Esri基于ArcGIS的高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)

1、Esri基于ArcGIS的高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng) 高速公路是二十世紀三十年代在西方發(fā)達國家開始出現(xiàn)的專門為汽車交通服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。高速公路在運輸能力、速度和安全性方面具有突出優(yōu)勢，對實現(xiàn)國土均衡開發(fā)、建立統(tǒng)一的市場經(jīng)濟體系、提高現(xiàn)代物流效率和公眾生活質(zhì)量等具有重要作用。高速公路促進了交通運輸業(yè)的發(fā)展，同時為地方經(jīng)濟發(fā)展帶來了巨大的機遇，大量新興產(chǎn)業(yè)群體以高速公路為依托，以外向型經(jīng)濟為主體，成為改造我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、帶動傳統(tǒng)企業(yè)發(fā)展的新的經(jīng)濟增長點。 現(xiàn)階段我國的高速公路大都建在運輸需求量大、原有一般公路通過能力超飽和的國道主干線上。要實現(xiàn)有效管理、運營和養(yǎng)護高速公路的目的，必須要借

2、助先進的GIS技術(shù)，實現(xiàn)高速公路的信息化建設(shè)，將高速公路、輔助設(shè)施、人員和貨物流動等信息在空間數(shù)據(jù)庫中有效管理，采用動態(tài)分段技術(shù)，實現(xiàn)GIS技術(shù)與道路里程信息的結(jié)合，并通過GIS的空間分析功能、與GPS的結(jié)合能力等，實現(xiàn)車輛監(jiān)控、故障定位、緊急救援、影響范圍分析等功能，為高速公路的各種智能管理、實時監(jiān)控、應(yīng)急救援提供了強大的技術(shù)可行性的支持。 高速公路可以運行線性參考實現(xiàn)維護、資產(chǎn)管理以及決策支持。線性參考能夠選擇一條高速公路，為阻礙車輛運送的障礙物標識出里程位置?？梢岳枚ㄎ患夹g(shù)查詢某個設(shè)施在高速公路上的位置，并且還可以將高速公路的路徑和路徑事件與高速公路通過區(qū)域的周邊環(huán)境，如行政區(qū)劃、經(jīng)濟

3、發(fā)展狀況、人口分布等結(jié)合分析，得出高速公路對環(huán)境和社會經(jīng)濟的影響。動態(tài)分段可用于顯示軌道路徑事件的多個特征，比如客流量的動態(tài)變化、高速公路質(zhì)量的動態(tài)變化等。 由于高速公路跨越地區(qū)廣、運行負荷大，因此養(yǎng)護工作對于高速公路的正常運行和經(jīng)濟流、人流、物流和信息流的流動非常重要。集成交通GIS(GIS-T)技術(shù)、海量多源空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、激光測量技術(shù)、全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)、無線通信技術(shù)等高新技術(shù)，實現(xiàn)在高速公路日常養(yǎng)護工作中，有效組織和管理高速公路的各類養(yǎng)護數(shù)據(jù)、提高這些信息的使用效率，提高高速公路養(yǎng)護管理的效率及水平、降低管理成本，推進高速公路養(yǎng)護的管理現(xiàn)代化、數(shù)據(jù)信息化、決策科學

4、化是切實可行的。 1、高速公路養(yǎng)護工作的信息化現(xiàn)狀 高速公路是二十世紀三十年代在西方發(fā)達國家開始出現(xiàn)的專門為汽車交通服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。高速公路在運輸能力、速度和安全性方面具有突出優(yōu)勢，對實現(xiàn)國土均衡開發(fā)、建立統(tǒng)一的市場經(jīng)濟體系、提高現(xiàn)代物流效率和公眾生活質(zhì)量等具有重要作用。目前全世界已有80多個國家和地區(qū)擁有高速公路，通車里程超過了23萬公里。高速公路在中國內(nèi)地的出現(xiàn)和發(fā)展僅僅走過了17年的歷程，在今天，3萬4千多公里的高速公路正在為中國經(jīng)濟和社會的發(fā)展提供著便捷的、高效率的運輸服務(wù)。 另一方面，近年來我國的機動車數(shù)據(jù)量發(fā)展速度遠遠高于高速公路新增里程的速度，因而對高速公路的養(yǎng)護工作帶來了空前的

5、挑戰(zhàn)。近一年時間內(nèi)就有幾起高速公路大事故發(fā)生，如太舊高速公路的地質(zhì)災(zāi)害、京珠高速的橋梁坍塌等。這些事故更直觀地暴露出了傳統(tǒng)的、長期計劃經(jīng)濟體制下的經(jīng)驗型養(yǎng)護管理模式已不能適應(yīng)高速公路的發(fā)展與壓力增大的要求，其問題主要體現(xiàn)在如下幾方面： （1）養(yǎng)護行政管理體制不順。目前我國高等級公路的養(yǎng)護管理與一般公路的養(yǎng)護管理一樣，大多仍采用事業(yè)型的管理體制，不能反映高等級公路社會化大生產(chǎn)的商品屬性要求；養(yǎng)護經(jīng)費來源仍采用政府財政方式，不能適應(yīng)高等級公路管理企業(yè)經(jīng)營性要求，這些方面已嚴重影響了養(yǎng)護技術(shù)水平的提高與管理機制的創(chuàng)新。 （2）養(yǎng)護運行機制落后，“重建輕養(yǎng)”思想嚴重。對養(yǎng)護管理強制性要求，缺乏足夠的認

6、識及有效的法律約束，主要表現(xiàn)為對養(yǎng)護責任事故追究不力，監(jiān)管不嚴，處罰過輕；對養(yǎng)護資金投入不足，對科技進步重視不夠，尚未建立起現(xiàn)代企業(yè)制度。 （3）缺少養(yǎng)護定額與規(guī)范。截止目前，針對高等級公路養(yǎng)護管理特點的全國性或地方性統(tǒng)一的養(yǎng)護定額與技術(shù)規(guī)范尚未出臺，養(yǎng)護工程費支出缺乏嚴格的考量標準，隨意性較大；養(yǎng)護質(zhì)量的考核中的指標主觀隨意性大。 （4）養(yǎng)護機械配套率不足，養(yǎng)護科技含量低。雖然一些地方，一些高等級公路配備了從國外引進的大功率綜合性養(yǎng)護機械，但對機械適應(yīng)能力差，對機械性能的開發(fā)嚴重不足，使用頻率低，設(shè)備閑置浪費現(xiàn)象比較嚴重；大多養(yǎng)護作業(yè)仍采用傳統(tǒng)的手工作坊式生產(chǎn)組織，對國外已有的新技術(shù)、新工藝

7、、新材料只處在試驗階段，還沒有大規(guī)模推廣使用。 （5）養(yǎng)護管理人員總體素質(zhì)普遍偏低。目前高速公路養(yǎng)護都朝著機械化、專業(yè)化方向發(fā)展，這對養(yǎng)護管理人員的素質(zhì)提出較高的要求。而我國目前的養(yǎng)護管理人員總體素質(zhì)普遍偏低，限制了高速養(yǎng)護水平的提高。 （6）與高速公路其它管理部門的信息共享困難。目前沒有很好的辦法進行高速公路橫向管理部門之間的數(shù)據(jù)共享，如路政部門、機電部門、營運部門，對突出事件的應(yīng)對處理能力差。 2、養(yǎng)護信息化工作需要解決的問題 高速公路養(yǎng)護是一項復(fù)雜的工程，通過建設(shè)高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)，可以從技術(shù)手段與工具來上提高養(yǎng)護管理質(zhì)量的目的。結(jié)合實際的業(yè)務(wù)情況建立高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)可以解

8、決以下問題： 建立起高速公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心，保存高速公路各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和養(yǎng)護業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)； 改善高速公路各種結(jié)構(gòu)物病害數(shù)據(jù)采集的作業(yè)方式，統(tǒng)一病害數(shù)據(jù)采集格式、要求，提高作業(yè)效率和數(shù)據(jù)采集的準確性； 解決現(xiàn)有養(yǎng)護資料保存、查詢、使用、備份困難的局面； 統(tǒng)一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理，提高數(shù)據(jù)使用效率和資料的完整性，便于數(shù)據(jù)的更新； 加強病害管理工作，以病害為管理對象，建立起病害生命周期模型，實現(xiàn)對病害發(fā)展的全程管理。 規(guī)范日常技術(shù)工作，培養(yǎng)技術(shù)人員養(yǎng)成良好的信息化工作習慣； 建立起高速公路養(yǎng)護質(zhì)量指標數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同的指標情況制定出不同的養(yǎng)護對策，做到量化養(yǎng)護的目的； 3、基于GIS的高速公路養(yǎng)護管理解決思路 地

9、理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）以其強大的數(shù)據(jù)管理能力與空間可視化分析能力已在各行各業(yè)上廣為應(yīng)用，對于交通領(lǐng)域也有和交通專業(yè)相結(jié)合的交通GIS（GIST）技術(shù)，為智能交通等交通問題提出了很好的解決思路。另外，全球定位系統(tǒng)（Globe Position System，GPS）技術(shù)也為高速公路的各種智能管理與實時監(jiān)控提供了強大的技術(shù)可行性的支持。 對于高速公路養(yǎng)護管理方面存在的問題，如何以GIS與GPS兩種技術(shù)以基礎(chǔ)將為高速公路養(yǎng)護管理帶來更好的解決方案，筆者提出基于GIS的高速公路養(yǎng)護管理解決方案，具體如下： 集成交通GIS(GIS-T)技術(shù)、海量

10、多源空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、激光測量技術(shù)、全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)、無線通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、交通領(lǐng)域?qū)＜夷Ｐ偷雀咝录夹g(shù)，旨在實現(xiàn)能夠?qū)Φ缆凡『崿F(xiàn)信息多方位采集，實時傳送，直觀表述，對養(yǎng)護工作實現(xiàn)現(xiàn)場實時指揮，基于領(lǐng)域?qū)I(yè)模型的養(yǎng)護要素分析，基于知識發(fā)掘及分析結(jié)果的方案及計劃制定等功能，建立一套具有高度自動化、規(guī)范化、實用性以及可擴展性的高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)；實現(xiàn)在高速公路日常養(yǎng)護工作中，有效組織和管理高速公路的各類養(yǎng)護數(shù)據(jù)、提高這些信息的使用效率，提高高速公路養(yǎng)護管理的效率及水平、降低管理成本，推進高速公路養(yǎng)護的管理現(xiàn)代化、數(shù)據(jù)信息化、決策科學化是切實可行的。 3.1、基于海量

11、多元空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲 海量多元空間數(shù)據(jù)庫是指將各種類型的數(shù)據(jù)，以空間的方式進行高效地組織，并存放在同一個數(shù)據(jù)庫中，以達到統(tǒng)一管理的目的。高速公路養(yǎng)護管理中需要多種類型的資料，如高速公路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物數(shù)據(jù)、竣工圖紙資料數(shù)據(jù)、病害歷史記錄數(shù)據(jù)、病害維修工程合同數(shù)據(jù)等，而將這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理就能提高數(shù)據(jù)的利用率與共享率，更好地為養(yǎng)護管理服務(wù)，并為數(shù)據(jù)的進一步挖掘使用打下良好的基礎(chǔ)。 基于海量多元空間數(shù)據(jù)庫的解決方案，是將各種資料進行整合統(tǒng)一管理。對于竣工圖，按圖紙的原來進行基于CAD的方式進行矢量化，建立起竣工資料庫索引，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中以案卷的方式進行統(tǒng)一管理；對于高速公路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物，以高速公路平

12、面竣工圖為基礎(chǔ)，利用GIS實現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)的矢量化與屬性表結(jié)合管理；對于病害維修工程合同相關(guān)的數(shù)據(jù)，將其掃描成圖片數(shù)據(jù)，保存各種簽名、蓋章的原樣，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中以工程資料的目錄進行統(tǒng)一管理；病害相關(guān)的數(shù)據(jù)，以GIS的方式進行點、線、面的方式，并賦于完整的屬性信息，最大程度地以病害的原貌進行存貯位置等相關(guān)信息；對于高速公路結(jié)構(gòu)物，按實際尺寸進行三維建模，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，達到高速查詢與使用的目的。 總之，基于海量多元空間數(shù)據(jù)庫的解決方案，能根據(jù)養(yǎng)護所需要的各種數(shù)據(jù)進行分行，利用不同的方式信息化，最終以空間的形式進行統(tǒng)一高效管理。同時數(shù)據(jù)庫為無限擴展，滿足數(shù)據(jù)日積月累的數(shù)據(jù)量增加需求。 3.2、基于線性參考

13、的高速公路結(jié)構(gòu)物和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)組織管理 高速公路的結(jié)構(gòu)物的定位方式為采集里程的方式進行，此種方式時在平面上用一維的坐標來確定位置。在地理信息系統(tǒng)中，線性參考系統(tǒng)（Linear Referencing System）的數(shù)據(jù)模型是根據(jù)和已知參考點間的偏移量來進行位置度量的方法，實際是用一維坐標來表示線性對象位置的方法，借助于此種參考體系統(tǒng)，就可以進行位置點和位置段的定位，從而進行點事件和線事件的動態(tài)分段方法。此種方法能很好地解決高速公路的結(jié)構(gòu)物組織和管理的問題。 高速公路是最典型的線性系統(tǒng)，高速公路的位置可以定義出一個起點，高速公路上的每一點都可以利用該點離起點的距離來進行精確表示，高速公路上的每一段

14、也可以利用離該點的起點距離和終點距離來表示。這樣，借助于基于線性參考的動態(tài)分段管線模型，可以避開復(fù)雜的XY坐標，而只用一維坐標就能精確表示出高速公路沿線結(jié)構(gòu)物及設(shè)施的位置，用起點一維坐標和終點一維坐標來表示一段高速公路的位置，而當這些要素的空間位置發(fā)生變化時，只需要對屬性表的屬生進行更新時就可以對空間位置進行更新。而這種方式更是利于數(shù)據(jù)的管理與分析。 3.3、基于GPS激光測距集成病害定位測量 GPS（Globe Position System，全球定位系統(tǒng)）利用衛(wèi)星進行快速高精度的地面定位，以最快的時間確定病害所發(fā)生的里程樁號等具體位置。 激光測距儀可以完成距離測量,水平角度測量,垂直角度測

15、量和清晰觀察等工作。 將GPS以及激光測距這兩種技術(shù)進行集成，完成各種病害的定位以及病害規(guī)模測定，特別是能進行遠處的目標測量，方便采集人員進行方便進行的區(qū)域，如高速公路行車道這樣的高危地區(qū)，在遠處完成病害采集。 另外，利用GPS技術(shù)，在進行病害復(fù)查時，預(yù)先計算出采集人員的復(fù)查路線，以幫助采集人員以最快的速度找到復(fù)查病害位置，高效地進行病害復(fù)查。 3.4、基于三維結(jié)構(gòu)物顯示和病害采集 高速公路的橋涵結(jié)構(gòu)物為養(yǎng)護工作的重點，相同類型、相同程度的病害，發(fā)生同一個結(jié)構(gòu)物上的不同位置所引起的隱患與對應(yīng)的養(yǎng)護處理方式是完全不同的，如同樣長度的與裂縫發(fā)生在一片梁的中間與兩端是完全不同的。因此在進行病害采集時

16、采集何種方式記錄病害才能更完整記錄下病害的信息對于養(yǎng)護決策就非常重要了。 利用三維技術(shù)，將高速公路相關(guān)的結(jié)構(gòu)物，以真實尺寸進行三維建模，在野外進行病害采集時，以虛擬現(xiàn)實的形式，直接在相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)物上進行病害信息的標注，最真實地表示出病害發(fā)生的位置。加上輔以數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等記錄手段，完整地記錄下病害的情況，并在內(nèi)業(yè)中進行真實地再現(xiàn)，提供有效的病害處理決策支持依據(jù)。 3.5、基于無線網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)病害信息傳輸 基于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，在發(fā)突發(fā)事件或發(fā)現(xiàn)重大病害時，及時將所采集到的信息基于無線傳輸?shù)焦芾碇行?，以便相當決策者在最短的時間內(nèi)做出相對應(yīng)的處理辦法，大大縮短對突發(fā)事件的響應(yīng)時間，提前對突發(fā)事

17、件的處理效率。 3.6、以病害生命周期的病害管理模式 根據(jù)不同的病害類型，系統(tǒng)地制定出相應(yīng)的病害處理流程，跟蹤和管理病害的發(fā)展歷程。同時將病害的生命周期劃分為未處理階段、正在處理階段、已發(fā)展階段、已維修階段和歷史病害階段，針對處于不同階段的病害制作不同的處理與管理方式，確定病害處理流程，如下圖所示。 3.7、基于高速公路養(yǎng)護質(zhì)量指標的養(yǎng)護決策 高速公路養(yǎng)護對象分為路面養(yǎng)護、路基養(yǎng)護、橋涵構(gòu)造物養(yǎng)護和沿線設(shè)施四部分，這四項對應(yīng)的評價指標分別為PQI、SCI、BCI和TCI，這四部分的共同構(gòu)成對高速公路的整體養(yǎng)護。高速公路養(yǎng)護質(zhì)量指數(shù)MQI（Expressway Maintenance Quali

18、ty Index）是對高速公路的養(yǎng)護質(zhì)量的綜合評定。 依據(jù)高速公路養(yǎng)護質(zhì)量檢評方法（試行）規(guī)定MQI和所需指標及相關(guān)關(guān)系圖如下： 根據(jù)以上指標，建立起對應(yīng)的高速公路養(yǎng)護管理決策樹，將養(yǎng)護決策依據(jù)“量化”，更科學地養(yǎng)護高速公路。 3.8、基于領(lǐng)域?qū)I(yè)模型的養(yǎng)護要素分析手段 利用交通領(lǐng)域的專業(yè)模型，根據(jù)高速公路歷年的各種指標數(shù)據(jù)，結(jié)合該路的車流量數(shù)據(jù)、路面結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件等相關(guān)的因素，建立起相對應(yīng)的路面性能指標評價分析模型與預(yù)測分析模型，提供科學的決策支持信息，提高養(yǎng)護的針對性，優(yōu)化養(yǎng)護費用的分配，降低養(yǎng)護成本。 4、基于GIS的高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)實現(xiàn) 4.1、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)基于GIS的高速公路養(yǎng)護管理解決思路，系統(tǒng)由外業(yè)病害采集系統(tǒng)和內(nèi)業(yè)養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)組成。 外業(yè)病害采集系統(tǒng)用于進行高速公路相關(guān)的病害采集，包括路面、橋梁以及其它相關(guān)結(jié)構(gòu)物。 內(nèi)業(yè)養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)用于對高速公路相關(guān)的各種資料進行統(tǒng)一管理，以及養(yǎng)護計劃制定，病害管理、養(yǎng)護質(zhì)量指標管理等各方面養(yǎng)護相關(guān)的業(yè)務(wù)辦公功能。 4.2、系統(tǒng)功能 4.2.1、外業(yè)病害采集系統(tǒng)功能 外業(yè)病害采集系統(tǒng)為作為高速公路病害采集的工具，利用平板電腦或PDA為記錄設(shè)備，