GIS路面管理系统的研究与实现

盖玉杰 石永兴

（1、东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040 2、黑龙江省地质测绘院，黑龙江 哈尔滨150030）

前言

随着我国国民经济和公路交通事业的发展，交通量的迅猛增加，公路网的逐步完善，公路管理部门面临的主要任务将从建设公路网转向养护、改建、维护和改善现有公路网上，但是目前公路的管理水平还相对落后，许多工作还在使用传统的手工管理，收集处理信息数据工作量非常大，耗费时间也非常长。因而必须把提高公路的现代化养护管理水平提到日程上来。要想改变传统的养护管理系统的不足，就必须借助先进的计算机技术来改进公路管理，实现公路管理的现代化、信息化和可视化。

1 路面管理系统

一个有效的路面管理系统（Pavement Management System，PMS）应包含三个基本部分[1]：①路面使用性能评价；②路面性能预测；③养护方案优化决策。其中：路面使用性能评价是其它两部分的基础，只有客观准确地对路面使用性能进行评价，才能正确认识路面出现早期破坏的原因，从而进行正确地预防和寻找合理的处治对策。

因此，本系统主要是以武大吉奥之星（Geostar软件）为基础平台，运用地理信息技术（GIS）和数据库技术（VF9.0），开发建立数据库和路面使用性能评价模型，形成路面管理系统。

建立数据库。在路面管理系统中，用来描述各种事物和现象的是数据。主要分为属性数据和空间数据两大类。

属性数据库。属性数据是对空间对象的具体描述，如某一公路的路宽、路名、路面材料等，它表达的是公路属性的值。按其存储数据的性质分为静态数据库和动态数据库两类[2]。

（1）静态数据库：它是指所存储的数据保持相对稳定，一次采集和输入后，除特殊情况外基本保持不变。主要包括：路线编码、政区编码、区间编码、路段编码等。

（2）动态数据库：它存储的数据是动态变化的，它必须根据路况的变化而定期地更新数据。主要包括路面病害、平整度、弯沉等数据。① 路面病害数据库：以路段为单位记录各个路段的路面破损情况，破损分类和破损程度按照相关分类执行；② 路面平整度数据库：以路段为单位记录各个路段平整度的测点数据及根据实测数据计算得出的累计路面平整度BI，国际平整度指数IRI等数据；③ 路面弯沉数据库：以路段为单位记录各个路段弯沉的测点数据及根据实测数据计算得出的平均弯沉、方差及代表弯沉等数据；④ 处治历史数据库：以路段为单位记录各个路段的修建及治理数据；⑤ 宏观数据库：以年度为单位记录本省或本地区各个年度的宏观经济数据及公路里程数据；⑥ 综合数据库：主要包括各个路段的原始实测数据和利用原始数据计算出的各种评价指数（PCI、IRI、RQI、SSI等）两个层次。

空间数据库。空间数据是用来确定图形的位置，即反映空间坐标位置的数据。主要包括描述空间位置和拓扑关系两方面的数据[3]。

（1）空间位置：即在某个已知坐标系中的位置。主要用于标识地理实体在地球表面或包含某个区域的地图的空间位置，目前存在于众多坐标系中，最常用的有经纬度、平面直角坐标系和极坐标等。

（2）拓扑关系：即实体间的空间相关性。拓扑，是一种确定空间特征及其相互关系的数学方法，即点、线、面、网等实体之间的空间联系，包括多边形面积、弧段的连通性、弧段的方向、弧段的长度和多边形的邻接性等。空间拓扑关系对于地理空间数据的编码、录入、存储、管理、查询和模型分析都有重要的意义，是地理信息系统中空间分析的基础和特色。

属性数据与空间数据的连接。空间数据与属性数据的关系可以通过空间数据和属性数据的关键字如路线代码相关联，但同一路段有多重属性，同一种属性在路段上也不尽相同，无法直接将属性表示的路段反映到图上，数字化过程中无法确定属性表的分段，为了使空间数据不出现数据冗余，必须实现大地坐标与里程桩定位相互转换，应用动态分段技术，实现图形与属性数据的双向查询和图文显示功能。

2 系统实现

2.1 开始界面与身份验证界面

当软件运行后首先出现开始界面，如图1所示，鼠标单击按钮选择进入或退出系统。单击进入按钮之后系统会自动弹出身份验证窗口，如图2所示。只有当输入的登录密码正确时，才允许进入系统主菜单。

图1 开始界面

图2 身份验证界面

图3 系统主菜单

2.2 系统主菜单和功能

这一模块的主要功能是作为系统主界面，为选择进入本系统不同功能子菜单提供自动链接，方便用户选择使用。系统主菜单共包括文件、编码数据、基本数据、路况评价、帮助和退出系统六项子菜单，如图3和图4所示。

2.3 系统子菜单和功能

在本系统中，每个表单均采用统一的操作控制，主要包括两种屏幕格式：①录入窗口和②浏览窗口。录入窗口用来逐条显示数据，可以进行添加、编辑、删除、查询、打印数据等，修改后数据可自由选择是还原还是保存；浏览窗口则可以完成对数据的浏览，也可进行添加、编辑、删除、打印输出数据等。系统为便于用户进行查询，系统采用了下拉组合框，用户可以任意选择自己所需要的数据项，系统即会显示所有相关的信息，加快查询的效率，增大了查询的自动性。

2.4 路况评价系统子菜单和功能

“路况评价”子菜单中包含“路况评价标准”、“路况评价指标”和“路况评价结果”三个子菜单，如图 4（c）。

（1）在“路况评价标准”中，确定出本系统的路况评价标准，具体如表1所示。

（2）在“路况评价指标”中，建立了“路况评价指数PCI”、“路面舒适性指数PRQI”、“路面结构强度指数PSSI”、“路面车辙评价指数RDI”、“路面结构环境评价指数PEI”、“路面抗滑性能指数PSFC”和“综合性能指数PQI”七个评价模型。

以“综合性能指数PQI”为例，在录入窗口中由“路况评价指数PCI”、“路面舒适性指数PRQI”、“路面结构强度指数PSSI”、“路面抗滑性能指数PSFC”、“路面车辙评价指数RDI”和“路面结构环境评价指数PEI”表单自动计算出的每一 路 段 的 PCI、PRQI、PSSI、PSFC、RDI 和 PEI值，系统可以自动将对应路段的这些指标显示在“综合性能指数PQI”的录入窗口和浏览窗口中；之后系统就可以根据所在路段的公路技术等级自动选择对应的PQI的数学表达式，自动计算出PQI值，具体计算见式（2）或（3），并可自动判断其路况等级，方便用户进行养护方案分析评定；当在“综合性能指数PQI”窗口中删除某一路段记录时，其他相关窗口也会自动删除相应的记录。

3 结语

本文在分析总结国内外研究成果的基础上，结合我国路面养护管理的实际情况，开展了利用数据库语言（VFP9.0）建立路面管理系统的研究。所建系统操作简单，使用方便，适用于各级公路管理单位；数据存储空间大，计算速度快，可查询各种路况信息，为公路养护管理技术人员及研究人员提供了一个便捷的信息平台，具有一定的实际应用价值。

[1]潘玉利.路面管理系统原理.北京：人民交通出版社，1998

[2]李 伟.建立公路沥青路面管理数据库的研究.东北林业大学道路与铁道工程硕士论文，2006.3

[3]李 伟.程培峰等.GIS在路面管理方面应用的研究.森林工程，2006.1（1）