基于“3S”技术的眉青路沥青混凝土路面破损度信息系统的设计和实现

熊伟

(四川交通职业技术学院，四川成都611130)

基于“3S”技术的眉青路沥青混凝土路面破损度信息系统的设计和实现

熊伟

(四川交通职业技术学院，四川成都611130)

针对在四川省眉山市境内眉青公路沥青混凝土路面破损度调查中产生的问题，以GPS技术测量代替传统的路面破损面积调查方式，以遥感正射影像图叠加线划地形图反映破损面地理特征，以组件式GIS技术为主体思想，通过集成多种软件的组件和功能，设计和实现了基于“3S”技术的眉青路沥青混凝土路面破损度信息系统。该系统的应用提升了数据采集的精度，解决了路面破损数据可视化以及大量数据人工难以统计分析的问题。

“3S”技术;沥青混凝土路面;破损度;GPS;组件式GIS

13 S技术简介

“3S”技术是GPS(全球定位系统)、RS(遥感)和GIS(地理信息系统)3大技术有机融合的统称。利用GPS快速定位和获取准确数据的能力，利用RS大面积获取地物信息特征，利用GIS的空间查询、分析和综合处理能力不断获得有关地球表面及其环境的大量几何物理信息，从而形成空间数据流和信息流，是“3S”技术的核心思想。近年来，“3S”技术飞速发展，几乎渗透到了社会每一个行业，这使得公路路面破损信息的采集、录入、统计分析的整个过程都有了发生革命性变化的可能。以GPS实时动态差分定位技术(RTK)替代传统的数据采集模式，以遥感正射影像图叠加线划地形图反映破损面地理特征，以组件式GIS编程手段实现一个基于“3S技术”的针对某一公路路面的破损度信息系统不再是一件难以实现的工作。

2 项目概况

眉青公路位于四川省眉山市境内，是眉山市东坡区连接青神县的重要通道。路面为宽度12 m的沥青混凝土路面，该道路自建成后，工程建设所需部分建筑材料均需通过本路段运输，超载超限车辆急剧增加，给沥青混凝土路面带来了沉重的负担，原路路面出现了大量龟裂、纵缝、横缝、车辙、松散、麻面、坑洞、沉陷等病害，再加上逐年水毁，部分路段破损已相当严重。为了有效改善眉青公路的服务水平，促进区域经济社会快速发展，四川省眉山市东坡区交通运输局决定对眉青公路路面进行全面整治。因此，高效、准确的采集该路段繁杂而庞大的路面破损数据，进行有效的管理和及时的统计分析，为整个路面整治设计工作提供可靠的数据支持，成为了一项十分重要的工作。

3 系统的总体技术路线

眉青路沥青混凝土路面破损度信息系统通过运用“3S”技术，以GPS测量代替传统的路面破损面积调查方式，以遥感正射影像图叠加线划地形图反映破损面地理特征，采用系统集成的思想，在可视化开发环境下通过调用组件式地理信息系统、关系数据库以及其他相应软件的接口，实现路面破损度数据库管理、破损数据的统计分析、数据可视化、报表输出等功能，以达到全面真实反映眉青路沥青路面破损状况的目的。图1为眉青路沥青混凝土路面破损度信息系统技术路线图。

图1 眉青路沥青混凝土路面破损度信息系统技术路线图

4 路面破损信息的现场采集

为了使该沥青混凝土路面破损度信息系统能够准确、全面的反映整个路面的病害信息，系统的路面破损数据采集的方式分为两种，一种是非空间数据的采集，包括路面每处破损的实地照片采集及病害类型的属性。另一种是空间数据的采集。主要是路面每一处破损面积数据的采集。沥青混凝土路面在发生破损时，破损类型较多(如龟裂、坑槽、沉陷、车辙等)，通常破损形状不规则，面积不易精确量算。传统的路面破损面积调查方法通常采用简单的测量工具(如钢尺、皮尺等)进行量算。遇到不规则的破损形状，只能大致估算，难以达到必要的精度。本次路面破损信息的空间数据采集采用GPSRTK测量代替传统的测量方法。GPSRTK测量是指实时动态载波相位差分GPS测量，GPS在运动状态下通过跟踪处理接受卫星信号的载波相位，从而获得快速、高精度的定位。它能把实时动态下的定位精度提高到厘米级。这种快速、准确、连续的特点，既可以弥补利用钢尺等丈量工具导致的精度问题，又可以弥补由于提高测量精度而牺牲的效率问题。我们分别使用传统测量方法和GPSRTK测量对同一实验路段的路面破损面积进行数据采集，实验结果显示采用GPSRTK测量和传统测量方法相比在数据采集效率上相当，但在采集精度上GPSRTK测量明显高于传统的测量方法。

5 路面破损面的空间信息可视化

路面破损面的空间信息可视化分为两个步骤。首先，将GPS采集的路面破损空间数据汇同其他基础地理信息数据制作大比例尺数字线划地形图，将破损面的信息可视化。数字线划图(Digital Line Graph，DLG)是以点、线、面的形式或地图特定图形符号形式表达地形要素的地理信息矢量数据集。线划地形图与其他地图产品相比，其数据量小，便于分层，能快速生成专题地图，能满足地理信息系统进行各种空间分析要求，可随机进行数据选取和显示，与其他地图产品叠加，且图形为矢量格式，任意缩放均不变形。其次，为了真实的反映出沥青路面的破损情况及周边的地理要素，本系统采用卫星遥感图像(RS)作为地理底图，套合大比例尺数字线划地形图叠加使用。遥感影像图的处理需经过资料准备、图像色彩处理、影像纠正、影像镶嵌、图幅裁切等步骤。最终完成路面破损面的空间信息的可视化处理。

6 系统的集成

系统集成是指在成熟软件中选择其需要的产品，将其集成到自己的应用软件中，使自己的软件也具有相应的功能。本系统集成方案是首先对Microsoft Access关系数据库的数据结构做出设计，数据模式包括分为空间数据和属性数据，空间数据属性包括道路破损处桩号和破损面地理坐标。属性数据信息包括道路破损处桩号、路面病害类型和破损的面积。空间数据和属性数据利用关键字路破损处桩号进行联系。然后，在Visual Studio开发环境下通过调用地理信息组件ArcObjects的接口，实现对路面破损数据的可视化操作。最后调用Microsoft Excel相应的接口实现路面破损数据分析报表的输出等功能，完成沥青混凝土路面破损度信息系统的“拼装”。图4为本系统的集成方案。采用系统集成的方法可以大大提高软件的开发效率，避免重复劳动并能使软件的开发费用大幅度降低。

图2 眉青路沥青路面破损度信息系统集成方案

7 系统的具体应用

实现后的眉青路沥青混凝土路面破损度信息系统的主界面分为三个区域，上侧为工具栏，左侧为地图图层管理器，右侧为地图的操作窗口，如图3所示。用户可以通过点击每一处所能看见的破损面对路面破损信息进行编辑，内容包括路段破损段落的序号、里程桩号、GPS测量点号、破损的面积、破损段的图片以及破损类型(如松散、龟裂)及比例等，如图4所示。最终可以通过系统导出路面破损情况的报表，以真实客观的了解整条路的破损情况，如图5所示。

图3 眉青路沥青路面破损度信息系统主界面

图4 路面破损信息编辑

图5 路面破损度信息系统路面病害报表

8 结束语

基于“3S”技术的眉青路沥青路面破损度信息系统的设计与实现提高了路面破损度调查中数据采集的精度，解决了路面破损数据可视化编辑以及大量数据人工难以统计分析的问题。它的应用使路面养护部门得以全面了解和掌握路面的病害情况，为路面病害处理措施的设计提供了必要的基础数据支持。但本系统只是为眉青路沥青混凝土路面破损度的数据采集及处理而专门设计和实现的，不能满足所有道路路面破损度信息调查的需要。研发一款通用性好，功能完备的路面破损度系统是进一步努力的方向。

［1］马莉，宋庆.“3S”集成技术研究现状的综述［J］.资源环境与发展，2009，(2).

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［3］李仕东，等.工程测量［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］张海藩.软件工程导论［M］.北京:清华大学出版社，2008.

U416.217

C

1008－3383(2017)04－0025－02

2016－06－08

熊伟(1980－)，男，四川泸州人，讲师，从事道路工程测量、三维激光扫描技术、地理信息系统的实践及研究。