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

...wd......wd......wd...Esri基于ArcGIS的高速公路養(yǎng)護(hù)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(chǎng)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(yùn)輸能力、速度和安全性方面具有突出優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)國土均衡開發(fā)、建設(shè)統(tǒng)一的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(jìn)了交通運(yùn)輸業(yè)的開展，同時(shí)為地方經(jīng)濟(jì)開展帶來了巨大的機(jī)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(jì)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(dòng)傳統(tǒng)企業(yè)開展的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)?，F(xiàn)階段我國的高速公路大都建在運(yùn)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(shí)現(xiàn)有效管理、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)高速公路的目的，必須要借助先進(jìn)的GIS技術(shù)，實(shí)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(dòng)等信息在空間數(shù)據(jù)庫中有效管理，采用動(dòng)態(tài)分段技術(shù)，實(shí)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(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控、應(yīng)急救援提供了強(qiáng)大的技術(shù)可行性的支持。高速公路可以運(yùn)行線性參考實(shí)現(xiàn)維護(hù)、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(yùn)送的障礙物標(biāo)識(shí)出里程位置?？梢岳枚ㄎ患夹g(shù)查詢某個(gè)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(jì)開展?fàn)顩r、人口分布等結(jié)合分析，得出高速公路對(duì)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響。動(dòng)態(tài)分段可用于顯示軌道路徑事件的多個(gè)特征，比方客流量的動(dòng)態(tài)變化、高速公路質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化等。由于高速公路跨越地區(qū)廣、運(yùn)行負(fù)荷大，因此養(yǎng)護(hù)工作對(duì)于高速公路的正常運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)流、人流、物流和信息流的流動(dòng)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(shí)技術(shù)、激光測(cè)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(shí)現(xiàn)在高速公路日常養(yǎng)護(hù)工作中，有效組織和管理高速公路的各類養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)、提高這些信息的使用效率，提高高速公路養(yǎng)護(hù)管理的效率及水平、降低管理成本，推進(jìn)高速公路養(yǎng)護(hù)的管理現(xiàn)代化、數(shù)據(jù)信息化、決策科學(xué)化是切實(shí)可行的。1、高速公路養(yǎng)護(hù)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(chǎng)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(yùn)輸能力、速度和安全性方面具有突出優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)國土均衡開發(fā)、建設(shè)統(tǒng)一的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(gè)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(jì)和社會(huì)的開展提供著便捷的、高效率的運(yùn)輸服務(wù)。另一方面，近年來我國的機(jī)動(dòng)車數(shù)據(jù)量開展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高速公路新增里程的速度，因而對(duì)高速公路的養(yǎng)護(hù)工作帶來了空前的挑戰(zhàn)。近一年時(shí)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(zhǎng)期方案經(jīng)濟(jì)體制下的經(jīng)歷型養(yǎng)護(hù)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(dá)在如下幾方面：〔1〕養(yǎng)護(hù)行政管理體制不順。目前我國高等級(jí)公路的養(yǎng)護(hù)管理與一般公路的養(yǎng)護(hù)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(jí)公路社會(huì)化大生產(chǎn)的商品屬性要求；養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)來源仍采用政府財(cái)政方式，不能適應(yīng)高等級(jí)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(hù)技術(shù)水平的提高與管理機(jī)制的創(chuàng)新?！?〕養(yǎng)護(hù)運(yùn)行機(jī)制落后，“重建輕養(yǎng)〞思想嚴(yán)重。對(duì)養(yǎng)護(hù)管理強(qiáng)制性要求，缺乏足夠的認(rèn)識(shí)及有效的法律約束，主要表現(xiàn)為對(duì)養(yǎng)護(hù)責(zé)任事故追究不力，監(jiān)管不嚴(yán)，處分過輕；對(duì)養(yǎng)護(hù)資金投入缺乏，對(duì)科技進(jìn)步重視不夠，尚未建設(shè)起現(xiàn)代企業(yè)制度?！?〕缺少養(yǎng)護(hù)定額與標(biāo)準(zhǔn)。截止目前，針對(duì)高等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)管理特點(diǎn)的全國性或地方性統(tǒng)一的養(yǎng)護(hù)定額與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，養(yǎng)護(hù)工程費(fèi)支出缺乏嚴(yán)格的考量標(biāo)準(zhǔn)，隨意性較大；養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的考核中的指標(biāo)主觀隨意性大?！?〕養(yǎng)護(hù)機(jī)械配套率缺乏，養(yǎng)護(hù)科技含量低。雖然一些地方，一些高等級(jí)公路配備了從國外引進(jìn)的大功率綜合性養(yǎng)護(hù)機(jī)械，但對(duì)機(jī)械適應(yīng)能力差，對(duì)機(jī)械性能的開發(fā)嚴(yán)重缺乏，使用頻率低，設(shè)備閑置浪費(fèi)現(xiàn)象比較嚴(yán)重；大多養(yǎng)護(hù)作業(yè)仍采用傳統(tǒng)的手工作坊式生產(chǎn)組織，對(duì)國外已有的新技術(shù)、新工藝、新材料只處在試驗(yàn)階段，還沒有大規(guī)模推廣使用?！?〕養(yǎng)護(hù)管理人員總體素質(zhì)普遍偏低。目前高速公路養(yǎng)護(hù)都朝著機(jī)械化、專業(yè)化方向開展，這對(duì)養(yǎng)護(hù)管理人員的素質(zhì)提出較高的要求。而我國目前的養(yǎng)護(hù)管理人員總體素質(zhì)普遍偏低，限制了高速養(yǎng)護(hù)水平的提高?！?〕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(jìn)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(jī)電部門、營運(yùn)部門，對(duì)突出事件的應(yīng)對(duì)處理能力差。2、養(yǎng)護(hù)信息化工作需要解決的問題高速公路養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，通過建設(shè)高速公路養(yǎng)護(hù)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(hù)管理質(zhì)量的目的。結(jié)合實(shí)際的業(yè)務(wù)情況建設(shè)高速公路養(yǎng)護(hù)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(hù)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(hù)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(qiáng)病害管理工作，以病害為管理對(duì)象，建設(shè)起病害生命周期模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hù)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(hù)對(duì)策，做到量化養(yǎng)護(hù)的目的；3、基于GIS的高速公路養(yǎng)護(hù)管理解決思路地理信息系統(tǒng)〔GeographicInformationSystem，GIS〕以其強(qiáng)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(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)控提供了強(qiáng)大的技術(shù)可行性的支持。對(duì)于高速公路養(yǎng)護(hù)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(hù)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(hù)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(shí)技術(shù)、激光測(cè)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(shí)現(xiàn)能夠?qū)Φ缆凡『?shí)現(xiàn)信息多方位采集，實(shí)時(shí)傳送，直觀表述，對(duì)養(yǎng)護(hù)工作實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)指揮，基于領(lǐng)域?qū)I(yè)模型的養(yǎng)護(hù)要素分析，基于知識(shí)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(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用性以及可擴(kuò)展性的高速公路養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)在高速公路日常養(yǎng)護(hù)工作中，有效組織和管理高速公路的各類養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)、提高這些信息的使用效率，提高高速公路養(yǎng)護(hù)管理的效率及水平、降低管理成本，推進(jìn)高速公路養(yǎng)護(hù)的管理現(xiàn)代化、數(shù)據(jù)信息化、決策科學(xué)化是切實(shí)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(chǔ)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(jìn)展高效地組織，并存放在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，以到達(dá)統(tǒng)一管理的目的。高速公路養(yǎng)護(hù)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(jìn)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(hù)管理服務(wù)，并為數(shù)據(jù)的進(jìn)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(jìn)展整合統(tǒng)一管理。對(duì)于竣工圖，按圖紙的原來進(jìn)展基于CAD的方式進(jìn)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(jìn)展統(tǒng)一管理；對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)的矢量化與屬性表結(jié)合管理；對(duì)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(jìn)展統(tǒng)一管理；病害相關(guān)的數(shù)據(jù)，以GIS的方式進(jìn)展點(diǎn)、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(jìn)展存貯位置等相關(guān)信息；對(duì)于高速公路構(gòu)造物，按實(shí)際尺寸進(jìn)展三維建模，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，到達(dá)高速查詢與使用的目的?？傊?，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(hù)所需要的各種數(shù)據(jù)進(jìn)展分行，利用不同的方式信息化，最終以空間的形式進(jìn)展統(tǒng)一高效管理。同時(shí)數(shù)據(jù)庫為無限擴(kuò)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(jìn)展，此種方式時(shí)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(diǎn)間的偏移量來進(jìn)展位置度量的方法，實(shí)際是用一維坐標(biāo)來表示線性對(duì)象位置的方法，借助于此種參考體系統(tǒng)，就可以進(jìn)展位置點(diǎn)和位置段的定位，從而進(jìn)展點(diǎn)事件和線事件的動(dòng)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(gè)起點(diǎn)，高速公路上的每一點(diǎn)都可以利用該點(diǎn)離起點(diǎn)的距離來進(jìn)展準(zhǔn)確表示，高速公路上的每一段也可以利用離該點(diǎn)的起點(diǎn)距離和終點(diǎn)距離來表示。這樣，借助于基于線性參考的動(dòng)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(diǎn)一維坐標(biāo)和終點(diǎn)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(shí)，只需要對(duì)屬性表的屬生進(jìn)展更新時(shí)就可以對(duì)空間位置進(jìn)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(cè)距集成病害定位測(cè)量GPS〔GlobePositionSystem，全球定位系統(tǒng)〕利用衛(wèi)星進(jìn)展快速高精度的地面定位，以最快的時(shí)間確定病害所發(fā)生的里程樁號(hào)等具體位置。激光測(cè)距儀可以完成距離測(cè)量,水平角度測(cè)量,垂直角度測(cè)量和清晰觀察等工作。將GPS以及激光測(cè)距這兩種技術(shù)進(jìn)展集成，完成各種病害的定位以及病害規(guī)模測(cè)定，特別是能進(jìn)展遠(yuǎn)處的目標(biāo)測(cè)量，方便采集人員進(jìn)展方便進(jìn)展的區(qū)域，如高速公路行車道這樣的高危地區(qū)，在遠(yuǎn)處完成病害采集。另外，利用GPS技術(shù)，在進(jìn)展病害復(fù)查時(shí)，預(yù)先計(jì)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(jìn)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(hù)工作的重點(diǎn)，一樣類型、一樣程度的病害，發(fā)生同一個(gè)構(gòu)造物上的不同位置所引起的隱患與對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)處理方式是完全不同的，如同樣長(zhǎng)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(jìn)展病害采集時(shí)采集何種方式記錄病害才能更完整記錄下病害的信息對(duì)于養(yǎng)護(hù)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(shí)尺寸進(jìn)展三維建模，在野外進(jìn)展病害采集時(shí)，以虛擬現(xiàn)實(shí)的形式，直接在相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造物上進(jìn)展病害信息的標(biāo)注，最真實(shí)地表示出病害發(fā)生的位置。加上輔以數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等記錄手段，完整地記錄下病害的情況，并在內(nèi)業(yè)中進(jìn)展真實(shí)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(shí)，及時(shí)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(shí)間內(nèi)做出相對(duì)應(yīng)的處理方法，大大縮短對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)時(shí)間，提前對(duì)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(shí)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(duì)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(hù)質(zhì)量指標(biāo)的養(yǎng)護(hù)決策高速公路養(yǎng)護(hù)對(duì)象分為路面養(yǎng)護(hù)、路基養(yǎng)護(hù)、橋涵構(gòu)造物養(yǎng)護(hù)和沿線設(shè)施四局部，這四項(xiàng)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為PQI、SCI、BCI和TCI，這四局部的共同構(gòu)成對(duì)高速公路的整體養(yǎng)護(hù)。高速公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量指數(shù)MQI〔ExpresswayMaintenanceQualityIndex〕是對(duì)高速公路的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的綜合評(píng)定。依據(jù)?高速公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢評(píng)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(duì)應(yīng)的高速公路養(yǎng)護(hù)管理決策樹，將養(yǎng)護(hù)決策依據(jù)“量化〞，更科學(xué)地養(yǎng)護(hù)高速公路。3.8、基于領(lǐng)域?qū)I(yè)模型的養(yǎng)護(hù)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(duì)應(yīng)的路面性能指標(biāo)評(píng)價(jià)分析模型與預(yù)測(cè)分析模型，提供科學(xué)的決策支持信息，提高養(yǎng)護(hù)的針對(duì)性，優(yōu)化養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的分配，降低養(yǎng)護(hù)成本。4、基于GIS的高速公路養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)實(shí)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(hù)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(hù)管理信息系統(tǒng)組成。外業(yè)病害采集系統(tǒng)用于進(jìn)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(hù)管理信息系統(tǒng)用于對(duì)高速公路相關(guān)的各種資料進(jìn)展統(tǒng)一管理，以及養(yǎng)護(hù)方案制定，病害管理、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量指標(biāo)管理等各方面養(yǎng)護(hù)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