GIS在公路管理中的應用研究

任鵬承

關鍵詞：公路管理;GIS/地理信息系統;需求分析

GIS是地理信息系統（Geographic Information System）的簡稱，是集現代計算機科學、地理學、信息科學、管理科學和測繪科學為一體的一門新型學科。它采用數據庫、計算機圖形學、多媒體等最新技術，對地理信息進行數據處理，能夠實時準確地采集、修改和更新地理空間數據和屬性信息，為決策者提供可視化的支持。地理信息系統突破了常規(guī)關系式數據庫管理的概念，集圖形管理與數據管理于一身，具有很強的空間表現力，它將空間數據處理、屬性數據處理、空間分析與模型分析同計算機技術緊密結合，通過數據準備、系統建立、空間分析與模型分析，產生對資源環(huán)境、區(qū)域規(guī)劃、管理決策、災害防治等有用的信息。因其功能強大，目前在很多領域中，GIS技術已被廣泛應用，尤其是在公路管理中，GIS與傳統的交通信息分析和處理技術緊密結合，延伸出了公路地理信息系統。GIS公路地理信息在公路的規(guī)劃與建設、養(yǎng)護管理等方面具有較強的應用價值。

一、GIS地理信息系統在公路統計管理中的應用

在傳統的信息系統中，數據主要保存在數據庫中，如果數據庫中的數據僅以文字的形式表現出來，不僅形式呆板，而且可能將一些重要的信息隱藏在文字背后，在實際公路管理中，有許多問題需要借助地圖來解決，如何解答這個問題呢？最原始的解決方案是使用一張紙地圖，在上面將數據庫的數據標出，然后在地圖上分析，這種方法非常繁瑣，如果利用GIS提供的數據的地理屬性，就可以將這些數據分層、分類疊加在電子地圖上，并且地圖對象與數據庫屬性數據建立連接關系，這樣通過GIS就可以輕松實現地圖與數據庫的雙向查詢。統計管理人員可以根據公路地理分布，按公路不同屬性進行里程統計、構造物統計等，將數據進行直觀的、可視化的分析和查詢，基本上實現了坐在辦公室里就能看路，這是GIS最具有代表性的數據可視化功能。GIS的查詢功能按照使用方法可以分為數據查詢、空間查詢兩種。

1.數據查詢

GIS的數據查詢功能是公路管理中常用的查詢方法，管理人員可以通過數據查詢，了解數據所在的空間位置，如選擇CPMS網級結果數據中下一年度需要進行大修的路段，GIS就會顯示出這些路段在路網中的正確位置。

2.空間查詢

與數據查詢相反，空間查詢是通過空間范圍的選定查詢在此范圍內所選相關信息的屬性數據。如確定距離公路處在50km范圍以內的橋梁，只要在屏幕上公路處為圓心畫一個50km半徑的圓，GIS就會顯示這一范圍內的所有橋梁在地圖上的位置及相關信息。

二、GIS在基本地圖管理中的應用

GIS的制圖方法比傳統的人工或自動繪圖方法要靈活得多。以GIS為基礎的圖形數據庫是可以延續(xù)的，比例尺也不受限制，圖件可以以任何地點為中心，比例尺任意，使用突出效果的特殊字符有效地顯示所選擇的信息。公路管理部門借助于地圖輔助進行公路管理。公路圖除包括行政區(qū)劃、城市、村莊、鐵路及水系等一般信息外，特別包括與公路有關的信息如：公路編碼、公路名稱、走向、等級、里程等。GIS電子地圖與普通地圖不同，它將表示不同物理內容的地圖分門別類進行描述、存儲及管理。每一部分稱作一個圖層，通常一個圖層只表示單一的內容。如海洋、水域、行政區(qū)劃、村鎮(zhèn)、公路等。GIS顯示地理數據時，采用圖層疊加的方法顯示所需的信息。應用GIS獨具特色的地圖表現能力，可以將公路及公路相關信息可視化。基本地圖管理操作包括地圖的數字化及修改、放大、縮小、漫游、圖層控制、在地圖上計算距離、顯示全圖及地圖的輸出等功能。公路信息是變化的信息，各地區(qū)每年都有大量的新建、改建的公路。利用GIS可以方便、迅速地將這些變化及時地反映到地圖上，形成新的公路圖，與傳統的、周期長、更新慢的手工制圖方式相比，GIS電子地圖可以達到一次投入，多次產出的效果，可以為各部門提供詳實、準確、直觀的公路路況資料。

三、GIS在專題地圖管理中的應用

專題地圖是在基本地圖上，以不同的方式顯示信息所形成的地圖。包括具有各種公路屬性特點的專題地圖、可對外公開出版的公共交通圖等[1]。GIS可以根據公路管理需要輸出各種專題地圖如行政區(qū)劃圖、地形圖、路面狀況指數、路面行駛質量指數、路面強度指數、路面技術等級分布、路面等級、交通量等圖，利用專題地圖可直觀地了解公路的各項基本情況，為各項決策提供輔助性依據。由于二維地圖的基本要素是點、線和面，專題地圖也分為點狀圖、線劃圖和區(qū)域圖三種基本形式。

1.點狀圖

點狀圖用符號在地圖上描述點的信息。根據所在點的屬性數據的不同，符號可以有大小、顏色及形狀的變化。例如：道班分布圖可以用不同的符號大小和顏色表示道班的規(guī)模、人數及養(yǎng)護里程等信息。

2.線劃圖

線劃圖利用線的寬度及顏色的變化反映線的屬性數據。公路在地圖上是線性結構，因此線劃圖在公路管理GIS中應用最為廣泛。例如：可以用不同顏色的線表示不同的公路行政等級、表示路面的不同使用性能、還可以用不同顏色和寬度的線描述路網交通量的大小變化。

3.區(qū)域圖

區(qū)域圖利用網格的形狀及顏色的變化，反映區(qū)域的不同屬性數據。例如：可以用不同的網格形狀及顏色，填充不同的行政區(qū)域，以反映區(qū)域公路網的密度。

四、GIS綜合分析評價在公路規(guī)劃中的應用

為了適應國民經濟的高速發(fā)展，公路管理部門需要不斷地進行養(yǎng)護、改建、擴建現有的公路運輸網。1998年GIS在舟山市應用以前，該市對公路路面的養(yǎng)護管理主要依靠對路面狀況的定性了解和工程師的經驗來進行，缺少系統的檢測、評價和科學的養(yǎng)護決策管理。在決策過程中，常常由于經驗限制及缺乏對路面破損程度的定量養(yǎng)護數據，使路面養(yǎng)護方案不盡合理，由此造成養(yǎng)護資金浪費，路況質量下降以及使用費用上升。而GIS公路地理信息系統不僅可以對數據進行編碼、存儲、查詢，而且可以在數據庫和相關知識庫的基礎上能夠定義和生成各種專用預測分析模型。如需求分析模型、新建改建公路投資效益分析等模型，通過模型經濟分析與預測，評估現有路網的使用性能，了解路網狀況，預測路網性能變化趨勢，為編制中長期路網規(guī)劃及年度養(yǎng)護計劃提供依據，以確定最佳的大中修養(yǎng)護方案。在公路前期規(guī)劃中通過GIS可以方便進行路網的規(guī)劃、選址、分析與最佳路線的決策，同時還可以對公路沿線的環(huán)境進行分析[2]。

五、GIS在公路設計、工程建設中的應用

GIS在測設中的運用是近幾年的事。從國內來看，一些省市已經開始著手嘗試把GIS技術引入到初設和施工圖設計中去，并已取得了良好的效果。GIS可以為公路設計人員在工作上提供許多便利。首先在選線設計中，可以通過鼠標在數字化地形圖選取控制點，控制點連線后，路線的大致走向就基本確定下來了。第二在縱斷面設計中，由于數字化地面模型的存在，在平面選線完成后，公路軟件就能自動沿平面選線生成地形縱剖面圖。通過繪圖儀拉出拉坡圖，設計好縱斷面設計線，也可以在屏幕上交互完成縱斷面設計。第三在橫斷面設計上，在完成平面設計和縱斷面設計后，公路軟件就可以自動生成橫斷面圖，同時能夠自動完成土石方數量表。

六、GIS公路地理信息系統充分利用和社會化共享

計算機和網絡技術的發(fā)展，極大地改變了人們的生產和生活。隨著Internet技術的迅猛發(fā)展，以Internet為基礎的InternetGIS技術為公路地理信息系統的充分利用和社會化共享提供了可能，面向社會公用多媒體信息服務領域和國際地理信息服務領域，為國家大中型工程建設、城市建設和城市資源開發(fā)、交通建設和交通監(jiān)控、旅游資源開發(fā)和旅游服務等各個領域提供最新的基礎地理信息資料服務。過去，GIS往往被認為是一項專門技術，隨著技術的發(fā)展和社會需求的增大，公路GIS不僅僅應用于公路部門的管理，而且還應用到其它部門的管理，同時還進入人們的日常生活領域中，公路GIS的應用將逐步走向公眾，通過網絡將空間信息傳到千家萬戶，實現數據信息共享。運用公路GIS地理信息系統建立的旅游信息系統和道路信息系統，可以為用戶提供優(yōu)質、快捷、高效的服務，提高經濟效益[3]。

七、結語

地理信息技術的日臻成熟為GIS在交通領域的廣泛應用創(chuàng)造了條件。在公路數據庫系統中引進GIS來管理公路的空間分布信息，使用流行的關系數據庫來管理公路的屬性數據，利用GIS與外部數據庫的接口，就能將公路的空間數據與屬性數據有機地結合在一起，通過空間操作和模型分析，提供對規(guī)劃、管理和決策有用的信息。

參考文獻：

[1]張應龍.基于BIM和GIS技術的高速公路資產數字化方法研究[J].城市建設理論研究（電子版），2020，20：48-49.

[2]張忠剛，鐘德超，李一鋒，劉榮，譚軍.基于GIS的高速公路建管維全壽命周期信息化應用[J].四川建筑，2020，4005：81-84.

[3]蔣新花，陳靜，馬高琳.基于GIS的高速公路監(jiān)控管理新模式的研究與應用[J].西部交通科技，2019，08：150-152.