基于GIS的公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)探討

諸葛祥督

摘 要：基于GIS的公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是有效進(jìn)行公路數(shù)據(jù)管理與傳遞的重要手段。系統(tǒng)采取空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計，遵循先進(jìn)性、實用性、可靠性和通用便捷性的基本原則，采取一定的體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)公路數(shù)據(jù)管理的采集輸入、編輯處理、存儲管理、統(tǒng)計分析、輸出等，以更好服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民群眾的通行。

關(guān)鍵詞：GIS 公路 數(shù)據(jù)管理

中圖分類號：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）6（a）-0150-02

近年來，我國公路交通運(yùn)輸飛速發(fā)展，根據(jù)2015年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報，2015年末全國公路總里程457.73萬km，公路養(yǎng)護(hù)里程446.56萬km。公路的里程和等級不斷提高，公路設(shè)施不斷完善，落后的公路管理了水平與飛速發(fā)展的公路通行需要之間的矛盾日益加劇，為提高公路的管理效率，充分發(fā)揮公路的效益，亟需進(jìn)行有效的公路數(shù)據(jù)管理?；贕IS的公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)既能形象、準(zhǔn)確的反應(yīng)實際情況，便于查詢與統(tǒng)計，又能提高公路管理的決策、計劃、控制和協(xié)調(diào)能力，從而實現(xiàn)公路“暢、安、舒、美”的通行目標(biāo)。

1 目前公路數(shù)據(jù)管理存在的問題

1.1 方式落后

就筆者工作的縣級公路管理部門來說，目前我們的數(shù)據(jù)管理主要還是依靠Excel、Word文檔工具這種很基本的方式，雖然也有一套公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，但是在易用性、實用性、全面性、直觀性方面存在很大欠缺，造成在數(shù)據(jù)統(tǒng)計、檢索等方面存在效率低下、準(zhǔn)確度不高等問題。

1.2 重復(fù)工作

國家根據(jù)公路發(fā)展規(guī)劃的需要，由于建設(shè)、改建等原因，每隔幾年會對公路編號、樁號傳遞等進(jìn)行修改、修正，這就要求公路管理部門對公路路基路面隨樁號變化情況及標(biāo)志、標(biāo)線、綠化、安保設(shè)施等一系列沿線附屬設(shè)施進(jìn)行重新調(diào)查登記，工作量巨大、效率低。

1.3 資料數(shù)據(jù)連續(xù)性差

一是公路的立項、勘察、設(shè)計、建設(shè)、養(yǎng)護(hù)等各階段的工作一般由不同機(jī)構(gòu)組織實施，各階段的資料數(shù)據(jù)保存分散；二是在公路漫長的養(yǎng)護(hù)階段，工作人員的變動易造成歷史數(shù)據(jù)的丟失。

1.4 數(shù)據(jù)傳遞一致性差

由于工作需要，在向上下級管理部門報送、傳達(dá)公路數(shù)據(jù)時，僅靠基本的文檔輔助工具進(jìn)行整理時，極易出錯，造成省、市、縣、站等各級部門數(shù)據(jù)存在偏差、不一致情況。

2 GIS的基本功能與特點(diǎn)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是在計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)?；竟δ苡校簲?shù)據(jù)輸入；數(shù)據(jù)的存貯、編輯和數(shù)據(jù)庫管理；數(shù)據(jù)的運(yùn)算、查詢、檢索和分析；信息應(yīng)用；數(shù)據(jù)輸出和顯示；數(shù)據(jù)更新。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)一般使用文本數(shù)據(jù)來表示信息及其之間的關(guān)系，形式呆板，而且可能將一些重要的信息隱藏在文字背后。但是公路是三維空間實體，對于這種具有顯著的空間特征，與地理位置密切相關(guān)的數(shù)據(jù)來說，僅用文本形式來表達(dá)信息是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，不僅不足以表達(dá)具體的地理位置關(guān)系而且還可能使一些重要信息因表達(dá)不清而給使用者造成理解上的錯誤。這就需要借助地圖來解決，而地理信息系統(tǒng)（GIS）更具有區(qū)別于一般地圖的特點(diǎn)，能為用戶建立更直觀、快捷的地圖式數(shù)據(jù)庫。

2.1 地圖上有兩類信息

一是描述地理特征的位置、形狀及其空間關(guān)系的空間信息，二是關(guān)于地理特征的描述信息。GIS可將兩類信息連接起來并能維護(hù)和管理地圖特征之間的空間聯(lián)系。

2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

一般的地圖我們可以直接看出地理特征的空間關(guān)系，在數(shù)字化地圖上空間聯(lián)系稱為拓?fù)洹Ｍ負(fù)潢P(guān)系由計算機(jī)自動生成，應(yīng)用拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)存儲更有效，GIS系統(tǒng)可以借助計算機(jī)更快地處理大量的數(shù)據(jù)。

2.3 組織地圖信息

GIS一般將地圖按照空間和屬性邏輯地組織為數(shù)據(jù)層。使用者可只將需要的數(shù)據(jù)層打開查看相關(guān)信息。

2.4 信息源輸入的數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化

為對來自系統(tǒng)外部的多種來源、多種形式的原始信息由外部格式轉(zhuǎn)換成便于計算機(jī)進(jìn)行分析處理的內(nèi)部格式，必須對這些原始信息予以數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化。即對不同精度、不同比例尺、不同投影坐標(biāo)系統(tǒng)且形式多類的外部信息運(yùn)用數(shù)字化設(shè)施依統(tǒng)一的坐標(biāo)系和統(tǒng)一的記錄格式進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等，形成數(shù)據(jù)文件，存入數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

2.5 多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由于地理信息不僅包括所研究對象的空間位置，也包括其實體特征的屬性描述，同時還有明顯的時序特征。因此，地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)組織形式應(yīng)是一個由空間數(shù)據(jù)（三維空間坐標(biāo)及其拓樸關(guān)系）、屬性數(shù)據(jù)及時態(tài)數(shù)據(jù)所組成的多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2.6 具有空間查詢及分析特點(diǎn)

通過GIS系統(tǒng)可以完成符合特定屬性約束條件和空間約束條件的地理對象的查詢，主要包括路線查詢、屬性查詢、路線與屬性互查、定位等。分析主要是對空間數(shù)據(jù)的分析，可以實現(xiàn)包括空間查詢與量算，緩沖區(qū)分析、疊加分析、路徑分析、空間插值、統(tǒng)計分類分析等，用以解決使用者的實際問題，比如路況質(zhì)量、交通情況、公路適應(yīng)性等。

3 GIS公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計的原則

公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是為了提高公路管理效率，改善公路的通行狀況，將公路信息數(shù)字化，為公路運(yùn)行管理提供動態(tài)、實時的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。建立基于GIS的公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)需要遵循的基本原則有：（1）先進(jìn)性，公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計要充分考慮技術(shù)的發(fā)展和公路的發(fā)展，采取先進(jìn)的技術(shù)保證數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)不僅滿足當(dāng)前公路系統(tǒng)要求，而且要滿足未來一定時期內(nèi)的公路管理要求，嚴(yán)格遵循技術(shù)的先進(jìn)性；（2）實用性，公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與每一位公路管理人員和通行人員切實相關(guān)，系統(tǒng)的設(shè)計要在詳細(xì)的用戶需求分析的基礎(chǔ)進(jìn)行，充分驗證方案的可行性，確保建成的公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有實用性；（3）可靠性，公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的可靠性是公路正常運(yùn)行的基本保證，是公路安全性的前提條件；（4）通用便捷性，公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的通用便捷性有利于管理人員熟練掌握系統(tǒng)，提高工作效率。

3.2 公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)功能

公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要功能是完成各系統(tǒng)模塊的功能，主要包括以下幾點(diǎn)。

3.2.1 數(shù)據(jù)的采集與輸入

主要包含公路的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)及路況數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)可以通過手持采集設(shè)備，對公路的橋梁、涵洞、隧道、監(jiān)控設(shè)施等點(diǎn)數(shù)據(jù)及路線、護(hù)欄、標(biāo)線等線數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；路基路面結(jié)構(gòu)、橋涵隧屬性、路線名稱、編號、起止點(diǎn)樁號、點(diǎn)樁號以及通車時間、設(shè)計、建設(shè)、養(yǎng)護(hù)單位信息等屬性數(shù)據(jù)可以通過現(xiàn)場調(diào)查采集或者根據(jù)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入以減少工作量；路面病害、抗滑、平整度等路況數(shù)據(jù)可以通過自動化采集車或者手持采集設(shè)備進(jìn)行采集。

3.2.2 數(shù)據(jù)編輯與處理功能

主要包括公路線形編輯、附屬設(shè)施及路產(chǎn)模型編輯和屬性編輯。由于數(shù)據(jù)采集過程中的各種隨機(jī)因素，可能造成線形出現(xiàn)折線、重復(fù)等情況，需進(jìn)行整飾、拼接、變換等操作。另外系統(tǒng)要能對數(shù)據(jù)的邏輯性、誤差進(jìn)行校驗以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還要能靈活的對數(shù)據(jù)進(jìn)行修、改、刪等操作，并同時修改與其他數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系。屬性編輯主要與數(shù)據(jù)庫管理結(jié)合在一起完成。

3.2.3 數(shù)據(jù)的存儲與管理

數(shù)據(jù)的有效組織與管理，是GIS系統(tǒng)應(yīng)用成功與否的關(guān)鍵。主要提供點(diǎn)、線、面等空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的存儲、查詢、檢索、修改和更新的能力以及空間與屬性數(shù)據(jù)的連接。目前廣泛使用的GIS軟件大多數(shù)采用空間分區(qū)、專題分層的數(shù)據(jù)組織方法，用GIS管理空間數(shù)據(jù)，用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)。

3.2.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析

系統(tǒng)要有圖表表現(xiàn)方式、圖形表現(xiàn)方式和統(tǒng)計圖表現(xiàn)方式等多種數(shù)據(jù)表達(dá)方式，特別對于《公路養(yǎng)護(hù)統(tǒng)計報表制度》、公路技術(shù)狀況評定中的固定表式和公路管理中的常見表式要有很好的支持和兼容。還應(yīng)提供范圍圖、直方圖、餅圖、等級符號圖、點(diǎn)密度圖、獨(dú)立值圖和格網(wǎng)圖等一些分析表現(xiàn)方式，形象直觀地對用戶數(shù)據(jù)庫中所選擇的屬性、專題進(jìn)行統(tǒng)計分析。

3.2.5 可視化表達(dá)與輸出

可視化表達(dá)是GIS的重要功能之一。對公路、附屬設(shè)施及路產(chǎn)比如路沿石、綠化、護(hù)欄等要建立模型使之能夠更形象直觀的展現(xiàn)和輸出，還要根據(jù)公路技術(shù)狀況評定信息對優(yōu)、良、中、次、差不同使用性能的路段用不同顏色表現(xiàn)出來，用以更好制定下步養(yǎng)護(hù)工作的決策。系統(tǒng)要能按使用者的不同要求來選擇顯示的對象與形式，對于圖形數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)和屬性的信息密集程度，可選擇放大或縮小顯示。GIS不僅可以輸出全要素地圖，也可以根據(jù)用戶需要，分層輸出各種專題圖、各類統(tǒng)計圖、圖標(biāo)、報表及數(shù)據(jù)等。

3.2.6 系統(tǒng)良好的兼容和可擴(kuò)展性

在應(yīng)用中，考慮系統(tǒng)成功后進(jìn)一步發(fā)展，要有良好的兼容和可擴(kuò)展性。包括功能性擴(kuò)展，比如與OA系統(tǒng)、路政管理系統(tǒng)及其它應(yīng)用系統(tǒng)的銜接與整合，數(shù)據(jù)的一體化管理；表現(xiàn)形式的提升，比如實景地圖等；數(shù)據(jù)的社會化共享，比如公路交通擁堵情況等。

4 結(jié)語

基于GIS的公路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的應(yīng)用能為各級公路管理部門提供一個共同的平臺，通過該系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，高效協(xié)同工作，能提高公路在決策、計劃、使用、養(yǎng)護(hù)等方面的效率，增強(qiáng)應(yīng)對突發(fā)事件的能力，使公路運(yùn)輸能力和服務(wù)質(zhì)量進(jìn)一步提高，充分發(fā)揮公路交通在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用。