基于“3S”技術的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統的設計和實現

熊偉

(四川交通職業技術學院，四川成都611130)

基于“3S”技術的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統的設計和實現

熊偉

(四川交通職業技術學院，四川成都611130)

針對在四川省眉山市境內眉青公路瀝青混凝土路面破損度調查中產生的問題，以GPS技術測量代替傳統的路面破損面積調查方式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，以組件式GIS技術為主體思想，通過集成多種軟件的組件和功能，設計和實現了基于“3S”技術的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統。該系統的應用提升了數據采集的精度，解決了路面破損數據可視化以及大量數據人工難以統計分析的問題。

“3S”技術;瀝青混凝土路面;破損度;GPS;組件式GIS

13 S技術簡介

“3S”技術是GPS(全球定位系統)、RS(遙感)和GIS(地理信息系統)3大技術有機融合的統稱。利用GPS快速定位和獲取準確數據的能力，利用RS大面積獲取地物信息特征，利用GIS的空間查詢、分析和綜合處理能力不斷獲得有關地球表面及其環境的大量幾何物理信息，從而形成空間數據流和信息流，是“3S”技術的核心思想。近年來，“3S”技術飛速發展，幾乎滲透到了社會每一個行業，這使得公路路面破損信息的采集、錄入、統計分析的整個過程都有了發生革命性變化的可能。以GPS實時動態差分定位技術(RTK)替代傳統的數據采集模式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，以組件式GIS編程手段實現一個基于“3S技術”的針對某一公路路面的破損度信息系統不再是一件難以實現的工作。

2 項目概況

眉青公路位于四川省眉山市境內，是眉山市東坡區連接青神縣的重要通道。路面為寬度12 m的瀝青混凝土路面，該道路自建成后，工程建設所需部分建筑材料均需通過本路段運輸，超載超限車輛急劇增加，給瀝青混凝土路面帶來了沉重的負擔，原路路面出現了大量龜裂、縱縫、橫縫、車轍、松散、麻面、坑洞、沉陷等病害，再加上逐年水毀，部分路段破損已相當嚴重。為了有效改善眉青公路的服務水平，促進區域經濟社會快速發展，四川省眉山市東坡區交通運輸局決定對眉青公路路面進行全面整治。因此，高效、準確的采集該路段繁雜而龐大的路面破損數據，進行有效的管理和及時的統計分析，為整個路面整治設計工作提供可靠的數據支持，成為了一項十分重要的工作。

3 系統的總體技術路線

眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統通過運用“3S”技術，以GPS測量代替傳統的路面破損面積調查方式，以遙感正射影像圖疊加線劃地形圖反映破損面地理特征，采用系統集成的思想，在可視化開發環境下通過調用組件式地理信息系統、關系數據庫以及其他相應軟件的接口，實現路面破損度數據庫管理、破損數據的統計分析、數據可視化、報表輸出等功能，以達到全面真實反映眉青路瀝青路面破損狀況的目的。圖1為眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統技術路線圖。

圖1 眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統技術路線圖

4 路面破損信息的現場采集

為了使該瀝青混凝土路面破損度信息系統能夠準確、全面的反映整個路面的病害信息，系統的路面破損數據采集的方式分為兩種，一種是非空間數據的采集，包括路面每處破損的實地照片采集及病害類型的屬性。另一種是空間數據的采集。主要是路面每一處破損面積數據的采集。瀝青混凝土路面在發生破損時，破損類型較多(如龜裂、坑槽、沉陷、車轍等)，通常破損形狀不規則，面積不易精確量算。傳統的路面破損面積調查方法通常采用簡單的測量工具(如鋼尺、皮尺等)進行量算。遇到不規則的破損形狀，只能大致估算，難以達到必要的精度。本次路面破損信息的空間數據采集采用GPSRTK測量代替傳統的測量方法。GPSRTK測量是指實時動態載波相位差分GPS測量，GPS在運動狀態下通過跟蹤處理接受衛星信號的載波相位，從而獲得快速、高精度的定位。它能把實時動態下的定位精度提高到厘米級。這種快速、準確、連續的特點，既可以彌補利用鋼尺等丈量工具導致的精度問題，又可以彌補由于提高測量精度而犧牲的效率問題。我們分別使用傳統測量方法和GPSRTK測量對同一實驗路段的路面破損面積進行數據采集，實驗結果顯示采用GPSRTK測量和傳統測量方法相比在數據采集效率上相當，但在采集精度上GPSRTK測量明顯高于傳統的測量方法。

5 路面破損面的空間信息可視化

路面破損面的空間信息可視化分為兩個步驟。首先，將GPS采集的路面破損空間數據匯同其他基礎地理信息數據制作大比例尺數字線劃地形圖，將破損面的信息可視化。數字線劃圖(Digital Line Graph，DLG)是以點、線、面的形式或地圖特定圖形符號形式表達地形要素的地理信息矢量數據集。線劃地形圖與其他地圖產品相比，其數據量小，便于分層，能快速生成專題地圖，能滿足地理信息系統進行各種空間分析要求，可隨機進行數據選取和顯示，與其他地圖產品疊加，且圖形為矢量格式，任意縮放均不變形。其次，為了真實的反映出瀝青路面的破損情況及周邊的地理要素，本系統采用衛星遙感圖像(RS)作為地理底圖，套合大比例尺數字線劃地形圖疊加使用。遙感影像圖的處理需經過資料準備、圖像色彩處理、影像糾正、影像鑲嵌、圖幅裁切等步驟。最終完成路面破損面的空間信息的可視化處理。

6 系統的集成

系統集成是指在成熟軟件中選擇其需要的產品，將其集成到自己的應用軟件中，使自己的軟件也具有相應的功能。本系統集成方案是首先對Microsoft Access關系數據庫的數據結構做出設計，數據模式包括分為空間數據和屬性數據，空間數據屬性包括道路破損處樁號和破損面地理坐標。屬性數據信息包括道路破損處樁號、路面病害類型和破損的面積。空間數據和屬性數據利用關鍵字路破損處樁號進行聯系。然后，在Visual Studio開發環境下通過調用地理信息組件ArcObjects的接口，實現對路面破損數據的可視化操作。最后調用Microsoft Excel相應的接口實現路面破損數據分析報表的輸出等功能，完成瀝青混凝土路面破損度信息系統的“拼裝”。圖4為本系統的集成方案。采用系統集成的方法可以大大提高軟件的開發效率，避免重復勞動并能使軟件的開發費用大幅度降低。

圖2 眉青路瀝青路面破損度信息系統集成方案

7 系統的具體應用

實現后的眉青路瀝青混凝土路面破損度信息系統的主界面分為三個區域，上側為工具欄，左側為地圖圖層管理器，右側為地圖的操作窗口，如圖3所示。用戶可以通過點擊每一處所能看見的破損面對路面破損信息進行編輯，內容包括路段破損段落的序號、里程樁號、GPS測量點號、破損的面積、破損段的圖片以及破損類型(如松散、龜裂)及比例等，如圖4所示。最終可以通過系統導出路面破損情況的報表，以真實客觀的了解整條路的破損情況，如圖5所示。

圖3 眉青路瀝青路面破損度信息系統主界面

圖4 路面破損信息編輯

圖5 路面破損度信息系統路面病害報表

8 結束語

基于“3S”技術的眉青路瀝青路面破損度信息系統的設計與實現提高了路面破損度調查中數據采集的精度，解決了路面破損數據可視化編輯以及大量數據人工難以統計分析的問題。它的應用使路面養護部門得以全面了解和掌握路面的病害情況，為路面病害處理措施的設計提供了必要的基礎數據支持。但本系統只是為眉青路瀝青混凝土路面破損度的數據采集及處理而專門設計和實現的，不能滿足所有道路路面破損度信息調查的需要。研發一款通用性好，功能完備的路面破損度系統是進一步努力的方向。

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U416.217

C

1008－3383(2017)04－0025－02

2016－06－08

熊偉(1980－)，男，四川瀘州人，講師，從事道路工程測量、三維激光掃描技術、地理信息系統的實踐及研究。