基于MapX的公路路面管理信息系统设计与关键技术.pdf

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1、江西测绘2 0 0 6年基于 Ma p X的公路路面管理信息系统设计与关键技术肖根如邹时林徐云和(东华理工学院地球科学与测绘工程学院江西抚州3 4 4 0 0 0)摘要本文从系统开发平台、系统组成结构、系统功能、空间数据库结构等方面介绍了一个基于M a p X的公路路面管理系统设计方案,对系统研制过程中涉及的最短路径查询分析、空间属性查询、动态分段技术、鹰眼功能实现等关键技术问题进行阐述。根据本文设计与技术思路研制了一个地区级公路路面管理信息系统,以江西省抚州市公路网的路面管理信息对系统进行验证。关键词M a p X公路路面管理信息系统随着我国国民经济的快速发展,各地区的公路建设速度非常之快,

2、公路交通网络随之增大,经济与货物流通的发展使得公路交通网络的负载也随之增加,这对于公路交通的管理、维护、检修等工作提出了越来越高的要求。由于公路的建设逐年发展,信息量不断增多,传统的手工管理方式难以应付城际交通飞速发展的需要,因此有必要建立公路管理信息系统,应用地理信息系统对公路的图形和属性数据进行综合管理及分析是非常有意义的。利用地理信息系统对公路进行可视化的管理,并对公路路面数据进行统计分析.在发生故障时可以及时科学有效地制定相关的措施,大大提高了管理部门的工作效率。文献1结合河北省高速公路情况研制了高速公路路面管理信息系统。针对不同等级公路网,我们研制了一个基于M a p x的地级公路路

3、面管理信息系统,实现了公路道路网及其附属设施的图形录入与管理功能、道路路面信息的数据库管理、空间信息的图数互查、专题图制图、统计汇总、最短路径分析、路面评价等功能。本文主要介绍该系统的设计方案,并对系统研制过程中所涉及关键技术问题进行阐述。1系统设计1.1开发平台选择系统开发平台设计时应该考虑三个方面:一是要求软件能满足本系统需要;二是软件成熟,运行稳定,进行二次开发方便;_三是要具有较高的性价比。针对目前国内外的G I S开发平台软件M a p I n f o、A r c/I n f 0、A r c V i e w以 及 国 内M a p G I S、G e o S t a r等都能实现本系

4、统所需要的功能。由于像A r c V i e w等是很大的软件包,虽功能较强,但价格贵。开发平台设计应以能满足要求且价格相对便宜,同时,应顾及软件的可靠性,成熟性以及方便软件的二次开发。因此我们采用M a p I n f o公司的M a p X控件作为G I S技术支撑平台。M a p X是M a p I n f o 公司向用户提供的具有强大地图分析功能的控件产品,它是一种基于Wi n d o w s操作系统的标准控件,因而能支持绝大多数标准可视化开发环境,如v i s u a l B a s i c、D e l p h i等,同时,M a p X也是一种具有代表性的G I S二次开发组件,基

5、于M a p X的二次开发既方便快捷,又能实现大多数G I S的通用功能。考 虑 到 一 些 实 用 的 因 素,本 系 统 基 于Wi n d o w s2 0 0 0操 作 系 统,M i c r o s o f t A c c e s s2 0 0 0后台数据库、M a p X为基础平台进行二次开发,采用D e l p h i 7.0编程设计,对于其统计分析模块功能,要求打印出各种文档,编程实现对M i c r o s o f tWo r d2 0 0 0实现无缝功能调用,其最终成果提供多种方式进行输出。同时本系统设置了不同级别的用户,不同的用户级别对应不同的使用模块,方便不同用户操作本

6、系统,避免人为因素对系统正常运行产生异常,影响系统的稳定性。1.2系统结构公路路面管理信息系统主要是利用地理信息系统来管理公路路面信息,并提供包括数据录入与编辑、数据库管理、空间查询与分析、信息报表与制图输出功能。系统总体结构如图l所示。5 4总第6 3期第1期基于M a p X的公路路面管理信息系统设计与关键技术1.3主要功能设计系统提供的功能主要包括道路和交通信息的采集,路面状况评价,路面养护,统计分析,图属查询等主要模块。1)采集道路和交通信息管养部门可以把每天公路上的交通信息进行记录,同时,将定期检查的路况信息输入到数据库中。这样,交通量的数据可以为交通控制,扩建、新建公路提供决策支持

7、;路况信息可以为养护和维修工作提供决策支持。系统涉及到的主要数据有各条路线的交通量信息,路面病害信息。2)路面状况评价通过已经建立好的路面性能评价模型,对路面状况进行评价。主要的路面状况有路面状况指数,行驶舒适度指数,路面强度指数及路面综合指标,通过给定的各个指标的数学模型,可以计算每一条路线的路面状况,从而对状况作出科学的管理。3)制定路面养护策略及路面性能预测使用已经建立好的模型库,针对不同的路面破损情况,选择不同的路面养护策略。同时,对每种养护策略实施后的路面性能进行预测。4)统计分析根据数据库的信息,对各个路段的不同方面进行统计分析,主要有不同等级公路汇总,不同等级公路路面汇总,反映到

8、地图上面形成各种不同的专题图;对于每条路线的不良视距路段,事故多发路段进行统计分析,从而对于以后的公路改造或建设方面提供一个合理化的建议;同时也可对公路沿线设施和附属设施进行统计,从而对以后公路的扩建征地等提供依据。5)图属查询系统可以进行从属性到图形的查询,即输入属性信息,可以查询到相关的图形信息,并居中显示出来;同时也可以进行从图形到属性的查询,点击图上某个具体的目标物体,可以看到相关的属性信息,如查询到某条路线,可以查出其对应的市县信息,养护部门,及其有关的路面信息(路面材料、路面等级、路面破损情况、维修等)等。1.4数据库结构设计系统数据涉及公路图形数据与描述公路信息的属性数据,图形数

9、据库直接采用M a p X的图形数据管理功能实现,根据公路信息的特点,分成不同的图层:城市、道班、道路、行政区域及对应注记图层。(1)城市图层:放置有关城市的信息,分布,面积大小等。(2)道班图层:每个路段上的道路管理数据,每条路线的道班,附属设施,负责人等。(3)行政区域:对应行政区域的具体位置信息。(4)注记图层:记录各条路线,各个路段的属性信息,如名称,长度等。公路属性数据库主要描述公路路面管理信息。属性数据库参照文献2 3中的数据编码进行设计,基本的数据表有:路段信息表,路线基本信息表,路面基本信息表,路面养护,路面结构,路面断面图,路面维修记录,附属设施,行政区域等数据表。良好的数据

10、是路面管理部门进行管理的基础,因而在制定与实施路面养护,管理,建设等工作时应进行数据的选择处理,对一些主要的库和表中的数据进行简要的说明。1)路段信息表该表主要数据字段有:路段的编码、起终点、建立时间。2)路线信息表路线信息表保存为路线的基本信息,详细记录每条路线的各种信息,主要字段有:路段编号、弯道信息、坡度信息、路段经纬度、路线长度、路面宽度。3)路面信息表该表主要记录了路面结构信息,主要包括:路面结构、路基层数、路面厚度、路面材料信息。4)维修养护记录表主要是对每个路段的各条路线进行维修的记录,主要有:路段编号、路线名称、养护类型、维修单位、费用、维修时间、维修长度、负责人相关信息。图1

11、公路路面管理系统结构图5 5江西测绘2 0 0 6年5)行政区域表行政区域表主要是整个管理范围内的行政区域I D,行政区域名称,所辖范围,邻近区域相关信息。6)路面病害表路面病害表中记录整条路线的路面病害信息,主要字段有:路线编码,起点里程,终点里程,破损率,病害类型。其中病害类型为一个可变长的文本字段,存储各种病害类型,如龟裂、拥包、沉陷、松散等类型的编码。除了以上几个数据表之外,还有其它的一些信息表,如路面病害,路面弯沉,路面平整度等数据表,及其它的一些编码表,如各个行政区域的邮政编码。这些编码表一般不轻易改变,除非有新的路面材料或其它的新情况发生。2系统实现过程中的关键技术任何信息系统的

12、开发都必须解决信息输入、存储管理、空间查询与分析、图形与报表输出等问题。本文仅就公路路面管理信息系统所涉及的一些关键的技术问题进行介绍,主要包括最短路径查询分析、图形与属性之间的相互查询、公路动态分段技术以及系统设计过程中的鹰眼功能的实现。2.1最短路径查询分析最短路径分析是指在道路交通网络中,不考虑各种交给信息对道路通行能力的影响,求得一条使两点间的实际距离最短的路径。本系统中,最短路径查询分析主要是为道路路面的养护与维修找到最近的道班或管理部门,及时合理地派出维修管理人员迅速对其进行修复,从而节省维修成本,提高管理的效率。实现算法的具体步骤如下:1)据库文件的弧段表中读取相关的道路网络数据

13、,网络的结点和边分得获得计算机的内部序号。需要说明的是,网络结点和边的内部序号和实际编号,有可能不相同。2)求道路网络中的最大邻接结点数据数。3)构造邻接结点矩阵,各行中的结点序号可以前后随意放置。对应邻接结点矩阵各元素,构造初始判断矩阵。4)利用邻接结点矩阵和初始判断矩阵,求道路网络中的任意两点间的最短路径。具体的最短路径查询过得与算法分析可参考文献4 5。2.2空间属性查询空间信息查询主要实现图形与属性之间的相互查询。通过本功能可以进行从属性到图形的查询,即输入属性信息,可以查询到相关的图形信息,并居中显示出来;同时也可以进行从图形到属性的查询,点击图上某个具体的目标物体,可以看到相关的属

14、性信息,如查询到某条路线,可以查出其对应的市县信息,养护部门,及其有关的路面信息(路面材料,路面等级,路面破损情况,维修等)等。其实现机制为:当我们查询由一条路线的相关信息,通过鼠标点击该条路线,获得其唯一的标识I D,然后通过查询语句:s e l e c t*f r o m属性表w h e r e O i d=i d。然后把查询结果以弹出窗体或L i s t控件窗口进行显示,若要进行更详细的了解的话,支持弹出窗体的双击事件,从而进行更深入的查询;若只是知道某一条路线的大概名称,想查看其图形,则从属性输入窗口中输入相关的信息。程序设计可以参考文献 6,以下程序段是根据属性查询图形的代码。s e

15、 l e c t o i df r o m属 性 表w h e r er o a d n a m el i k e%名称把结果返回到对应变量s t r,再利用M a p x的S e a r c h/F i n d函数进行查询,主要函数功能如下:P r o c e d u r e T F r m M a i n.S e a r e h A t t r(v a r s t r:s t r i n g;l y r:s t r i n g);V a rF o u n d O b j:v a r i a n t;/定义查询结果b e g i nF o u n d O b j:=M a p l.L a y

16、 e r s.I t e m(1 y r).F i n d.S e a r c h(s t r,E m p t y P a r a m);/查询图层l y r上的s t r名称的图元I f(F o u n d O b j.F i n d R C M o d1 0=1)T h e nb e g i n/精确匹配,即找到对应的目标M a p l.Z o o m:=1 0 0;居中显示,设置视野M a p l.C e n t e r X:=F o u n d O b j.C e n t e r X;M a p l.C e n t e r Y:=F o u n d O b j.C e n t e r

17、Y;e n dE l s e s h o w m e s s a g e(s t r+在图层里+l y r+没有找到,请重新查询):e n d;e n d;例如我们要查询道班图层中的桐源道班所在地,则输入名称即可,如若找到,则居中放大显5 6总第6 3期第1期基于M a p X的公路路面管理信息系统设计与关键技术示图形。2.3动态分段技术动态分段(D y n a m i cs e g m e n t a t i o n)就是根据不同的属性按照某种度量(M e a s u r e)标准(如按距离、时间等)对线形要素进行相对位置划分的技术。对同一个线形要素,可以根据不同的度量标准得到不同的相对位置

18、划分方案划分得到的相对位置信息存贮在线形要素的某个数据字段中,用它可以确定线形要素上的不同手段。也就是说,在动态分段中,线形要素的定位不是使用X,Y坐标,而是使用相对位置的信息来实现的。例如,同样是说明一个单位的位置,可以用(5 6 3 9,1 1 5 1)来定位,也可以用“距抚卅1 0 k m”表示,其中后者便是动态分段的定位方法。动 态 分 段 技 术 的3个 基 本 概 念 是 路 径(R o u t e s)、度量(M e a s u r e s)和事件(E v e n t s)。具体说明详见文献7 8,动态分段技术是将空间属性与线性目标相联系的过程。第一步:把相邻接的线段连接成一个或

19、多个具备明确线序的线段集合,这个集合构成一个路网;第二步:以设施或事件与每一条路线的起始点的位移作为参考将相关描述性信息与线性目标的某一部分联系起来。动态分段允许多个属性与线性目标的任意部分相连,这些属性不依赖线性目标的坐标就可以进行基于位置的存储、查询、分析和显示。动态分段将线性目标描述为路径和事件,使用里程来表达路径之间的距离,事件则为沿着路径分布的属性集。根据公路设施的管理特性,公路设施及设施状况属性数据在空间和时间上沿线路动态随机分布。而一般的弧段一结点数据模型不能描述公路设施动态变化的属性,因此需引入动态分段的方法来建立公路设施空间数据库,即通过线性参照系建立里程桩与地理坐标的转换关

20、系,属性所对应的分段不再是实际意义上的弧段,而只在对属性进行显示、分析、查询及输出时才根据线性参照系动态地计算出属性数据对应分段的空间位置。根据以上特性分析,基于地理信息系统的公路设施数据库的建立关键是实现大地坐标与里程桩系统的相互转换、建立空间数据与属性数据的对应关系和采用动态分段技术。我们做了一个模块进行对里程的转换程序。2.4鹰眼功能实现在对空间图形操作过程中,当显示比例尺达到一定的值时,很难看清操作对象所处的位置,为克服这一矛盾,通常在屏幕的合适位置设置一个鹰眼图。D e l p h i下实现鹰眼图的思路:在一个F o r m l上放两个M a p X控件:M a p l(主图),M

21、a p 2(鹰眼图);然后在鹰眼图上创建一个图层,在该图层上添加一个矩形F e a t u r e,该矩形的大小随着主图边界而变化。主要代码如下:V a rm _ L a y e r:C M a p X L a y e r;/鹰眼图上临时图层m _ F e a:C M a p X F e a t u r e;/鹰眼图上反映主地图窗口位置的F e a t u r e/*在M a p 2刨建图层*p r o c e d u r e T F r m M a i n.F o r m C r e a t e(S e n d e r:T O b j e c t);b e g i nm _ L a y e

22、r:=M a p 2.L a y e r s.C r e a t e L a y e r(R e c t l a y e r,E m p t y P a r a m,l,E m p t y P a r a m,E m p t y P a r a m);e n d;/*根据m a p l的B o u n d s在M a p 2上绘制矩形F e a t u r e*p r o c e d u r e T F n n M a i n.M a p l M a p V i e w C h a n g e d(S e n d e r:T O b j e c t);V a rt e m p F e a:C

23、M a p X F e a t u r e;/*声 明F e a t u r e变量t e m p S t y l e:v a r i a n t;/*声明S t y l e变量b e g i n/*矩形边框还没有创建时I f m _ L a y e r.A l l F e a t u r e s.C o u n t=OT h e nb e g i n/*设置矩形边框样式t e m p S t y l e:=C r e a t e O l e O b j e c t(M a p X.S t y l e.4 );/*创建S t y l e对象t e m p S t y l e.R e g i o

24、 n P a t t e r n:=m i P a t t e r n N o F i l l;/*设置S t y l e的矩形内部填充样式t e m p S t y l e.R e g i o n B o r d e r C o l o r:=2 5 5;/*设置S t y l e的矩形边框颜色t e m p S t y l e.R e g i o n B o r d e r Wi d t h:=l:/*设置S t y l e的矩形边框宽度/在 图 层 创 建 大 小 为M a p l的 边 界 的R e c t a n g l e对象t e m p F e a:=M a p 2.F e a

25、 t u r e F a c t o r y.C r e a t e R e g i o n(M a p l.B o u n d s,t e m p S t y l e);/添加矩形边框m _ F e a:=m _ L a y e r.A d d F e a t u r e(t e m p F e a,E m p t yP a r a m);5 7江西测绘2 0 0 6年e n dE l s e b e g i n/否则,根据M a p l的视野变化改变矩形边框的大小和位置Wi t hm _ F e a,P a r t s.I t e m(1)d o b e g i nR e m o v e

26、A l l;/去除已有的矩形边框的顶点,添加大小和位置已变化的矩形边框的四个顶点A d d X Y(M a p l.B o u n d s,X M i n,M a p l.B o u n d s.Y M i n,E m p t y P a r a m);A d d X Y(M a p l.B o u n d s.X M a x,M a p l.B o u n d s.Y M i n,E m p t y P a r a m);A d d X Y(M a p l.B o u n d s.X M a x,M a p l.B o u n d s.Y M a x,E m p t y P a r a m)

27、;A d d X Y(M a p l.B o u n d s.X M i n,M a p l.B o u n d s.Y M a x,E m p WP a r a m);e n d;m _ F e a.U p d a t e(E m p t y P a r a m,E m p t y P a r a m);/更新显示e n d;e n d;p r o c e d u r e T F r m M a i n.M a p 2 M o u s e D o w n(S e n d e r:T O bj e e t;B u t t o n:T M o u s e B u t t o n;S h i f

28、t:T S h i f l S t a t e;X,Y:I n t e g e r);V a rM a p X,M a p Y:D o u b l e;/定义x,y坐标变量S c r e e n X,S c r e e n Y:s i n g l e;B e g i n/把屏幕坐标转换为地图坐标,设置主图的中心x坐标和y坐标S c r e e n X:=l 0*X/1 0.0;/参数格式转换S c r e e n Y:=1 0*Y/1 0.0;M a p 2.C o n v e r t C o o r d(S c r e e n X,S c r e e n Y,M a p X,M a p Y,

29、m i S c r e e n T o M a p);M a p l.C e n t e r X:=M a p X;M a p l.C e n t e r Y:=M a p Y;e n d;3结束语根据本文的设计思路与相应的关键技术,我们以抚州市公路路面管理信息情况建立了一个地区级公路路面管理系统。系统主界面入图2所示。系统实现了属性数据的输入输出、图形编辑、图形属性互查、统计等功能。并已得到初步应用。当能目前所开发的系统是基于局域网的,进一步的工作是完善系统功能,并向基于We b G I S的方向发展,以实现公路路面信息的数据异地更新、信息共享与发布。参考文献1 康彦民,张虎,潘玉利,边庄力

30、.河北省高速公路路面管理系统 J .公路交通科技,2 0 0 0,1 7(3):1 82 02 潘玉利,路面管理系统原理,北京:人民交通出版社,1 9 9 8.63 姚祖康,路面管理系统,北京:人民交通出版社,1 9 9 3.1 24 华一新,吴升,赵军喜.地理信息系统原理与技术,北京:解放军出版社,2 0 0 l5 李雪瑞,吕志平,赵冬青.基于M a p X的道路拓扑与最短路径分析 J .地矿测绘,2 0 0 4,(3):l l 1 3.6M a p i n f o公司.M a p X开发指南4.0版M.北京:M a p i n f o公司,1 9 9 9.7 彭文祥,薛惠锋,张洪才,李西宁.基于动态分段技术的城市管网空间数据库J.西北大学学报,2 0 0 2,3 2(1):9 71 0 08 高勇,刘瑜,邬伦.G I S网络分析的动态分段方法与实现J.地理与地理信息科学,2 0 0 3,1 9(4):4 1-4 4图2公路路面管理信息系统主界面5 8