GIS在辅助公路设计及管理中的应用与分析

2022-09-10

GIS借助计算机, 将具有空间特征的信息可视化, 为信息的使用者提供更为直观、清晰的表达形式, 并具有很强的空间分析能力。由于公路信息具有空间特征, 所以GIS特别适宜于对公路信息的分析处理, 是公路建设及其管理现代化的重要手段之一。充分利用GIS先进的技术和强大的功能, 紧密结合公路行业的特点, 能够形成覆盖公路全设施、先进、科学有效的综合信息管理和公路设计辅助决策系统。本文在讨论基于GIS的辅助公路设计及管理系统的构建目标及总体结构的基础上, 以实际工程中的公路设计及管理用地理信息系统为背景, 对GIS在公路设计与管理中的应用进行了分析, 并取得了一些具有应用价值的结果。

1 基于GIS的辅助公路设计及管理系统的构建目标及总体结构

1.1 系统的构建目标

公路设计与管理信息系统属于空间型信息系统, 其最终目标是以地理信息系统技术为核心, 以计算机网络为传输载体, 使用可视化技术, 在建立公路基础信息库的基础上, 紧密结合公路设计、管理等方面的业务流程, 实现公路信息的窗口式办公自动化管理, 并为用户提供一个良好的决策支持工具。本文分析的基于工程背景的要求, 拟建立的系统将实现公路设计的科学化和管理的高效化, 其系统目标如下。

(1) 为公路主管部门提供及时、准确、全面的有关公路线路、里程及路况的信息。

(2) 为公路主管部门提供管理、决策依据及辅助手段。

(3) 各种公路资料信息的计算机自动化管理, 路网分层显示。

(4) 有简洁便利可视化的数据录入功能, 有方便的查询与维护功能。

(5) 具有一定的空间分析功能, 为公路设计部门提供技术支持。

(6) 友好的系统界面, 功能清晰, 布局合理, 操作方便。

1.2 系统的总体结构

根据系统总体目标及设计原则, 以及系统所要具备的项目技术内容, 结合GIS以及Map X组件的特点[1], 将整个系统分成5大功能子系统, 分别是路线平面图自动生成子系统 (求解地物坐标入库、绘制点实体、绘制线实体、绘制道路实体、绘制面实体) 、路网输入编辑子系统 (数据转换、数据绑定、路网编辑) 、公路辅助设计子系统 (缓冲区分析、统计分析) 、公路管理子系统 (图层管理、数据管理、查询检索、信息浏览、常用工具、专题地图制作) 、制图输出与系统维护子系统 (制图输出、系统维护) , 每个子系统由数个模块组成。

2 系统功能的设计及分析

一个应用型地理信息系统有无生命力, 主要看系统对事务的处理是否满足应用的要求, 即系统具有哪些功能以及这些功能处理事务的能力。因此, 功能设计过程的主要任务是根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分, 并说明它们在整个系统中的作用与相互关系以及确定系统的硬件配置, 规定系统采用的技术规范, 保证系统总体目标的实施。

2.1 路线平面图自动生成子系统

求解地物坐标入库:利用GIS和米尺等工具对现有公路、拟建公路及其周围的地物进行测量后, 由己知地物点的坐标及其相关数据求解未知地物点的坐标, 写入Excel数据表。

绘制点实体:应用程序调用数据表中的点实体数据, 在Auto CAD 2000中自动绘制点状地物。

绘制线实体:应用程序调用数据表中的线实体数据, 在Auto CAD 2000中自动绘制线状地物。

绘制道路实体:应用程序调用数据表中的道路实体数据, 在Auto CAD 2000中自动绘制道路。

绘制面实体:应用程序调用数据表中的面实体数据, 在Auto CAD 2000中自动绘制面状地物。

2.2 路网输入编辑子系统

数据转换:将CAD图形数据直接转换为Map Info数据, 然后利用Com GIS组件Map X的属性和方法为Map Info中的地图对象写入属性数据。

数据绑定:将C A D地图数据转换成Map Info数据后, 当需要进行数据分析时利用数据绑定功能实现地图数据与其属性数据的关联, 这样可以应用数据库的强大功能对属性数据进行管理。这种关联可以是静态的, 也可以是动态的。

路网编辑:对由CAD转入的地图对象进行填充、闭合多边形与区域的相互转换、“岛”与“洞”的处理等操作。

2.3 公路辅助设计子系统

缓冲区分析:缓冲区分析通过建立地物两侧一定范围内 (如30m) 的缓冲地带, 对缓冲地带内的目标进行统计和分析, 地物可以是任意的点、线、面特征。缓冲区分析可以有效地应用于公路选线或者公路扩建时对搬迁成本的估计、查询某公路两边一定范围内加油站的数量和分布等方面。

统计分析:根据数据表中某一个数值型的字段, 用户可以对整个图层对象或者选定的对象进行数据统计, 进而对其进行评估, 用于分析决策。同时, 可以对图层对象创建各种样式的统计图, 以直观地显示表中不同地图对象的特定列之间的数值关系。例如, 进行公路设计时, 通过对搬迁成本的统计来对不同的公路设计方案进行选择与优化, 以便缩短工程建设周期, 节约工程建设投资。

2.4 公路管理子系统

图层管理:将基础地理信息和公路专题信息、分为若干图层, 用户可以根据需要进行图层选择, 在计算机内实现图层的任意叠加。

数据管理: (1) 属性数据管理。主要功能包括:属性数据的录入、存储、编辑、动态更新, 与图形数据的关联等。 (2) 空间数据管理。录入与更新公路及其相关设施的空间信息, 满足日常业务需要, 其主要功能包括:地图数字化, 多种数据格式转换, 地图编辑、修改、存储、输出, 与属性数据的关联等。

查询检索:图形属性数据的单向、交互、条件查询;按目标索引查询;按图层显示、控制查询;按任意开窗、点取、矩形、多边形、SQL条件选择等方式查询。查询的结果可生成报表或专题图。

信息浏览:对整个图层的对象或者选定的对象, 浏览其属性信息。

常用工具:主要包括地图的放大、缩小、漫游、标注、点选、圆选、矩形选择等。

图层控制窗口:全图显示功能;测距等功能。

专题地图制作:专题地图是用于分析和表现数据的一种强有力的方式, 用户可以通过使用专题地图的方式将数据图形化, 使数据以更直观的形式得以体现。比如, 根据公路的“等级”字段, 用户可以对其制作专题地图, 用不同的样式或者颜色显示公路, 十分直观。此外, 通过专题渲染在地图上显示数据, 可以清楚直观地看出在数据记录中难以发现的模式和趋势, 为用户的管理决策提供依据。

2.5 制图输出与系统维护子系统

制图输出:各类报表和专题图的打印输出:按需制图并可用打印机或绘图仪打印。

系统维护: (1) 密码与权限设置。设置系统口令、数据库使用权限; (2) 数据字典。给出数据的名称、定义、组成和属性及数据的编码规则等。

摘要：GIS由于自身的特点特别适合于应用于表征公路信息的空间特征。本文将分析GIS系统在辅助公路设计及管理中的应用, 首先分析了基于GIS的辅助公路设计及管理系统的构建目标及总体结构, 随后对其具体的功能实现进行了详细分析, 研究过程和结果为GIS在辅助公路设计及管理中的应用提供了理论支持和技术指导。

关键词：GIS,辅助公路设计,公路管理