交通運(yùn)輸?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)gis-中的多路信息定位參照系統(tǒng)

交通運(yùn)輸?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)gis-中的多路信息定位參照系統(tǒng)

gis-t中的里程樁定位參照系統(tǒng)信息系統(tǒng)（gis）是一項(xiàng)用于收集、模擬、處理、搜索、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。近年來(lái)地理信息系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展,在資源調(diào)查、環(huán)境評(píng)估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共設(shè)施管理、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用(公路和城市道路、鐵路和城市軌道、機(jī)動(dòng)車輛管理、公共交通管理、物流管理、ITS、民用航空、海港和水運(yùn)等)稱為交通運(yùn)輸?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)(GeographicInformationSystemforTransportation,簡(jiǎn)稱GIS-T)。GIS-T以交通運(yùn)輸領(lǐng)域具有空間位置的對(duì)象為核心,以兩種形式來(lái)組織數(shù)據(jù):用來(lái)描述事物空間地理位置信息的空間數(shù)據(jù)(包括測(cè)量的、拓?fù)涞暮蛨D形數(shù)據(jù))和用來(lái)描述事物空間信息以外特征的屬性數(shù)據(jù)(如名稱、長(zhǎng)度、等級(jí)等)。在GIS-T中信息的組織、處理、操作和分析都以空間位置為核心展開,而對(duì)空間位置的描述離不開特定的定位參照系統(tǒng)。在GIS-T中由于運(yùn)輸設(shè)施和運(yùn)輸信息的線性特征,在很多場(chǎng)合都采用了線性定位參照系統(tǒng)。我國(guó)的公路部門普遍采用里程樁定位參照系統(tǒng),里程樁定位參照系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是GIS-T在公路工程中應(yīng)用的關(guān)鍵。因而有必要對(duì)GIS-T中的里程樁定位參照系統(tǒng)做系統(tǒng)的研究。GIS-T在國(guó)內(nèi)的研究和應(yīng)用剛剛起步,對(duì)其中的里程樁參照系統(tǒng)的研究也還處于初級(jí)階段。1定位基準(zhǔn)的確定公路施工完成以后,在路的兩側(cè)都設(shè)置公里樁和百米樁。公路管理中信息的描述以路旁里程樁作為定位基準(zhǔn)。所以必須建立起有效的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和里程樁線性參照系統(tǒng)的聯(lián)系機(jī)制,提供對(duì)里程樁定位的支持,才能滿足公路管理的業(yè)務(wù)要求。1.1道路模型和基礎(chǔ)地圖不同的GIS-T應(yīng)用軟件,具有不同的里程樁定位參照解決方案。其中比較典型的就是ESRI公司的路線模型。在該模型中除了提供了基本的點(diǎn)、線、多邊形空間對(duì)象外,還專門提供了路段和路線對(duì)象,用來(lái)作線性參照的支持。在基礎(chǔ)地圖中,地圖都是通過(guò)弧段來(lái)描述,包括唯一標(biāo)識(shí)弧段的內(nèi)部標(biāo)識(shí)碼,以坐標(biāo)進(jìn)行定位的端點(diǎn)和中間形狀點(diǎn)。由于弧段不能直接給里程樁定位參照提供支持,因此模型中引入了路段和路線對(duì)象。路線直接用來(lái)描述公路管理中的公路對(duì)象,包括與公路管理一致的路線編碼、內(nèi)部標(biāo)識(shí)碼和其他屬性信息。路段則提供對(duì)路線和弧段的連接。1.2基于此系統(tǒng)，公里數(shù)集被認(rèn)為是系統(tǒng)的結(jié)果要在具體的GIS-T系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)上述的解決方案,關(guān)鍵就是在地圖中形成可操作的具體路線,并給路段賦予與現(xiàn)場(chǎng)相符合的里程樁號(hào)。1.2.1現(xiàn)場(chǎng)路線編碼由于路線是GIS-T中可獨(dú)立操作的對(duì)象,必須唯一地被定義。所以,在地圖上建立路線之前,應(yīng)該明確現(xiàn)場(chǎng)的路線起點(diǎn)和終點(diǎn)位置及樁號(hào),唯一地定義路線的編碼。在具體操作時(shí),根據(jù)路線的走向和起終點(diǎn)位置,在基礎(chǔ)地圖上找到與該條路線對(duì)應(yīng)的弧段,然后把這些弧段采用GIS-T軟件的命令或程序組成該條路線,并同時(shí)形成連接路線和弧段的路段,確定出路線的方向,在必要的情況下賦給路線相應(yīng)的屬性值。1.2.2路線長(zhǎng)度不一,導(dǎo)致定位錯(cuò)誤樁號(hào)設(shè)置最簡(jiǎn)單的方法就是直接輸入路線的起點(diǎn)和終點(diǎn)樁號(hào),再根據(jù)路線的長(zhǎng)度和里程范圍,內(nèi)插得到各路線中間點(diǎn)的樁號(hào)。如圖1,賦予該路線的起點(diǎn)(K0+000)和終點(diǎn)樁號(hào)(K2+500),根據(jù)長(zhǎng)度平均內(nèi)插得到各點(diǎn)的樁號(hào)。但是在公路上,里程樁號(hào)并不與實(shí)際的路線長(zhǎng)度一致,比如按里程樁標(biāo)識(shí)的100m,但是實(shí)際的距離可能只有90m,再加上公路上斷鏈現(xiàn)象的存在,會(huì)使得實(shí)際的定位發(fā)生錯(cuò)誤。如圖1,上部是通過(guò)起終點(diǎn)樁號(hào)平均內(nèi)插的樁號(hào),下部是實(shí)際的樁號(hào),兩者并不一致。在這種情況下,如果K1+550處發(fā)生了一起交通事故,現(xiàn)場(chǎng)在橋梁的左側(cè),而在地圖中內(nèi)插后它卻位于橋梁的右側(cè),產(chǎn)生了定位的邏輯錯(cuò)誤。因此,在具體系統(tǒng)建立中,單單給路線賦予起終點(diǎn)樁號(hào),其他樁號(hào)通過(guò)路線長(zhǎng)度內(nèi)插得到是不夠的,需要在當(dāng)中設(shè)立一些與實(shí)際樁號(hào)相符合的控制點(diǎn),比如在圖1中的橋梁上設(shè)置一個(gè)點(diǎn),把該點(diǎn)上的實(shí)際樁號(hào)K1+600,手工或通過(guò)程序賦到GIS-T中的路段上,這樣在橋梁兩側(cè)的信息就不會(huì)發(fā)生邏輯錯(cuò)位。在GIS-T中把這樣的一些用來(lái)校正路線樁號(hào)的點(diǎn)稱為錨固點(diǎn)。錨固點(diǎn)的密度、布設(shè)位置和布設(shè)方法,取決于具體的應(yīng)用和基礎(chǔ)地圖的精度。1.3空間定位精度在GIS-T中誤差的產(chǎn)生來(lái)源于三個(gè)方面:基礎(chǔ)地圖本身的誤差、里程樁參照和坐標(biāo)參照轉(zhuǎn)換的誤差和現(xiàn)場(chǎng)信息測(cè)量的誤差。不同的GIS-T應(yīng)用,對(duì)信息的定位有不同的精度要求。美國(guó)國(guó)家公路合作研究計(jì)劃建議,公路設(shè)施管理的基本地圖比例尺為1∶12000～24000,空間定位精度的中誤差可在5m～15m范圍內(nèi),現(xiàn)場(chǎng)信息的定位誤差不超過(guò)中誤差的兩倍。為了達(dá)到這樣的精度要求,要求有相對(duì)精確的基礎(chǔ)地圖,其比例尺應(yīng)該滿足上述要求。其次錨固點(diǎn)的精度和密度也應(yīng)該符合一定的要求。錨固點(diǎn)可以分為精度較高的控制錨固點(diǎn)和一般錨固點(diǎn)?？刂棋^固點(diǎn)的精度要求最大點(diǎn)位中誤差不超過(guò)50mm,設(shè)置間距(密度)應(yīng)為10km～15km一個(gè)。一般錨固點(diǎn)的精度和密度與具體的應(yīng)用要求和測(cè)設(shè)方法有關(guān)。在一般情況下,一般錨固點(diǎn)的中誤差不超過(guò)3m,設(shè)置間距1km～2km一個(gè)。1.4最近公里樁的距離和皮尺量的確定錨固點(diǎn)的測(cè)量同時(shí)包含樁號(hào)和坐標(biāo)信息的量測(cè)。樁號(hào)的獲取一般在現(xiàn)場(chǎng)采用皮尺量測(cè)到最近里程樁的距離來(lái)確定。錨固點(diǎn)坐標(biāo)的獲取方法通常有GPS測(cè)量、從數(shù)字化地圖上量測(cè)、從施工圖上量取、導(dǎo)線引測(cè)四種。1錨固點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量隨著GPS技術(shù)的發(fā)展,它的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛,幾乎能滿足交通運(yùn)輸領(lǐng)域各個(gè)層次的測(cè)量要求,所以GPS測(cè)量是錨固點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量的首選方法。高檔GPS的精度可以達(dá)到0.5cm以內(nèi)。但采用較高精度的GPS測(cè)量方法成本較高,主要用于控制錨固點(diǎn)的測(cè)量和對(duì)其他測(cè)量方法的精度評(píng)定。2從數(shù)字地圖上獲取從數(shù)字化地圖,特別是從大比例尺數(shù)字化地圖(如1∶2000)上讀取錨固點(diǎn)坐標(biāo)是一種較為簡(jiǎn)便的方法,但需用測(cè)量的理論進(jìn)行精度評(píng)定。3圖紙從施工圖上獲取錨固點(diǎn)坐標(biāo)一般具有較高的精度,但獲取完整施工圖資料比較困難。4導(dǎo)測(cè)就近有精度相當(dāng)或更高的基準(zhǔn)點(diǎn)的情況下,可通過(guò)導(dǎo)線引測(cè)獲取錨固點(diǎn)的坐標(biāo),但這一方法往往比較麻煩,工作量較大。2關(guān)于廣義定位參照方法為信息提供有效的空間定位參照是GIS-T應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。系統(tǒng)地介紹了GIS-T