GIS在路桥设施管养中的应用

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一、   行业背景

随着国家加大基础设施的投入，公路、桥梁建设如火如荼，新增的路桥设施与日俱增，高速公路、城市主干道、跨江大桥、立交桥及隧道等又是整个交通的动脉咽喉，其运营状况极大地影响着国家经济发展和人民生活。如何对公路路况信息、隧道养护信息、桥梁健康及养护信息进行计算机化、数字化、智能化管理，已迫切摆在各级路桥设施主管部门面前。

二、   地理信息系统（GIS）

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是集现代计算机科学、地理学、信息科学、数理统计、空间学科、遥感科学、环境科学、管理科学和测绘科学为一体的一门新兴学科。它采用数据库、计算机图形学、多媒体等最新技术，对地理信息进行数据处理，能够实时准确滴采集、修改和更新地理空间数据和属性信息，为决策者提供可视化的支持。地理信息系统突破了常规关系式数据库管理的概念，集图形管理与数据管理与一身，具有很强的空间表现力，它将空间数据处理、属性数据处理、空间分析与模型与计算机技术紧密结合，通过数据准备、系统建立、区域规划、管理决策、灾害防治等有用的信息。

目前，GIS技术在很多领域中已被广泛应用，尤其是在公路、桥梁管理中，GIS与传统的交通信息分析和处理技术紧密结合，延伸出了公路地理信息管理系统，在公路、桥梁的规划与设计、养护管理等方面具有较强的应用价值。

图 1 地理信息系统示意图

三、   GIS在路桥设施管养中的应用

1.  GIS在公路、桥梁地理展示中的应用

地图是GIS中最常用的应用，GIS的制图方法比传统的人工或自动绘图方法要灵活得多，公路、桥梁管理部门可以借助于GIS地图辅助进行设施精细化分类管理。

基本地图管理。公路图除包括行政区划分、桥梁、铁路及水系等一般信息外，特别包括与公路有关的信息如：公路编码、公路名称、等级、里程、桥梁名称、桥梁编号等。GIS电子地图与普通地图不同，它将表示不同物理内容的地图分别进行存储、管路。每个部分为一个图层，通常一个图层只表示单一的内容，如公路、桥梁、行政区域、村镇等。GIS显示地理数据时，采用图层叠加的方法显示所需要信息。应用GIS独具特色的地图表现能力，可以将公路、桥梁及其他附属设施相关信息可视化的表现出来，地理位置分布状况一目了然。

基本地图管理操作包括地图的数字化及修改、放大、缩小、图层控制、距离测算、显示全图及地图输出等功能。公路信息是变化的信息，各地每年都有大量的新建、改建的公路，利用GIS可以方便、迅速地将这些变化及时反映到地图上，形成新的公路图。

例如，在我公司的“重庆市涪陵区公路桥梁管理处巡检信息管理系统”中，我们利用GIS基本地图管理功能，将业主单位管养的145座桥梁按照所属公路，进行分类管理显示。桥梁的基本信息和地理信息都保存于系统数据库中，方便查看。

图 2 涪陵145座桥按公路分类在GIS地图中的展示

图 3涪陵145座桥在GIS地图中的信息展示

例如，重庆市市政设施管理中的内环立交桥分布信息，内环上的所有立交桥信息都会在GIS地图上分别展示。

图 4 重庆市内环立交分布信息图

2. GIS在公路状况显示中的应用

GIS可以根据公路管理需要输出各种专题地图如地形图、路面状况指数、路面行驶质量指数、路面强度指数、路面等级、交通流量等图，利用专题地图可以直观地了解公路的各项状况，为各项决策提供辅助性依据。

图 5 重庆市交通路况显示图

3. GIS在路桥日常管理中应用

在亚派的手持巡检设备中，有一个“定点签到”功能，目的是为了管理巡检人员是否按时实地进行巡检，“定点签到”的信息将会提交到数据库以备GIS使用。GIS将提交回的相关数据通过地图输出，形成员工工资轨迹，有效的增强了管理效率。

图 6 人工巡检轨迹回放

4. GIS在公路规划中的应用

为了适应国名经济的高速发展，公路管理部门需要不断进行养护、改建、扩建现有公路运输网。以前，GIS没有应用在公路规划中，公路的规划主要依靠对现况的定性了解和工程师的经验来进行，缺少系统的监测、评价和科学的决策。在规划过程中，常常由于经验限制缺乏对数据的定量分析，使规划方案不尽合理，由此造成资金浪费，路网的使用效率降低。

而GIS公路信息系统不仅可以对数据进编码、存储、查询，而且可以在数据库和相关知识库的基础上能够定义和生成各种专用预测分析模型。如需求分析模型、新建改建公路投资效益分析等模型，通过模型经济分析与预测，评估现有路网的使用性能，了解路网状况，预测路网性能变化趋势，为编制中长期路网规划及年度养护计划提供依据，以确定最佳的大中养护方案。

5. GIS在公路路段桩号显示中的应用

由于地图上公路沿线管养机构与构造物的位置可以根据其桩号来分段和分布，利用GIS系统的动态分段、分布标注功能可以将桩号布置上去，再加上利用动态的GPS经行公路桩号定位，获取绝对的地理坐标，使GIS中桩号的显示位置更加精确。让管理者和维护人员一目了然的清楚桩号的具体位置，方便查看和维修。

图 7 重庆市内环渝隧立交附近桩号布点示例

图 8 重庆市内环整体桩号布点示例

6. GIS在桥梁管养中的应用

桥梁数字化管养中所需的信息有相当大部分是数字类型数据，并用数字和文字的方式实现数据的输入、维护、查询和统计功能。但在实际中，以上的信息与地理位置80%有关，如在桥梁健康监测中，需要对桥梁上传感器的空间分布图进行管理。同时，要求将业务需要的空间数据和属性数据一一对应联系起来，并可以根据空间位置的相互关系来实现业务数据的管理。显然在这种情况下，用图形表示比数字和文字表示更直观和形象。

图 9 桥梁健康监测系统传感器布点

GIS技术为现代的桥梁管养提供了一种全新、直观而先进的手段。它具有支持空间数据的获取、处理、分析、建模和显示的功能，并可以解决复杂的规划和管理问题。它利用计算机建立地理数据库，将理论环境各要素，包括它们的地理空间分布状况和所具有的属性数据，进行数字存储，建立有效的数据管理系统，实现图、文、表、管一体化。

例如，在马桑溪大桥健康监测系统中，我们将桥梁三维模型和桥梁截面测点分布通过GIS技术有效的结合，业主可以很直观的了解空间中具体某个测点的监测情况，并通过取消图显示。

图 10 马桑溪大桥健康监测温度测点

四、   结束语

随着GIS技术普及和应用的深入，GIS在公路、桥梁领域的应用将更加广泛，进一步开发和推广GIS技术在路桥设施管理养护中方面的创新和应用，将大大提高管养的工作效率和经济效益，推进路桥设施建设和管理模式全面发展。

文章来自：重庆亚派科技