Esri基于ArcGIS的高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)設(shè)計

...wd......wd......wd...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(jì)三十年代在西方興旺國家開場出現(xiàn)的專門為汽車交通服務(wù)的根基設(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)、建設(shè)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)的開展，同時為地方經(jīng)濟開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)構(gòu)造、帶動傳統(tǒng)企業(yè)開展的新的經(jīng)濟增長點?，F(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(biāo)識出里程位置。可以利用定位技術(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)濟開展?fàn)顩r、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，比方客流量的動態(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(fù)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(xué)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(jì)三十年代在西方興旺國家開場出現(xiàn)的專門為汽車交通服務(wù)的根基設(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)、建設(shè)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?yán)锍坛^了23萬公里。高速公路在中國內(nèi)地的出現(xiàn)和開展僅僅走過了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)濟和社會的開展提供著便捷的、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)量開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、長期方案經(jīng)濟體制下的經(jīng)歷型養(yǎng)護管理模式已不能適應(yīng)高速公路的開展與壓力增大的要求，其問題主要表達在如下幾方面：〔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(yán)重影響了養(yǎng)護技術(shù)水平的提高與管理機制的創(chuàng)新?！?〕養(yǎng)護運行機制落后，“重建輕養(yǎng)〞思想嚴(yán)重。對養(yǎng)護管理強制性要求，缺乏足夠的認(rèn)識及有效的法律約束，主要表現(xiàn)為對養(yǎng)護責(zé)任事故追究不力，監(jiān)管不嚴(yán)，處分過輕；對養(yǎng)護資金投入缺乏，對科技進步重視不夠，尚未建設(shè)起現(xiàn)代企業(yè)制度?！?〕缺少養(yǎng)護定額與標(biāo)準(zhǔn)。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)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺，養(yǎng)護工程費支出缺乏嚴(yán)格的考量標(biāo)準(zhǔn)，隨意性較大；養(yǎng)護質(zhì)量的考核中的指標(biāo)主觀隨意性大?！?〕養(yǎng)護機械配套率缺乏，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(yán)重缺乏，使用頻率低，設(shè)備閑置浪費現(xiàn)象比較嚴(yán)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、新材料只處在試驗階段，還沒有大規(guī)模推廣使用?！?〕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)化方向開展，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。目前沒有很好的方法進展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)情況建設(shè)高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)可以解決以下問題：建設(shè)起高速公路根基數(shù)據(jù)中心，保存高速公路各種根基數(shù)據(jù)和養(yǎng)護業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；改善高速公路各種構(gòu)造物病害數(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(zhǔn)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，建設(shè)起病害生命周期模型，實現(xiàn)對病害開展的全程管理。標(biāo)準(zhǔn)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(xí)慣；建設(shè)起高速公路養(yǎng)護質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同的指標(biāo)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)護管理解決思路地理信息系統(tǒng)〔GeographicInformationSystem，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〔GIS－T〕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)〔GlobePositionSystem，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)以根基將為高速公路養(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，基于知識開掘及分析結(jié)果的方案及方案制定等功能，建設(shè)一套具有高度自動化、標(biāo)準(zhǔn)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(xué)化是切實可行的。3.1、基于海量多元空間數(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)，以空間的方式進展高效地組織，并存放在同一個數(shù)據(jù)庫中，以到達統(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，如高速公路根基構(gòu)造物數(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)進展統(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根基。基于海量多元空間數(shù)據(jù)庫的解決方案，是將各種資料進展整合統(tǒng)一管理。對于竣工圖，按圖紙的原來進展基于CAD的方式進展矢量化，建設(shè)起竣工資料庫索引，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中以案卷的方式進展統(tǒng)一管理；對于高速公路根基構(gòu)造物，以高速公路平面竣工圖為根基，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展統(tǒng)一管理；病害相關(guān)的數(shù)據(jù)，以GIS的方式進展點、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展存貯位置等相關(guān)信息；對于高速公路構(gòu)造物，按實際尺寸進展三維建模，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，到達高速查詢與使用的目的?？傊诤Ａ慷嘣臻g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)進展分行，利用不同的方式信息化，最終以空間的形式進展統(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、基于線性參考的高速公路構(gòu)造物和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)組織管理高速公路的構(gòu)造物的定位方式為采集里程的方式進展，此種方式時在平面上用一維的坐標(biāo)來確定位置。在地理信息系統(tǒng)中，線性參考系統(tǒng)〔LinearReferencingSystem〕的數(shù)據(jù)模型是根據(jù)和參考點間的偏移量來進展位置度量的方法，實際是用一維坐標(biāo)來表示線性對象位置的方法，借助于此種參考體系統(tǒng)，就可以進展位置點和位置段的定位，從而進展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構(gòu)造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展準(zhǔn)確表示，高速公路上的每一段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(biāo)，而只用一維坐標(biāo)就能準(zhǔn)確表示出高速公路沿線構(gòu)造物及設(shè)施的位置，用起點一維坐標(biāo)和終點一維坐標(biāo)來表示一段高速公路的位置，而當(dāng)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展更新時就可以對空間位置進展更新。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〔GlobePositionSystem，全球定位系統(tǒng)〕利用衛(wèi)星進展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,垂直角度測量和清晰觀察等工作。將GPS以及激光測距這兩種技術(shù)進展集成，完成各種病害的定位以及病害規(guī)模測定，特別是能進展遠處的目標(biāo)測量，方便采集人員進展方便進展的區(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)，在進展病害復(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，高效地進展病害復(fù)查。3.4、基于三維構(gòu)造物顯示和病害采集高速公路的橋涵構(gòu)造物為養(yǎng)護工作的重點，一樣類型、一樣程度的病害，發(fā)生同一個構(gòu)造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。因此在進展病害采集時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)的構(gòu)造物，以真實尺寸進展三維建模，在野外進展病害采集時，以虛擬現(xiàn)實的形式，直接在相對應(yīng)的構(gòu)造物上進展病害信息的標(biāo)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)中進展真實地再現(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?dāng)決策者在最短的時間內(nèi)做出相對應(yīng)的處理方法，大大縮短對突發(fā)事件的響應(yīng)時間，提前對突發(fā)事件的處理效率。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，跟蹤和管理病害的開展歷程。同時將病害的生命周期劃分為未處理階段、正在處理階段、已開展階段、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，如以以下圖所示。3.7、基于高速公路養(yǎng)護質(zhì)量指標(biāo)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)施四局部，這四項對應(yīng)的評價指標(biāo)分別為PQI、SCI、BCI和TCI，這四局部的共同構(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〔ExpresswayMaintenanceQualityIndex〕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(biāo)及相關(guān)關(guān)系圖如下：根據(jù)以上指標(biāo)，建設(shè)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(xué)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(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)合該路的車流量數(shù)據(jù)、路面構(gòu)造、地質(zhì)條件等相關(guān)的因素，建設(shè)起相對應(yīng)的路面性能指標(biāo)評價分析模型與預(yù)測分析模型，提供科學(xué)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)總體構(gòu)造根據(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)用于進展高速公路相關(guān)的病害采集，包括路面、橋梁以及其它相關(guān)構(gòu)造物。內(nèi)業(yè)養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)用于對高速公路相關(guān)的各種資料進展統(tǒng)一管理，以及養(yǎng)護方案制定，病害管理、養(yǎng)護質(zhì)量指標(biāo)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