地理信息系统GIS在路面管理系统中的应用.pdf

摘要 文章简要介绍了地理信息系统技术 G 哟 基于地理信息系统技术 G I s 开发的路面管理系统的组成 地理信息系统 G I S 功能及采用G I S 的强要性和可行性 关键词 地理信息系统 G I s 路面管理系统应用 一 G I S 的发展 l 定义 地理信息系统 G e o 舯p h i cI n f o n n a t i o nS y s t e m 简称G I S 是在计 算机硬件 软件和网络的支持下 对地球表面及空间和地理分布有关 的数据进行采集 输入 存储 查询检索 处理 分析 显现 更新和提供 应用的技术系统 它采用地理模型分析方法 适时提供多种空间和动 态的地理信息 为地理研究 综合评价 管理 定量分析和决策服务提 供了理想的工具 2 历史 G I S 发展至今已有3 0 多年的历史 归纳起来国外的G I s 的发展 主要经历了以下几个阶段 5 0 年代 由于电子计算机科学的兴起和航空摄影测量 地图制 图中的应用 使人们有可能用计算机来收集 存储和处理各种与空间 和地理分布有关图形以及属性数据 并希望通过计算机对数据的分析 直接为规划 管理和决策服务 这些都导致了地理信息系统的闻世 6 0 年代初期加拿大建立了世界上第一个G I S 系统C G I S 用于自然资 源的规划与管理 在这个时期 实现了手扶跟踪地图数字化采集空间 数据 空间要素的拓扑编辑 分幅数据的拼接 7 0 年代 计算机软硬件技术都有了长足的发展 特别是大容量 的存储介质 磁盘的应甩 使空间数据的录入 存储 检索和输出提 供了很好的技术条件 同时 用户界面开发环境 图形图象软硬件环境 的发展增加了入机对话和高质基图形显示功能 使G I s 得以向实用方 向发展 8 0 年代 由于大规模和超大规模集成电路的问世 计算机发展 了第四代 G I S 的运用环境得到了根本的改善 G 璐从零散单个的专业 系统向商业化公用平台发展 产生了一批G I S 支撑平台 大大提供了 专用G I S 的开发效率和成本 推进了G I S 在各专业领域的实际应用 其应用也从解决基础设施的规划 管理向更复杂的领域扩展 这一时 期G I S 发展的特点是从解决实际应用开始 在应用中开展G I S 理论研 究 进入9 0 年代以后 G I S 的应用逐步普及以及应用领域的拓展反 过来对G I S 的基础理论的建立与完善提出了新的要求 以满足G I S 用 户不断变化的需求 确保用户从G I S 应用中获得最大的效益 二 G I S 构成 1 构成 一个完整的地理信息系统通常由如下五部分组成 数据 硬软件 和网络 规范标准 技术队伍和组织管理 1 数据是地理信息系统的核心 是信息系统的出发点 处理 对象和最后结果 通常G I S 的数据可概括为两类 一类是基础数据 包 括基础地图和用于反映地形 地物 水系 环境 房屋 交通和人口等信 息资料 它表示区域的基本面貌 并作为其他专题数据的背景 联系或 控制 另一类是专题数据 如城市规划 道路与交通 管线 土地利用 地籍管理 环境等 这两类数据均来自地形图 专题地图 统计表册和 其他资料载体 G I S 系统必须建立在准确使用地理数据基础上 数据 来源包括室内数据化和外业采集 以及从其他数据的转换 2 硬软件环境 硬件环境一般包括计算机主机 单机或计算 机网络系统 数据输入设备 如数字亿仪 扫描仪 解析测图仪 数字 摄影测量仪 机助制图系统等 数据存储设备 数据输出设备 打印 机 绘图仪 数据通讯传输设备 软件环境一般包括计算机系统软件 地理信息系统软件和其他支持软件 应用分柝程序 系统开发人员或 用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于特定应用任务的程序 是系统功能的扩展和延伸 信息的重要属性之 是传播方式是基于 传统的运输方式 而网络通过电缆或光纤提供了高速传输信息的途 径 被称为是 信息高速公路 10 3 规范标准 信息共享是信息系统产生和发展的内在动力 而 共享的关键是信息的标准化 地理信息标准包括四个方面 硬件标准 如接口标准 程序检测标准等 软件标准 如查询语言 程序设计语言等标准 数据格式标准 如数据类型 数据质量 数据转换标准等 数据集标准 如数字地形模型等 4 技术队伍 G I S 应用的关键是掌握实施G I s 来解决现实问题 的人员的素质 这里既包括从事G l S 系统开发的专业人员 也包括采 用G I S 完成日常工作的最终用户 5 组织管理 地理信息系统建设是一项复杂的系统工程 涉及 的部门很多 对传统的工作方式方法也是一个冲击 地理信息系统建 设在组织机构 领导关系 信息共享 部门协作 知识产权等方面调控 都必须由有关政府部门组织协调 2 G I S 的工作原理 G 王S 之所以能对复杂的地理空间信息进行有效的管理 查询分 析 是因为它具有四大特点 1 空间模型 G I S 将现实世界抽象为相互联结不同特征的层面 L A Y E R 组合 这一简单实用概念提供了解决各种纷繁复杂难题 诸 如车辆追踪 大气循环模式 的捷径 2 地理参考系 空间数据包括绝对位置信息 如经纬坐标 以及 相对位鼍信息 包括地址 编码 统计调查值等 G I S 的地理坐标系可 有效帮助用户在地球表面任意空间定位 3 矢量和栅格数据结构 G I S 数据包括矢量和栅格两种基本模 式 矢量数据以点 线 面方式编码并以 X Y 坐标串存储管理 是表 现离散空间特征的最佳方式 栅格数据 扫描图像或照片 是通过一系 列网格单元表达连续地理特征 G I S 软件中矢量 栅格数据结合使用 取长补短 4 数据库和数据仓库 G I S 采用大型的数据库和数据仓库并提 供高效的搜索引来满足众多用户对纷繁复杂的数据的提取和分析 3 G l S 的功能 1 数据输入 预处理 空间数据只有加工为合适的形式才能被 G I s 系统利用 将空间数据输入计算机的过程称为数字化 最新扫描 跟踪技术使大规模自动数字化成为可能 中小型作业仍可使用传统手 工数字化仪 同时G I S 软件提供强大的数据转换功能 可从C A D 文 本 关系数据库等几乎所有形式转入数据 与G P S 和R S 日趋一体化 使G I S 数据更新不再是应用的 瓶颈 通过各种方式获取的不同类型 空间数据必须经过标准化处理 包括不同比例尺 坐标投影的转换匹 配等 2 数据管理 由于G I s 涉及的数据量大 数据类型多 必须通过 数据库系统进行有效严格的组织管理 在关系型数据库中 不同表格 间通过相关项目相互连接 提供G I S 高度的可扩展性和灵活的配置能 力 随着i n t r a I l e t 和i n t e m e t 的发展和广泛应用 各部门的联系更为密 切 数据的交换和更新速度加快 有效的数据管理更为重要 3 空间查询与分析 G I S 提供从最简单的点击式查询 I D E N r H F Y 到辩证思维的空间分析方法 G I S 最引入人胜的作用是通过各 种假设分析来模拟区域空间规律和发展趋势 4 可视化表达输出 G I S 的操作结果通过可视化的地图 影像 多媒体的方式加以直观表达 这是G I S 无与伦比的另一优势 三 路面管理系统的组成 1 系统介绍 为了保持和改善现有路网的路面状况 保障道路通畅 使其更好 地为国民经济服务 各地政府每年投入了大量道路管养资金 但还是 不同程度地面临资金短缺的难题 多年来 道路管理部门对路面状况 缺少系统的检测 评价及科学的养护 道路的管养主要依靠对路面状 万方数据 1 科技动态 基于C 8 0 5 1F 0 2 0 的 I 郭毅锋1 2 蔡启仲2 l 触摸屏彩色液晶接口控制设计 I1 华中科技大学电信系4 3 0 0 7 4 l2 广西工学院电控系5 4 5 0 0 6 摘要 针对c 8 0 5 1 F 系列单片机一触摸屏一彩色液晶显示模块组成的人机界面系统 描述了单片机c 8 0 5 1 F 0 2 0 实 现控制彩色液晶进行显示的方法 着重论述了触摸屏软件设计编制的步骤 触点坐标的定标方法 人机界面系统按键 触点区域判断程序的设计和c 8 0 5 1 F 0 2 0 单片机对其组成的人机界面的控制方法 并给出了系统硬件设计框图和c 语 言编程的软件流程图 关键词 c 8 0 5 1 F 0 2 0 彩色液晶 T F r 6 4 4 8 b 触摸屏 人机界面 1 引言 一 良好的人机界面一真是测量仪器与控制装置追求的目标 触摸 屏和点阵液晶显示模块的相互配合使用 尤其是触摸屏与彩色液晶 显示模块的相互配合使用 使得人机界面可以更加美观和完善 但 是如果应用M C S 一5 1 系列单片机作为控制芯片 将无法达到触摸屏 信号输入和点阵液晶显示模块显示的实时控制 确0 5 l F 系列单片机 是以M C S 5 1 为内核的高速单片机 指令执行采用流水线方式 晶振 2 5 M H z 从而能够达到实时输入和显示的要求 C 8 0 5 l F 系列单片机 的多功能 口可用软件配置其具体功能 从而大大减少外设的扩 展 针对C 8 0 5 l F 系列单片机一触摸屏一彩色液晶显示模块组成的人 机界面系统 文章描述了单片机C 8 0 5 1 F D 2 0 实现控制彩色液晶进行 显示的方法 对于触摸屏与彩色液晶显示模块如何相互配合的关键 问题 提出触摸屏软件设计编制的步骤 触摸屏触点的X 轴 Y 轴 坐标值的定标方法 给出人机界面系统按键触点区域判断程序的设 计方法 并利用C 8 0 5 l 阳2 0 单片机对其组成的人机界面的进行控制 2 系统构成及其工作方式 2 1 系统基本构成 基于C 8 0 5 1 F 系列单片机一触摸屏一彩色液晶显示模块组成的人 机界面系统由单片机C 8 0 5 1 F 0 2 0 微处理器作为控制器 外设主要有 I I 删8 b 液晶显示控制器 N L 6 4 4 8 A C 3 3 1 8 彩色液晶显示屏和触摸 屏三大模块 v 1 电路 卜n 1 一 C 5 i F 0 2 0 E 三b 彩色 L C D 图l 系统结构框图 J 2 2c 8 0 5 1 阳2 0 控制T F l M 4 8 b 的工作过程 C 8 0 5 1 F 0 2 0 单片机共有8 个8 位I 0 口 P 0 l y 7 其中P o 到P 3 口通过优先交叉开关译码器 按优先顺序将端口的引脚 分配 给器件上的数字外设 端口的分配从P 0 0 开始 一直分配到P 3 7 当交叉开关配置寄存器X B R O X B R l 和X B R 2 中外设的对应允许 位被设置为逻辑 1 时交叉开关端口引脚分配给外设 将P o O 配 置为外部中断O 输入线 初始化编程对X B R l 和x B R 2 特殊寄存器 分别写入x B R 2 0 c 4 2 X B R l 0 x 0 2 P o 0 就被配置为外部中断0 入 口了 而C 8 0 5 l 殉2 0 的所有 端口作为输出都有两种工作方式 一种为推挽方式 一种为漏极开路方式 对P o M D O U T P 7 4 M D O U T 这5 个寄存器的对应位写 l 或 O 也就是对端口的输出方式进 行了设置 例如 要将P 1 口配置为推挽方式输出 则写入P 1 M D 一 0 U T 0 廿 P 3 口配置成数据输出口 传输数据时 其为8 位数据总 线口 因为控制器有4 个寄存器 将P 2 0 和P 2 1 分别接 I 蜘阻8 b 的A O 和A 1 这样就可以通过P 2 口 选择各个寄存器和配置各个寄 存器 当 T l 4 4 8 b 的片选信号 c S 有效时 通过P 3 口对 r 6 4 4 8 b 的相应行 列 控制 数据寄存器中写入数据 即可实现 C 8 0 5 1 F D 2 0 芯片对7 1 w H 4 8 b 的控制 从而实现彩色液晶的显示控 制 需要注意的是 由于C 8 0 5 l F 0 2 0 的典型工作电压为3 3 V 5 4 4 8 b 的工作电压是5 V 那么在系统加电之前 峦须对P 0 P 2 P 3 口相应连接管脚进行驱动能力扩展 m5曙 8性 加T髓 P 20 加 八宾彩 P 21 吖 L c D 6 喇 咖5 1 F 0 2 0 啊6 4 4 踟 J 3加D T 叫 况的定性判断和工程师的经验来进行 在决策过程中 往往由于经验 限制及缺乏对道路破损程度的量化分析 使道路养护方案不尽合理 特别是对跨年度的道路养护资金需求估算不准 造成了养护资金浪 费 道路质量下降及道路用户费用上升 为了改变传统落后的道路管 理方式 适合现代化 大规模 高速度和高质量的道路养护管理需求 我们以当今城市道路及公路路面管理的最新理论与研究成果为基础 开发了适用于公路与城市道路评估与管养的大型可视化路面管理系统 2 系统的框架 本系统是完全基于G I S 技术开发的 但用户可以在G I S 模式和 传统菜单模式之间随时切换 进行系统操作 3 完全基于G I S 上的道路管理系统功能 地理信息系统G I S 是借助计算机 将具有空间特征的信息可视 化 为信息的使用者提供更为直观 清晰的表达形式 并具有很强的空 间分析能力 由于道路信息具有空间特征 G I S 特别适宜于对道路信 息的分析处理 是道路建设管理现代化的重要手段之一 本系统将 G I s 技术成功地应用于道路管理工作中 并取得较好的效益 道路管理G I S 是为道路管理和养护部门进行宏观管理 分析决 策 实时了解路网状况等提供多要素 多层次 多功能的服务 它能及 时 便捷地反映 更新道路各项信息 分析路网状况 对促进决策的科 学化和管理现代化 提高工作的准确性和实时性具有重要意义 三 采用G I S 的必要性和可行性 由于路面管理系统的数据包含详细的道路位置及周边环境信息 这些数据都与地理空间密切联系 类型各异 数量巨大 如何有效的管 理这些数据成为路面管理系统所要解决的关键问题 G I S 为路面管理 系统提供了良好的工作平台 是解决这一问题的最好手段 G I S 能够 对融合各种数据 包括图表 照片 能通过各种途径获得所需的数据 对各种数据进行可靠的管理 具备空间查询与分析功能 对操作结果 进行可视化输出 这些都是其他系统无法比拟的 采用G I S 使得道路 信息不在拘泥于平 纵 横的简单描述 而能把现有道路或设计道路放 在相对真实的地形地理环境中去 从而更为直观的表现道路的设计效 果 平 纵 横的组合及与周围环境的配合 同时通过内部的链接和映 射能方便的提取其他的道路信息 如路面结构 平整度等 通过引入 评价系统 能对道路信息进行分析 加工 因此有必要采用G I S 技术 参考文献 l 承继成等编著 数字地球导论 科学出版社2 0 年1 月 2 阉正主编 科学出版社1 9 9 8 年6 月 万方数据 地理信息系统 GIS 在路面管理系统中的应用地理信息系统 GIS 在路面管理系统中的应用 作者 陈晓沫 陈何曼 作者单位 深圳市道桥维修中心 刊名 科技经济市场 英文刊名 KEJI JINGJI SHICHANG 年 卷 期 2006 8 被引用次数 0次 参考文献 2条 参考文献 2条 1 承继成 数字地球导论 2000 2 阎正 城市地理信息系统标准化指南 1998 相似文献 8条 相似文献 8条 1 学位论文 崔纪鹏 基于GIS的路面管理系统 2005 路面管理系统 PMS 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 该文在分析当前国内外地理信息系统 GIS 技术在路面管理系统应用的基础上 明确了基于GIS的路面管理系统相比传统路面管理系统的优势 总结 了GIS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GIS普遍应用于地区级路面管理的可行性 设计出利用GIS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 该文的特点是将PMS集成到GIS软件平台中 将传统路面管理系统与基于GIS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 GIS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GIS路面管理系统的过渡 该文研究与实践的要点着重在系统开发过程中 将地区级路面管理系统数据库组建于GIS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MapInfo软件与MapBasic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GIS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GIS中的要点问 题 利用VisualBasic6 0与MapX控件 Access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 该文在上述研究内容的基础上开发出了基于GIS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GIS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 2 期刊论文 车小平 马凌宇 全球定位数字化采集在路面管理系统中的应用 市政技术2002 3 随着路面管理系统 PMS 在我国公路 城市道路的广泛应用 大量的道路相关数据采集工作便成为道路管理部门所面临的主要难点 本文针对以上问题 简要介绍全球定位数字化采集系统的设计原理 技术功能 应用分析 发展方向等内容 3 学位论文 赵丽君 基于GIS路面管理系统决策优化的研究 2008 路面管理系统 PMS 是一种科学的管理方式和辅助决策工具 能够有效改变传统的经验决策模式 发挥路面资源的最佳效益 保证路面管理决策的系 统化 科学化和现代化 作为PMS的一个子系统 路面养护管理系统 PMMS 决策的关键是有效利用养护资金 使路面处于最佳服务水平或产生最大经济效 益 随着我国公路建设事业的不断发展和公路网的逐渐形成 公路的养护管理问题显得越发突出和重要 本文在分析当前国内外地理信息系统 GIS 技术 在路面管理系统应用的基础上 实现了传统路面管理系统到基于GIS路面管理系统的过渡 因此本文的研究对公路主管部门和具体养护部门的管理决策工 作有积极的现实意义 本文针对我国公路路面养护管理的现状 以网级和项目级路面养护管理决策问题为研究对象 构建了公路路面养护管理系统决策优化研究的主要框 架 建立了路面养护资金分配优化模型 讨论了模型的求解 并结合实例应用本文提出的方法与模型 进行了网级和项目级路面养护管理决策的分析 本文研究的两个关键问题是 路面养护管理决策优化 养护决策功能在基于GIS的路面管理系统中的实现 路面养护管理决策优化是本论文研究的核心内 容 其目标是在一定规划期内制定科学合理的路面养护维修计划和资金分配方案 首先 根据各种决策优化方法在该领域的应用情况 构建了网级和项 目级路面养护决策优化研究的主要框架 其次 分析了决策管理中权重的确定方法 提出了一种主客观结合的综合权重确定法 最后 重点研究了路面 养护资金分配优化问题 将动态规划的思想与模糊优化的方法结合起来 建立了路面养护资金分配优化的多目标决策模型 建模的基本思路是 将路面 使用性能在整个分析期内的发展变化视为一个多阶段动态随机过程 路面使用性能的状况用刻画路面使用性能状况的指标描述 某养护措施实施的效果 由表征路面使用性能改善的各指标的变化值表示 由此 各养护对策对应的指标值构成决策矩阵 用模糊优化算法求解决策矩阵 并用动态规划的算法 进行全局优化 实现养护资金优化分配的目标 养护决策功能的实现方面 在ArcMap下采用VBA编程方法制定系统功能界面 采用Visual Basic 6 0完成 决策模型算法和对话窗口的设计和实现 并通过与Access数据库的联合开发 实现数据的管理和快速查询 基本功能模块包括数据管理 养护决策 查 询和业务管理 数据管理模块主要实现实施养护措施路段数据的输入与查询 养护决策模块实现网级与项目级的养护决策 查询模块提供以各种方式查 询数据库的路段或养护方案信息 业务管理模块实现对养护路段的信息进行实时跟踪 4 期刊论文 赤列江村 尚文涛 CHILIE Jian gcun SHANG Wen tao 基于GIS的路面管理系统研究 山西建筑 2008 34 30 总结了基于GIS的路面管理系统并分析了GIS在路面管理系统应用的主要功能 目的 特点及发展趋势 初步探讨将GIS普遍应用于路面管理的可行性 设计出利用GIS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 5 学位论文 刘旭东 水泥混凝土路面使用性能评价与预估方法及基于GIS的路面管理系统开发 2007 路面管理系统 PMS 为公路管理部门提供了解路面现状 合理地分配有限资源的依据 是公路管理的有效工具 路面管理系统主要包括数据库管理系 统 路面使用性能评价 路面使用性能预估 路面寿命周期费用分析等 本文重点研究水泥混凝土路面使用性能评价方法和预估方法 并在地理信息系 统 GIS 的平台上对路面管理系统进行开发 论文依托于广西交通厅 水泥混凝土路面早期破坏机理与防治技术 根据路面系统本身所具有 灰色 本质的特点 应用灰色系统理论的灰色聚 类方法 对水泥混凝上路面状况进行综合评价 提出了灰色聚类指标HSPJ 建立了灰色聚类指标与破坏之间的隶属函数 用特征分析的思想 研究了等 维递补灰色GM模型和马尔可夫预测模型在路面使用性能预估中的应用 提出路面使用性能预估的灰微分方程 构建了灰微分方程的背景值 使微分方程 的求解得以简化 将马尔可夫链引入路面使用性能预估 建立逆矩阵求概率转移矩阵的方法 提出了转移矩阵在路面使用性能预估中的物理意义 使繁 琐的预估模型易于理解 在理论研究的基础上 建立了基于GIS路面管理系统框架 重点对使用性能评价和预估模块进行了开发 6 期刊论文 冯震 许兆义 祝海涛 基于地理信息系统的UPMIS安全设计 中国安全科学学报2004 14 2 重点论述基于地理信息系统 GIS 的城市路面管理信息系统 UPMIS 安全设计的主要思路 即对城市道路具体路面的有关属性编码之后 通过GIS信息平 台将路面空间属性与路面属性数据联系起来生成路面空间信息系统 从而使路面的管理与道路的地理信息相结合 使管理更加直接 形象 并且将研究应用 到秦皇岛市路面管理系统的设计中 效果很好 笔者通过研究 为城市道路信息可视化管理作一些有益的探索 7 期刊论文 交通部公路司 公路管理信息化现状与发展 中国交通信息产业2005 11 我国从八十年代末年开始公路管理信息化工作 起初是对建立全国公路数据库的可行性进行了调研 同时开展了相应的研究和开发 90年代中期 我国 自行研发的路面管理系统 桥梁管理系统逐步推广应用 为公路养护决策科学化 管理信息化工作提供了有力支持 同时 随着我国高速公路的迅速发展 一些省份逐步开发完成了高速公路交通监控系统 并实现了联网收费 不停车收费 以2001年第二次全国公路普查为契机 全国初步实现了公路基础数据 资源的计算机管理 一些省份初步建立了公路数据库 并实现了公路属性数据与地理信息系统 GIS 的交互查询 建立起了不同比例的电子地图 基本满足了 日常公路养护与管理工作的数据需求 为可视化 现代化 科学化的养护管理工作提供了支持平台 8 学位论文 赵雍 基于MapObjects的公路养护管理GIS研究与实现 2006 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