浅析GIS的城市道路管理系统的数据库

浅析GIS的城市道路管理系统的数据库

随着近十年汽车工业的飞速发展，大部分道路都超负荷工作，而道路管理就是给超负荷路段进行减压，发挥其正常使用阶段。路面是道路最重要的组成部分和最主要的工程结构物，其投资在整个道路建设费用中所占的比例，通常可达10%～30%，可以看出路面的重要性。路面状况的好坏将直接影响整个道路系统在汽车运输中的社会经济效益和国民经济发展。地理信息系统GIS（Geographic Information System）作为一项集计算机、大地测量、管理科学等技术为一体的新技术，正在社会生活的各个领域得到广泛的应用。目前，在GIS软件平台上实现PMS的功能已经成为当前PMS乃至设施管理研究与实践的重点，而各类PMS的基础仍然是数据的管理，即对数据的分粪、组织、编码、储存、检索和维护等。

标签： 道路管理；地理信息系统GIS；数据管理

从1963年加拿大开发了世界上第一个GIS-CGIS（加拿大地理信息系统）以来，八十年代以后，随着计数机技术的高速发展，GIS的应用日益普及并以广泛运用到社会生活的各个领域。例如，政府机构、军事、城市、交通、农业、林业、地质、地震、环境、水利、电力、气象、海洋、教育管理等。由于GIS能够有效地采集、储存、修改、操作、分析和显示各种形式的地理参考信息的计算机软件、硬件及地理数据的集成，在世界范围内，GIS已发展成为一个巨大的信息产业，GIS产品每年以16%～40%的发展速度上涨。

GIS既可管理对象的位置又可管理对象的属性，并且两者是自动关联的。由于公路数据所具有的地理特性，道路路面信息的管理应当实现对传统属性数据和空间数据的同步处理，但是传统的路面管理数据库系统很难对其进行直观性的操作。依托GIS的图库和数据库，就可通过很简易的方法来实现信息的快速查询和分析处理。GIS的空间分析和统计运

算功能，可以提供全局和细节的分析过程和结果，实现了数据的可视化，在处理地理特性和空间分析上具有很大的优势。

1、GIS的基本数据

GIS数据是GIS系统中的重要组成部分，一个完整的GIS应用系统包括数据采集设备、计算机硬件、GIS软件、GIS数据及应用软件。其中数据采集设备、计算机硬件及GIS软件是可以直接购买的。应用软件可以针对不同应用系统的要求由系统设计人员来开发。数据根据不同GIS应用系统所需要的数据，部分或全部采集。道路除具有表征其几何、结构、性能等特征的传统属性信息外，还具有表征其地理位置及其空间特性的空间属性信息。

1.1数据采集

在路线中选取典型路段，进行了路况检测，测定的各项路面性能指标主要有，裂缝率、路面破损率、车辙深度、道路平整度、路面弯沉等。道路平整度采用国际平整度指标，国际平整度指标由车载式颠簸累计仪测得BI值（十点）取平均值后转化得来，路面弯沉采用贝克曼梁测定，裂缝率和路面综合破损率采用人工目测的方法进行测定。最终将相应的技术属性数据采集表，利用数据采集系统读入数据库，见图1.1。

图1.1 程序设计流程

1.2路面管理系统中的空间分析

空间分析是GIS的核心功能，也是和其他图形处理系统的重要区别，在路面管理系统中，空间分析主要包括事件与事件的线性叠加分析和事件与其他信息的空间分析。

（1）事件的线性叠加包含路线范围内的统计、线事件与线事件之间的叠加分析、以及点事件和线事件之间的叠加分析。这些事件的空间分析由于线性参照系统的存在，可以直接在属性数据表中完成，并不需要基础地图的介入。

（2）線性事件和其它信息的空间分析（叠加分析、缓冲区分析等），如分析一条高速公路沿线50m内的环境影响就要用到缓冲区分析，目前GIS平台一般提供了较好的分析工具，可直接应用到路面管理系统中。要进行上述空间分析必须解决两方面的问题：坐标系；动态分段。

2、城市道路路面管理的GIS数据

模型（U—PMDM）对于专业性强的城市道路路面管理而言，其数据模型（U—PMDM）不必在逻辑模型层面对于通用的运输事件和运输要素进行概括综合和关系描述，而只需要直接在概念模型层面上面向路面管理进行建模，并可以据此建立城市道路管理信息系统的数据库。

2.1管理要素

公路一般以“路线名称+公路里程桩”为参照系，路段的划分同时具有路面属性的不确定性和路面属性数据的不确定性，因此对于动态分段方法的研究一直是基于GIS的公路管理的热点问题。而对于城市道路而言，管理单元的定义相对比较简单，城市道路路网较密.交叉频繁，一般以“道路名称+横向交叉口”为参考系统。而且对于网级的城市道路管理系统，某一道路的两个交叉口之间构成的道路段落，其属性数据形成是一致的，管理部门的管理对策和历史积累数据也是针对着这一道路段落.则道路段落自然构成了管理的最小单元，也就是路段。

2.1.1路段的处理原则

在地理信息系统中.多边形是一个扩展的概念，并不仅仅局限于“封闭折线”的定义，而是一连串的弧线闭合形成的图形实体（直线段可以看作特殊的弧线）。采用封闭区域的定义方法虽然在初期建立空间数据库的时候增加了工作量，但是仍然具有一定的优越性。例如，在基础地形图精度较高的情况下，可以利用通用GIS的地学分析功能得到长度、面积等几何属性，或者进行缓冲区分析。

2.1.2交叉口处理

城市道路与公路在管理和交通功能上有很大不同的地方在于城市道路交叉频繁，交叉口众多。在公路路网分析规划或者交通规划研究中。交叉口仅作为路的交叉点或是控制段的节点来考虑的，其长度等几何属性要素虽然也要计人里程，但相对而言属于比较次要的地位。但是对于道路管理，长度和面积占到总量5%～10%的交叉口就无法忽略不计；同时，由于城市的历史变迁并不规整，许多交叉口是多路或畸形交叉，在交通和规划上都十分重要.更需要对此进行单独的分析和管理。所以，在G1S中对于城市道路基础图的修正与编辑，关键的～点在于为交叉口定义图形编辑原则。而实际上，刘路面管理来说，交叉口与路段的地位在数据库中是相同的。2.2路面管理数据结构的主码（Primary Koy）

尽管面向对象的数据库系统理论研究方兴未艾，但是还没有成熟的产品；兼之尚没有通用的G-IST数据模型与应用，所以城市道路路面管理的数据库仍然需要采用关系型的数据库管理系统（R—DBMS）。在关系型数据库中，比较关键的是确定管理对象的标识性的属性或者属性的组合，也就是所谓的主码（Primary Key）。对于基于GIS的城市道路路面管理的数据结构，主要分成两个主要部分：

一是由GIS软件进行初步管理的空间数据库。

二是由通用的RDBMS管理的属性数据库。并且RDBMS管理的属性数据库有以下两个原因使得还需要补充道路的编码才能使得主码能够得到确定。

（1）城市道路路网一般是由历史上留存下来的路网经过不断的扩张和改建形成的，由于中国现代城市的大多是由历史上的小集镇发展而来，所以许多道路的布局还带有历史的印记，交叉众多而频繁，命名无规则，在老城区尤其明显；

（2）在建立空间数据库的初期，由于空问数据库的完备性（因为空间数据库的基础地形一般是由进行专业测绘的第三方提供的，尽管无法直接应用到路面管理中去，但是一般是将详细的地形都标注出来，由此产生的空问数据库是比较完备的），许多道路由空问数据库建库人员无法确定其准确名称等定位信息。为此，必须在“路名一起点一终点”之外增补道路编码信息才能解决上述的问题。此编码可以采用GIS的内部编码，主码形式为主码：incode+路名+起点+终点incode可以采用人工的编码，也可以采用G1S的内部编码（通用的GIS一般可以得到这个标识码），对其要求仅仅是“唯一性”。

2.3城市道路管理的数据结构

路面使用性能包括五个方面：①功能性能方面，表现为路面在行驶质量方面所提供的服务能力；②结构性能方面，表现为路面保持其结构完整性而不出现损坏的能力；③结构承载能力；④安全性，以路表面的抗精能力表征；⑤外观。从而道路设施具有各个方面的属性，与路面管理有关的有以下几个方面：

（1）道路几何状况；

（2）道路结构状况；

（3）道路性能数据；

（4）档案数据（运营管理所需的修建年份、罩面年份、结构改变等）；

（5）历史数据（定期更新的性能数据积累）；

3、路面管理系统

3.1路面管理系统的组成要素

路面管理是以有组织的方式把同路面有关的各个方面组合在一起，从采集处理和分析路段的数据，到鉴别目前和今后的养护和改建需要，到编制改建和养护计划，到通过设计、施工和养护实施这些计划，系统是在各方面活动之间建立起联系和协调的关系，路面管理系统建立和实施的目的是帮助管理部门改善所作出的决策效果，扩大决策的范围，为决策的效果提供反馈信息，以积累管理经验，并保证部门内各级单位决策的协调一致性，路面管理系统从功能上划分，一般由数据采集系统、数据库管理系统、网级系统和项目级系统和四个部分组成不同组成部分有不同的作用。

图3.1 路面管理系统的构成

3.2数据库管理系统

数据库是路面管理系统运行的基础和核心，其规划和设计在整个系统中占有非常重要的地位，它不但起着存储各种信息，供统计、查询、分析等使用，而且还关系到不同管理

机构之间的数据传递。路面管理系统的数据库包含进行各种分析和为决策者提供报告所需要的所有信息。

数据库管理系统一般由路网参照系统、数据文件和数据管理三部分组成。为了对路网各项数据进行有效的管理，需要建立路網参照系统。参照系统由各类不同形式的编码组成据其中路网由弯路线组成，路线又分成若干个10km—30km长的区间，区间在进一步分Ikm长的路段，给路线、区间和路段不同编码，从而使不同的数据存放在不同的层次上。数据库数据依据其存储数据的性质分为两类：静态数据和动态数据

（1）数据编辑打印；

（2）数据检索查询；

（3）数据统计分析；

（4）为网级路面管理系统提供决策数据；

（5）为项目级系统提供工程分析数据；

3.3网级路面管理系统

网级路面管理系统通过技术上和经济上对各个可行的养护方案进行相对粗略的比较、分析，寻求最佳的养护方案以便使可用的资金发挥最大的经济和社会效益。利用数据库中数据信息，通过路面状况评价、路面使用性能预测、道路使用者费用预测、养护方案效益分析和优化决策，网级路面系统将

实现以下几个方面：

（l）利用路面使用性能评价模型，对路段、路网当前使用性能评价；

（2）根据养护标准、确定路网的养护需求；

（3）对路网、路段路况的发展趋势进行预测，包括车速预测和评价；

（4）路面养护水平（标准）优化分析；

（5）养护预算优化分配；

（6）养护投资敏感性及危险性分析；

（7）新建、改建项目投资效益分析；

4、结束语

基于组件式GIS的路面管理系统通过接口调用，利用了原有PMS功能，结合了组件式GIS的特点和优势，直观、动态地对路面进行养护管理，实现了空间数据与属性数据的集成管理，并将路面的评价、养护费用的预测和决策在空间上统一起来，最终实现了高速公路养护现代化管理。基于组件式GIS的路面管理系统还不完善，空间分析功能较弱，今后有待研究。

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