分析各职能部门的业 务处理信息和数据内容。从而确定业务处理与职能部门的对应关系；数据共享的范围与程度， 等等。 确定了基本的数据和业务处理之后，必须确定业务规则。业务规则与数据以及用来管理 数据的业务处理直接相关。业务规则将影响数据访问的方式、方法，例如：查询、检索、更 新、删除，等等。业务规则也可以确定数据之间的关联关系。 调查 调查 一、城市道路小修维护管理 ( 1 ) 市政工程管理处及下属各区市政工程管理所等管养单位对各自辖区道路设施进行 ( 2 ) 各管养单位编制养护维修计划； ( 3 ) 行业管理部f - 1 ( 市政工程管理处) 核定计划 ( 进入城市道路占用、挖掘审批流程) ( 4 ) 计划核定通过之后，预付部分工程款，各管养单位组织养护维修 ( 5 ) 行业管理部门( 市政工程管理处) 组织竣工验收 ( 6 ) 工程结算。 二、城市道路大中修维护管理 ( 1 ) 市政工程管理处及下属各区市政工程管理所等管养单位对各自辖区道路设施进行 ( 2 ) 各管养单位编制养护维修计划 ( 3 ) 行业管理部门( 市政工程管理处) 核定计划 ( 4 ) 核定计划通过，市政工程管理处上报市政公用局审定 ( 5 ) 审定通过，管养单位提交养护维修相关材料 ( 6 ) 市政工程管理处审核材料： ( 进入城市道路占用、挖掘审批流程) ( 7 ) 预付工程款，建立原始台帐记录，管养单位开工建设 城市道路菅理信息生统数据采集方案设计研究 系统曲需求调研 ( 8 ) 行业管理部门( 市政工程管理处) 组织竣工验收 ( 9 ) 工程结算。 三、办理城市道路占用审批程序 四、办理城市道路挖掘审批程序 五、办理城市道路设施变更审批程序 六、办理城市特种车辆行驶审批程序 七、办理杆、管线设置核准程序 八、办理单位投资建设城市道路核准程序 2 2 3 用户的需求再分析 由于南京市政公用局机构改革的实施，原来属于市政工程处管理的路政管理部分己分离 出去，市政工程处原来的行业管理职能变弱，主要转变为以城市道路的养护为主，所以系统 功能也要进行调整。 在与市政工程管理处密切交流的前提下对下阶段的系统开发进行了适当的调整，以满 足“记载历史反映现状，指导养护，建议建设”的新需要。 南京市城市道路养护评价管理主要包括路况调查、路况评价与分析、养护对策、养护计 划、养护实施、养护考核、统计报表等。 、道路路况调查 道路路况是城市道路重要组成部分。路况资料是道路技术档案的主要部分。它反映了各 条道路沿线构造物的全部技术状况，是制定道路规则、安排改建项目、编制重要基础资料 也是路产管理、资产评估的重要依据。对实现道路科学化管理、提高养护质量具有重要作用。 路况调查的基本内容包括 ( 1 ) 道路路线平面图。 ( 2 ) 道路基本资料。包括道路名称、起点桩号、终点桩号、路面结构型式、修建简史、 交通量统计资料等。 ( 3 ) 路况示意图。用路中线及边线示意图表示，主要电录内容有两侧地形、不合标准的 纵坡、断面突变、路面结构类型及厚度、桥梁、护栏、病害路段、管理界限等。 ( 4 ) 髓已表。路灯、管线、绿化等。 9 城市遣蓐营理桔息系统救据采集方案设计研究 系统的需求调研 二、道路养护质量评估 道路养护质量的总体要求是：保持路面整洁，路拱适度，各种盖板完好，行车舒适。非 机动车道路面平整、无积水。构造物完好。考虑沥青路面和水泥路面的不同，其考核办法也 在系统中有所体现。 ( 1 ) 水泥混凝土路面：对水泥混凝土路面损坏状况，路面平整度和抗滑性能三项指标进 行监测。 ( 2 ) 沥青混凝土路面：对沥青路面损坏状况，结构强度，路面平整度和抗滑性能、车辙 五项指标进行监测。 根据路况实际达到以上质量要求的程度，将公路养护质量分为“优”、“良”、“中”、“差” 四个等级，并以“优”、“良”等级路况里程占养护里程的百分比即好路率用作为养护质量的 主要指标。为了综合考核各养护单位养护质量，包括优等路和差等路的增减变化便于单位 之间评比，除统计“好路率”指标外，还可以采用加权平均方法确定“养护质量综合值”指 标表示。桥梁的养护管理工作，暂时不作评价。 三、统计报表 统计报表主要为行业统计年报和养护业务报表两类，主要内容如下： ( 1 ) 行业统计报表 年度全市道路设施长度汇总表，各区3 5 米以上道路明细表，各区3 5 米以下道路 明细表，年度全市桥梁、挡土墙、边坡设施汇总，年度桥梁、挡土墙等设施增减明细表 隧道设施明细情况表，年度分区各类桥梁明细表，年度市政设施增减明细情况表，市 政行业机械设备汇总表，年度维护经费测算表，年度挡土墙、边坡设施量明细表，年度 人行道设施明细表，道路设施明细表市管部分、招标及未移交部分，年度人行道设施明 细表市管部分、招标及未移交部分。 ( 2 ) 养护业务报表 市政养护八项指标完成月报表，市政养护工程完成月报表，年度全市养护维修情况 完成表，各种占路、掘路历史表，各种占路、掘路明细表，大中修计划表，交通量调查 表( 月、年) ，道桥设施维护经费考核表，养护质量评级报表( 月、年报) ，养护质量统 计表( 月、季、年) 。 四、数据采集 对各区、所的养护单位进行养护质量评级或评价，需要有大量的路面结构强度参数和路 面使用状况参数，大量的人工观察方法不仅影响交通通行，而且观察人员的安全也得不到保 障。为保障养护质量评价的客观、公正性，使用先进的数据采集殴备是必然的。 采集的数据项可分为： ( 1 ) 路面结构强度类的弯沉值。 1 0 城市道路管理信息聋统数据采亲方案设计研竞 系统曲需求调研 ( 2 ) 平整度( 纵断面) 和车辙( 横断面) 。其中平整度是评定路面质量的重要指标，是 道路使用者判断道路好坏的直接依据( 包括：国际平整度指数i r i 舒适性指数p s i ) 。 ( 3 ) 路面摩擦系数( s f c 或b p n ) 测试。 ( 4 ) 路表破损，采集路面表面破损率。 根据动态采集计算的数据项p c i ( 沥青路面状况指数) 、r q i ( 行驶质量指数，由i r i 计 算而来) 、s s i ( 路面强度指数，由弯沉计算而来) 、和s f c ( 横向力系数) 或b p n ( 摆值) 赋 值再加权计算得出路面综合评价指标p q i ，生成城市道路评价的各项专题图。 原来的属于管理部分的工作内容以及属于路政大队业务的部分都已不在他们的工作范 围之内。目前可以不再进行考虑。 根据需求分析，初步确定支持系统运行的基本元素，分为五个数据集，作为数据库设计 的研究对象和主要内容： ( 1 ) 设施管理数据集，如：设施名称、管养单位、起止点地名、设施长度等 ( 2 ) 道路几何数据集如：道路平面线形、纵断面线形、横断面形式等； ( 3 ) 路基路面数据集，如；特殊路基形式、路面结构形式、路基防护形式等 ( 4 ) 桥涵隧道数据集如：桥涵结构、跨径组合等： ( 5 ) 道路养护数据集，如：路面整体状况，路面病害、路基病害等。 2 3 业务流程图 根据对用户需求的分析，可形成业务流程图如下 城市道路管理信息系统救据采墓方案设计研究 集晚的需求调研 图2 3 城市道路小修维护业务 2 城市道路管理信息系统数据采纂方案设计研竞亲统的需求调研 l 验收逼丑 j l 一 工程结算 ，上一、 结束1 图2 4 城市道路大中修维护管理业务 1 3 苎主兰! 兰兰竺璺堡竺苎塑墨苎主室兰苎! 查 堡垒竺苎生塑墨 图25 城市道路占用审批业务 4 城市道落管理信息系统数据采某方案设计研究 系统的需求调研 图2 6 城市道路挖掘审批业务 1 5 城市道路管理信忠系统数据采祟方毒设计研究 系统的需求调研 一_ - _ _ - 一 图2 7 城市道路设拖变更审批业务 城市道路管理信息系统数据采集方案设计研究 系统的需求调研 图28 城市道路特种车辆行驶审批业务 7 城市道路管理植窟糸盹数据采集方案设计研究 糸眈的需求调研 图2 。9 单位投资建设城市道路核准业务 1 8 城市道路管理信息系统数据采集方案设计研究 采统设计 第三章系统设计 3 1 系统设计方法 系统设计是把用户需求转化为软件系统的最重要的技术开发环节。一般分为高层设计阶 段和详细设计阶段。体系结构设计是高层结构设计阶段的重点，而用户界面设计、数据库设 计、模块设计、数据结构与算法设计是详细设计阶段的主要内容，如图3 1 所示。 _ 一用户界面设计 、 - 一数据库设计 体系结构设计一 模块设计 叫鞴嚣 图31 系统设计过程示意图 系统的体系结构设计一般用“合适性、结构稳定性、可扩展性、可复用性”这些特征量 来评估，其中体系结构是一系统设计的第一要素。 3 2 体系结构功能设计 根据南京市市政工程管理处的信息化目标并考虑未来发展的需要，南京市城市道路管理 系统主要由以下六个部分组成： 基础数据管理子系统：工程管理子系统；地理信息子系统；统计报表管理子系统；养护 管理辅助决策子系统；路政管理子系统。 奠各部分功能描述如下 基础数据管理予系统是南京市城市道路管理系统的重要组成部分：其主要功能是对全市 与城市道路相关的基础数据进行采集，将城市道路基础数据库建立起来，结合空间数据库及 地图平台，进行方便、快捷、直观的查询：通过对数据进行分析、汇总、统计，产生各类统 计指标和专题图，为用户提供科学化的管理和决策依据： 1 9 城市道瘁管理信息系统数据采集方案设计研究 圣统设计 工程管理子系统是南京市城市道路管理系统的核心部分；其主要功能是把与南京市市政 工程管理处的工作内容( 街巷整治、道路桥梁改造、改善、日常保养等) 利用计算机进行有 效地管理，加强各级管理机构和部门的纵向、横向联系，加速城市道路建设信息的反馈，减 少人力、物力等系统资源，提高工作质量和工作效率，实现城市道路管理规范化、网络化、 科学化、现代化的管理：结合城市道路基础数据库，通过对城市道路基础数据、工程管理业 务数据进行综合分析、汇总、统计，产生各类统计指标，为工程管理管理提供科学化的管理 和决策支持； 统计报表管理子系统是南京市城市道路管理系统的重要组成部分：其主要功能是通过对 基础数据管理子系统的原始数据的采集、汇总、分析、统计，生成各种南京市市政工程管理 处所需要的各种统计报表，为行业管理提供决策支持。 地理信息子系统是通过计算机技术、地图技术将城市道路路况及沿线的相关信息以数字 化的地图直观地反映出来，便于用户快速了解、查询与城市道路相关的各种信息，从而更好 地为管理提供辅助决策支持和城市道路信息的社会化服务； 养护管理辅助决策子系统是对基础数据管理子系统和工程管理子系统产生的数据，按照 市政行业的标准和数据模型，进行分析、计算，生成城市道路的各种统计指标报告，为各级 管理人员制订城市道路养护计划，安排生产，提供辅助参考依据：为各级领导提供较为准确、 科学的辅助决策参考和支持： 通过对市政工程处的主要工作情况进行调研，分析，确定了其系统总框图如图3 2 所示。 按照业务系统的划分原则和南京市市政工程管理处的机构调整改革，决定先完成基础数 据管理子系统、地理信息子系统( 包括地图编辑和地图查询) 、统计报表管理子系统的开发 工作；然后完成工程管理子系统、路政管理子系统；最后完成养护管理辅助决燕子系统( 根 据数据模型研究情况、安排) 。 3 2 1 基础数据管理子系统 ( 1 ) 基本信息 可以对城市道路的基本信息进行增加、修改、删除维护操作：城市道路信息的增加、修 改要符合规定的校验规则。 ( 2 ) 基础数据浏览和查询 按照行政区划、路线，分别可以对基础数据进行浏览和查询；可以通过定义过滤条件 对基础数据进行过滤查询。 ( 3 ) 基础数据的编辑 按照行政区划和路线，可以对道路的各种基础数据集进行增加、修改、删除、保存操作 对于行政区划、路线在增加时根据选择，可以自动添加，不用在输入。 城市道奄管理信息系统敷据采善方案设计研竞 $ 统设计 ( 4 ) 多媒体文件的处理 一一一一一应用层一一一 ，一一一一一一业务应用系统一一一一一 基础系统一一一一一 雕障旧 一一一一f - 五聂一 r 一一g fs 平台一一1 i | _ 地理信息豸够应用软件l i l 三i 蒙i i 一一一 图3 2 系统功能框图 对于桥粱的图片或视频文件可以进行成批录入。并将多媒体文件信息和对应的桥梁关联 在一起。 2 -_-_；j 广l l f l ll i i 一【11：。，。，。l一 一系 统 维 护 一 城市道珞管理信息系统数据采集方案设计研究聋统设计 3 2 2 地理信息子系统 ( 1 ) 地图显示 实现地图的分层显示，对地图各个图层的显示符号以图例加以说明。 ( 2 ) 地图操作 可以对地图进行放大、缩小、地图漫游、固定比例尺放大、固定比例尺缩小操作；可以 切换显示最近一次视野地图、最后一次视野地图；可以查看道路名称：可以测量多个点之间 的距离：可以控制图层是否显示。可以对地图进行旋转操作。 ( 3 ) 地图加载 根据管理的需要，可以加载不同年份的地图，显示某一年的地图图层，并设置图层的显 示方式和标注方式。 ( 4 ) 地图打印 可以进行要求不高的地图打印；地图打印时，可以设置地图标题、移动比例尺位置、移 动指北针位置能够设置打印机纸张、幅面。 ( 5 ) 地图对象编辑 点对象编辑：点的选择、添加、删除、移动和图层属性编辑。 线对象编辑：线的选择、添加、删除、节点编辑和和图层属性编辑。 面对象编辑：面的选择、添加、删除、移动、节点编辑和和图层属性编辑。 线、面对象节点编辑包括接点的选择、增加、删除、移动。 ( 6 ) 鹰眼窗口 地图导航缩微地图，可以通过移动当前区域方框，显示对应范围内的地图。 ( 7 ) 路线、桥梁查