基于GIS的公路数据管理系统探讨

诸葛祥督

摘 要：基于GIS的公路数据管理系统是有效进行公路数据管理与传递的重要手段。系统采取空间数据与属性数据相结合的结构设计，遵循先进性、实用性、可靠性和通用便捷性的基本原则，采取一定的体系结构，实现公路数据管理的采集输入、编辑处理、存储管理、统计分析、输出等，以更好服务国民经济发展、人民群众的通行。

关键词：GIS 公路 数据管理

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）6（a）-0150-02

近年来，我国公路交通运输飞速发展，根据2015年交通运输行业发展统计公报，2015年末全国公路总里程457.73万km，公路养护里程446.56万km。公路的里程和等级不断提高，公路设施不断完善，落后的公路管理了水平与飞速发展的公路通行需要之间的矛盾日益加剧，为提高公路的管理效率，充分发挥公路的效益，亟需进行有效的公路数据管理。基于GIS的公路数据管理系统既能形象、准确的反应实际情况，便于查询与统计，又能提高公路管理的决策、计划、控制和协调能力，从而实现公路“畅、安、舒、美”的通行目标。

1 目前公路数据管理存在的问题

1.1 方式落后

就笔者工作的县级公路管理部门来说，目前我们的数据管理主要还是依靠Excel、Word文档工具这种很基本的方式，虽然也有一套公路基础数据管理系统，但是在易用性、实用性、全面性、直观性方面存在很大欠缺，造成在数据统计、检索等方面存在效率低下、准确度不高等问题。

1.2 重复工作

国家根据公路发展规划的需要，由于建设、改建等原因，每隔几年会对公路编号、桩号传递等进行修改、修正，这就要求公路管理部门对公路路基路面随桩号变化情况及标志、标线、绿化、安保设施等一系列沿线附属设施进行重新调查登记，工作量巨大、效率低。

1.3 资料数据连续性差

一是公路的立项、勘察、设计、建设、养护等各阶段的工作一般由不同机构组织实施，各阶段的资料数据保存分散；二是在公路漫长的养护阶段，工作人员的变动易造成历史数据的丟失。

1.4 数据传递一致性差

由于工作需要，在向上下级管理部门报送、传达公路数据时，仅靠基本的文档辅助工具进行整理时，极易出错，造成省、市、县、站等各级部门数据存在偏差、不一致情况。

2 GIS的基本功能与特点

地理信息系统（GIS）是在计算机软硬件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。基本功能有：数据输入；数据的存贮、编辑和数据库管理；数据的运算、查询、检索和分析；信息应用；数据输出和显示；数据更新。

传统的数据管理系统一般使用文本数据来表示信息及其之间的关系，形式呆板，而且可能将一些重要的信息隐藏在文字背后。但是公路是三维空间实体，对于这种具有显著的空间特征，与地理位置密切相关的数据来说，仅用文本形式来表达信息是远远不够的，不仅不足以表达具体的地理位置关系而且还可能使一些重要信息因表达不清而给使用者造成理解上的错误。这就需要借助地图来解决，而地理信息系统（GIS）更具有区别于一般地图的特点，能为用户建立更直观、快捷的地图式数据库。

2.1 地图上有两类信息

一是描述地理特征的位置、形状及其空间关系的空间信息，二是关于地理特征的描述信息。GIS可将两类信息连接起来并能维护和管理地图特征之间的空间联系。

2.2 拓扑结构

一般的地图我们可以直接看出地理特征的空间关系，在数字化地图上空间联系称为拓扑。拓扑关系由计算机自动生成，应用拓扑关系数据存储更有效，GIS系统可以借助计算机更快地处理大量的数据。

2.3 组织地图信息

GIS一般将地图按照空间和属性逻辑地组织为数据层。使用者可只将需要的数据层打开查看相关信息。

2.4 信息源输入的数字化和标准化

为对来自系统外部的多种来源、多种形式的原始信息由外部格式转换成便于计算机进行分析处理的内部格式，必须对这些原始信息予以数字化和标准化。即对不同精度、不同比例尺、不同投影坐标系统且形式多类的外部信息运用数字化设施依统一的坐标系和统一的记录格式进行模式转换、坐标转换等，形成数据文件，存入数据库内。

2.5 多维数据结构

由于地理信息不仅包括所研究对象的空间位置，也包括其实体特征的属性描述，同时还有明显的时序特征。因此，地理信息系统的空间数据组织形式应是一个由空间数据（三维空间坐标及其拓朴关系）、属性数据及时态数据所组成的多维数据结构。

2.6 具有空间查询及分析特点

通过GIS系统可以完成符合特定属性约束条件和空间约束条件的地理对象的查询，主要包括路线查询、属性查询、路线与属性互查、定位等。分析主要是对空间数据的分析，可以实现包括空间查询与量算，缓冲区分析、叠加分析、路径分析、空间插值、统计分类分析等，用以解决使用者的实际问题，比如路况质量、交通情况、公路适应性等。

3 GIS公路数据管理系统的设计与实现

3.1 公路数据管理系统的设计的原则

公路数据管理系统是为了提高公路管理效率，改善公路的通行状况，将公路信息数字化，为公路运行管理提供动态、实时的数据基础。建立基于GIS的公路数据管理系统需要遵循的基本原则有：（1）先进性，公路数据管理系统的设计要充分考虑技术的发展和公路的发展，采取先进的技术保证数据管理系统不仅满足当前公路系统要求，而且要满足未来一定时期内的公路管理要求，严格遵循技术的先进性；（2）实用性，公路数据管理系统与每一位公路管理人员和通行人员切实相关，系统的设计要在详细的用户需求分析的基础进行，充分验证方案的可行性，确保建成的公路数据管理系统具有实用性；（3）可靠性，公路数据管理系统的可靠性是公路正常运行的基本保证，是公路安全性的前提条件；（4）通用便捷性，公路数据管理系统的通用便捷性有利于管理人员熟练掌握系统，提高工作效率。

3.2 公路数据管理系统的实现功能

公路数据管理系统的主要功能是完成各系统模块的功能，主要包括以下几点。

3.2.1 数据的采集与输入

主要包含公路的空间数据、属性数据及路况数据。空间数据可以通过手持采集设备，对公路的桥梁、涵洞、隧道、监控设施等点数据及路线、护栏、标线等线数据进行采集；路基路面结构、桥涵隧属性、路线名称、编号、起止点桩号、点桩号以及通车时间、设计、建设、养护单位信息等属性数据可以通过现场调查采集或者根据原有数据进行录入以减少工作量；路面病害、抗滑、平整度等路况数据可以通过自动化采集车或者手持采集设备进行采集。

3.2.2 数据编辑与处理功能

主要包括公路线形编辑、附属设施及路产模型编辑和属性编辑。由于数据采集过程中的各种随机因素，可能造成线形出现折线、重复等情况，需进行整饰、拼接、变换等操作。另外系统要能对数据的逻辑性、误差进行校验以保证数据的准确性，还要能灵活的对数据进行修、改、删等操作，并同时修改与其他数据的对应关系。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成。

3.2.3 數据的存储与管理

数据的有效组织与管理，是GIS系统应用成功与否的关键。主要提供点、线、面等空间数据与属性数据的存储、查询、检索、修改和更新的能力以及空间与属性数据的连接。目前广泛使用的GIS软件大多数采用空间分区、专题分层的数据组织方法，用GIS管理空间数据，用关系数据库管理属性数据。

3.2.4 数据的统计和分析

系统要有图表表现方式、图形表现方式和统计图表现方式等多种数据表达方式，特别对于《公路养护统计报表制度》、公路技术状况评定中的固定表式和公路管理中的常见表式要有很好的支持和兼容。还应提供范围图、直方图、饼图、等级符号图、点密度图、独立值图和格网图等一些分析表现方式，形象直观地对用户数据库中所选择的属性、专题进行统计分析。

3.2.5 可视化表达与输出

可视化表达是GIS的重要功能之一。对公路、附属设施及路产比如路沿石、绿化、护栏等要建立模型使之能够更形象直观的展现和输出，还要根据公路技术状况评定信息对优、良、中、次、差不同使用性能的路段用不同颜色表现出来，用以更好制定下步养护工作的决策。系统要能按使用者的不同要求来选择显示的对象与形式，对于图形数据，根据数据和属性的信息密集程度，可选择放大或缩小显示。GIS不仅可以输出全要素地图，也可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图标、报表及数据等。

3.2.6 系统良好的兼容和可扩展性

在应用中，考虑系统成功后进一步发展，要有良好的兼容和可扩展性。包括功能性扩展，比如与OA系统、路政管理系统及其它应用系统的衔接与整合，数据的一体化管理；表现形式的提升，比如实景地图等；数据的社会化共享，比如公路交通拥堵情况等。

4 结语

基于GIS的公路数据管理系统的应用能为各级公路管理部门提供一个共同的平台，通过该系统实现数据共享，高效协同工作，能提高公路在决策、计划、使用、养护等方面的效率，增强应对突发事件的能力，使公路运输能力和服务质量进一步提高，充分发挥公路交通在国民经济发展中的作用。