基于GIS的日东高速公路养护系统设计-终定版

山东交通学院

2009届毕业生毕业论文（设计）

题目：基于GIS的日东高速公路养护

管理系统设计

院(系)别土木工程系

专业地理信息系统

班级地理052

学号 050513224

姓名李晓利

指导教师吴静

二○○九年六月

原创声明

本人李晓利郑重声明：所呈交的论文“基于GIS的日东高速公路养护管理系统设计”，是本人在导师吴静的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。

论文作者(签字)：

日期：年月日

摘要

随着我国对高速公路建设的不断投入，高速公路路网结构已经趋于逐步稳定。为保证高速公路的原始设计状态及使用性能，必须采取合理的养护措施，进行经常性的养护维修。为进一步提高高速公路养护的质量和效率，高速公路养护系统将为高速公路管理部门提供一个可以支持其决策的辅助支持平台，具有很大的市场需求。本论文旨在利用GIS技术、网络技术和数据处理技术，设计一套基于GIS的高速公路养护管理系统。

本文在介绍国内外对高速公路养护管理的研究现状和最新发展的基础上，阐述了利用GIS技术来建立日东高速公路养护管理系统的设计思路。通过系统分析以及系统总体设计，设计了五大子系统：资料维护子系统、评价决策子系统、养护对策子系统、收费站查询子系统、系统管理子系统，实现了高速公路收费站的查询以及对高速公路路面、桥涵、附属设施等的评价及养护决策功能,从而实现了高速公路养护管理的信息化、科学化、规范化。

关键词：高速公路养护，地理信息系统，动态分段，养护数据库

Abstract

With China's continuous commitment of the highway construction, highway road network structure tends to become stable.In order to ensure the original design of state highway and the use of performance, conservation must take reasonable measures to carry out regular maintenance. To further enhance the quality of highway maintenance and efficiency of expressway maintenance management system will provide a highway to support its decision-making aids to support the platform, with a lot of market demand. This paper aims to use GIS technology, network technology and data processing technologies, to design a GIS-based highway maintenance management system.

On the basis of recommending maintaining research current situation and the newest development of management to the expressway both at home and abroad in this paper, have explained that makes use of GIS technology to set up the mentality of designing that Rizhao-Dongming Expressway maintains the administrative system.Through systems analysis and system design, the design of the five sub-sub-systems: data maintenance system, evaluating the decision-making subsystem, conservation countermeasures subsystem subsystem inquiries toll stations, the system management subsystem, a highway toll station For inquiries, as well as the highway pavement, bridges and culverts, and other ancillary facilities and the evaluation of conservation decision-making functions, thereby achieving the conservation and management of the information highway, and scientific and standardized.

Key words：Highway maintenance,GIS(Geographic information system), Dynamic segmentation, Conservation database

目录

前言 (1)

1 高速公路养护概述 (3)

1.1 高速公路养护的分类 (3)

1.2 高速公路养护的内容 (3)

1.3 国内外研究应用现状 (4)

1.4 日东高速公路概述 (5)

2 基于GIS的日东高速公路养护管理系统设计 (6)

2.1 需求分析 (6)

2.1.1 高速公路及其附属设施的特点 (6)

2.1.2 数据分析 (6)

2.2 可行性分析 (6)

2.2.1 理论上的可行性 (7)

2.2.2 技术上的可行性 (7)

2.2.3 社会和经济效益分析 (7)

2.3 系统的设计原则和开发目标 (7)

2.3.1 系统的设计原则 (7)

2.3.2 系统的开发目标 (8)

2.4 系统的基本结构设计 (8)

2.5 系统的功能分析与设计 (9)

2.6 系统的数据库分析与设计 (10)

2.6.1 系统的数据库分析 (10)

2.6.2 系统的数据库设计 (10)

2.7 系统的开发环境和工具 (11)

3 应用模型设计 (13)

3.1 高速公路养护质量评定模型 (13)

3.2 基于线性参照系的动态分段模型 (17)

4 基于GIS的日东高速公路养护管理系统的实现 (20)

4.1 界面设计 (20)

4.2 基本功能模块的实现 (20)

结论 (24)

致谢 (25)

参考文献 (26)

附录A 高速公路养护质量评定方法 (27)

附录B 源程序代码 (32)

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前言

从20世纪90年代起，我国高速公路建设步伐不断加快，至2005年底，全国高速公路里程已达4万多公里，居世界第二位。高速公路建成通车后，随着时间的推移，在反复的行车荷载、各种不可抗拒的自然因素作用下，特别是交通量的不断增加、建筑材料的老化、施工和设计中的缺陷，导致公路的使用性能逐步下降。因此，为保持公路在设计年限内保持完好的状态，提高公路的服务质量，最大限度的发挥公路的运输经济效益，保障行车的安全通畅，就必须运用先进的技术和科学的管理方法，合理分配和使用养护资金，对公路及其构筑物进行定期的养护和管理。

如何通过信息化手段提高高速公路养护水平来保障高速公路的道路通行能力，是对高速公路养护者提出的考验。而以GIS技术为基础，结合三维技术、无线通讯技术、GPS 技术等，能够实现基于GIS的高速公路养护管理信息系统，更好地为养护决策服务。它能够有效的组织和管理高速公路各类养护数据，实现高速公路各类养护数据采集、存储、检索、分析处理，提高数据的使用效率；提供可视化的信息支持和决策服务；提高高速公路养护管理效率和降低管理成本。

运用地理信息系统实现了对地理空间有关联的公路信息的管理，进而改变传统的管理方式，达到公路信息管理可视化、公路养护决策科学化、公路信息管理现代化的目的。将GIS应用到路面管理系统中，在原有公路信息数据库的基础上，将公路的各项要素与其空间图形有机结合起来，既可通过点击地图上的地理实体查询其相关信息，也可查找符合要求的地理实体并在地图上显示出来。对于路面管理系统中的路面检测结果或路面病害调查数据，可利用GIS制作清晰、直观的专题地图，为决策者提供最直接的信息支持。

GIS是高速公路养护管理系统的基础平台，它通过图形工作界面，实现高速公路养护信息的可视化表达和管理，为用户提供图形化的操作界面，同时根据需要，挂接各类高速公路养护管理模块。通过对高速公路养护管理系统的需求分析，对比当前GIS的发展与应用现状，根据高速公路养护管理数据实际特点，完成的主要研究工作包括: （1）实现全区域的公路电子地图。在地图上能直观的现实高速公路及其构建物，以及所对应的属性信息；

（2）通过权限设置，允许对高速公路及其附属物的空间位置和属性信息进行增加、删除等修改操作；

（3）高速公路属性数据多媒体信息的可视化，即在电子地图上指定某段公路、桥梁等，能够显示其一般属性外，还能显示图片、录像等信息；

（4）丰富的查询功能和几何量测功能；

（5）完善的数据库访问与使用权限设置。

本论文针对日东高速公路济宁至费县段，以高速公路地图为基础数据源，其它数据

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为辅助数据源，从系统分析、系统总体设计、功能设计、数据库设计、应用模型设计、输入输出设计、系统实施等方面进行基于GIS的高速公路养护管理系统设计，实现高速公路养护管理的信息化、科学化、规范化。

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1 高速公路养护概述

1.1 高速公路养护的分类

高速公路养护管理可以从不同的角度进行分类。

（1）按养护对象及部位分类。高速公路的养护对象十分广泛，如路面养护、路基养护、桥梁与涵洞养护、通道养护、隧道养护、隔离栅养护、紧急电话养护、标志标线养护、收费设备养护、房屋养护等。

（2）按养护手段及方式分类。这种分类方法主要从养护的手段入手，将高速公路养护划分为机械养护和人工养护两大类。

（3）按养护系统与专业分类。这种分类方法是在按养护对象分类的基础上进一步归纳后形成的专业分类方式。例如：道路桥梁养护、交通工程设施养护、机电设备养护、绿化景区养护等。

（4）按养护性质及规模分类。高速公路的养护、基建工程，根据其工程性质、规模大小、技术难易程度划分为维修保养、专项工程、大修工程三类。

1.2 高速公路养护的内容

高速公路投入运营后，为保持高速公路及其附属设施的正常使用性能，恢复其原设计状态，须进行经常性、及时性和预防性的养护作业，其内容如下：

（1）维修保养的工作内容。高速公路的维修保养是对公路及其工程设施进行预防性保养和修补其轻微损坏部分的工程，是为保持高速公路及其附属设施的正常使用而安排的经常性保养和修补轻微损坏部分的作业。它是使公路经常保持完好状态的一项日常性养护工作，具有经常性、及时性、周期性的特点。

（2）专项养护与大修工程的内容。专项养护工程主要是对高速公路及其附属设施的一般性磨损和局部损坏的定期修理、加固、更新和完善作业；而大修工程是指对高速公路及其附属设施已达到服务周期时，所必须进行的应急、预防性、周期性的综合修理，使之全面恢复到原设计状态。或者由于水毁、地震等自然灾害等造成的公路及其附属设施重大损坏，为保证其正常使用而进行的及时修复作业。

（3）对沿线景观、绿地的绿化美化和环境保护。

（4）灾害及恶劣气候环境条件下的抢修及应急对策。

（5）沿线机电设施的维护与管理。机电设施的维护与管理是高速公路养护管理区别于一般公路养护的重要特征，也是保证高速公路正常运营所不可缺少的重要环节。就目前而言，机电设施的维护一般包括监控、收费系统维护、通信系统维护、通风照明系统维护、供配电系统维护以及消防等工作。

除此之外，高速公路养护管理还涉及到机械设备管理、作业安全管理、养护技术管理等内容，这些内容共同构成了高速公路养护管理的工作体系，是不可缺少的重要组成

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部分。

1.3 国内外研究应用现状

路面养护管理技术的研究始于70年代初期的北美。美国在经历了大规模的公路建设后，面临着大量的路面养护工作。为了准确地了解公路网的破损情况，把有限的养护资金分配到最需要养护的路段上，研究人员开发了路面破损数据检测设备，建立了数据库，制定了评价方法、标准和有限养护排序模型。之后，90年代初，随着GIS技术的蓬勃发展，图形信息与公路路面信息相结合进行养护决策和管理成为了公路养护管理的发展趋势，各个国家陆续投入到基于图形的公路养护管理系统研究中，并取得了一定的成果。

加拿大Albert省建立了公路养护管理信息系统[2]，使用专用检测车，定期检测路面平整度、坡度和损坏程度等指标。该类指标由车载GPS定位装置准确确定公路的位置，测得数据后，立即传输到公路维护GIS，系统维护模块将生成对路段的状况的维护报告，为该省公路养护提供了很好的依据。Crippen Consultants the Reid Collins and Associates公司采用GIS完成了公路通道的选择与初步设计工作。该公路位于温哥华岛，长127km，4车道，跨过37条主要河流，与10条公路相连，经过28个建筑物。法国的养护措施主要集中在路面的特性质量改善方面，例如:提高摩擦阻力、降低噪音、提高承载能力等。研发并使用了专用的路面检测设备，可采集到大量的关于路面和公路状况的各种数据。每三年对整个公路系统进行一次评价，旨在实现提高安全性、保护环境、提高公共服务效率的国家养路目标。南非将路面检测系统与地理信息系统和全球定位系统相结合，采集的信息导入路面养护管理系统中，用于检翻公路系统状况，预测路面服务寿命，选择未来公路养护工程项目，并确定养护作业的成本效益。系统应用两步处理程序生成各种策略并对其进行优化，帮助在给定的预算指标下选择最经济的养护策略。澳大利亚各州均使用各种数据采集系统。采集的数据包括平整度、车辙、强度(弯沉)、结构、裂缝、摩擦力阻力和封层寿命。昆士兰研制了内部使用的软件作为公路养护政策和策略在州和地方级别上决策支持工具。

国内对养路系统的研究开始于上个世纪八十年代，我国自1984年开始引进了英国的BSM(Snaith，1984)路面评价系统，“七五”期间在引进消化的基础上，通过国家重点公关项目“干线公路路面评价养护系统成套技术”的研究，建立了我国的干线公路路面评价养护系统，最早的路面养护管理系统是交通部公路研究所与英国合作在辽宁营口移植的地区路面养护管理系统，“七五”期间是我国路面管理养护管理系统研究的高潮，开发了一系列省市级或地区级路面管理系统。潘玉利[3]、曾沛霖[4]提出了我国普通公路网级路面系统的基本架构和一些模型。同济大学和北京、广东省公路管理局合作进行了路面管理系统的研究工作，参考美国陆军工兵团的PAVER系统，建立了普通沥青路面使用性能评价指标、评价方法和评价标准，确定了路面大中修对策的选择方法。刘伯莹[5]

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分析了网级路面管理系统的架构框架，建立了砂石路面的对策分析、使用性能预估和经济分析模型。刘可[5]研究了水泥混凝土路面使用性能的评价方法和指标、在预测路面使用性能时采用了马尔可夫法，初步分析了动态规划模型。目前正在全国范围内推广的交通部公路科学研究所研发的CPMS，它也是网级的路面管理系统，该系统中路面使用性能评价、预测、养护决策模型都基于回归技术。申红平[7]应用传统方法分析了高速公路设施特别是路面的评价体系、预测方法、养护决策，但不适合我国高速公路路况数据少的实际情况，采用的开发工具仍是直观性差的数据库。钟慧玲[8]在建立广东省高速公路数据库系统时，假设了GIS子模块，没有实现动态分段功能，不能实现真正意义上的动态分析路况数据的功能。朱新实[9]和赵圆圆[10]建立的公路地理信息系统，完成主要功能是实现可视化、一些基本信息的查询功能。庞海霞[11]等只提出了相关的系统理论，但未作实践检验。叶慧[12]做的管理系统局限于单条高速公路，而且须有路线CAD设计图做底层图。苗丽[13]实现的河南省高速公路管理系统未实现路段的动态分割，底层数据库组建不明了。实现最好的是康彦明[14]的河北省高速公路管理系统，但此系统不能脱离路面养护管理系统，只是展示的子系统，未将数据库建于GIS平台，而且没有提供查询功能。

从国内外研究现状可知，路面养护管理系统的发展可划分为三代[15]:第一代路面养护数据库信息管理系统;第二代形成了路面养护管理系统的构架;第三代对网级路面养护管理系统的结构体系己经基本成型，即路面性能评价、路面性能预测与养护决策三部分。但针对每一部分的模型大家还没形成一致的认识，还有一些基础性的理论尚须进一步深入研究，一些模型还需进一步标定和改进。

1.4 日东高速公路概述

日（照）东（明）高速公路是位于山东南部的一条交通大动脉.东起日照海滨西至菏泽东明,全长400余千米.

日东高速公路是山东省“五纵四横一环”公路主框架的重要组成部分，是国道主干线京沪高速公路、京福高速公路和同三高速公路的重要连接线，是新亚欧大陆桥上一快捷方便的出海大通道。其中日照至竹园段全长114.3公里，连接同三、京沪两条高速公路。

日照境内东起日照城西孔家胡子村北，与206国道、222省道、225省道相互通，与204国道、335省道和疏港路相连接。途经东港区、莒县12个乡镇，西至莒县夏庄镇北汀水村与临沂段相接，路线全长78.45公里，连接线长3.1公里，概算投资16亿元，设计行车速度100公里/小时，全封闭、全立交、双向四车道，路基宽26米，远景设计年限（2020年）年平均交通量为38536辆/昼夜，建有特大桥2座，大桥10座，中小桥32座，涵洞141道，天桥28座，通道88道，互通立交3处，分离立交3处。

日东高速公路自1994年9月开工建设，其中菏泽到东明段1998年9月建成通车，日照到竹园段2000年建成通车，曲阜到菏泽段2002年5月竣工通车，竹园到曲阜段2003年8月26日建成通车，自此日东高速公路全线贯通。

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2 基于GIS的日东高速公路养护管理系统设计

2.1 需求分析

需求分析是GIS系统设计与开发中最重要的一步，也是决定性的一步。只有通过需求分析，才能把系统的功能和性能总体概念描述为具体的需求规范说明，从而奠定系统开发的基础[16]。一般而言，从功能上看，需求分析可分为功能性需求和非功能性需求。前者定义了系统做什么，需要何种数据等；后者定义了系统工作时的特性，如可行性、可靠性等要求。下面主要介绍分析目标的特点以及数据需求分析。

2.1.1 高速公路及其附属设施的特点

公路是GIS应用最早的专业领域之一，近些年一直保持比较强的增长势头。高速公路及其设施具有自己独有的特点：

（1）空间特性。这是适合采用GIS管理的重要特点。GIS具有独有的空间分析功能，它不仅能够完成对属性数据的管理，还可以对空间数据进行管理，完成一般的管理软件无法实现的查询、分析功能；

（2）地理编码和线性参照。公路设施和信息都有自己固有的地理编码，且都以线状或带状分布，位置描述须采用GIS技术；

（3）属性描述的动态性。公路设施的位置分布有很强的随机性、动态性，需要综合考虑诸多因素确定它的分布和具体位置，对应的属性数据也就需要进行动态性的描述。

基于GIS的公路养护管理系统是将传分散的文档、图纸以及与公路有关的各种数据进行分类、组织，建立一系列的地理数据和属性数据综合管理的数据库。通过公路养护管理系统，可以为管理人员提供快速准确、图文并茂的数据查询功能，并能将查询和分析结果直观的显示和输出；为养护巡检人员提供简单便捷的即查即录功能；为公路设施的维护、公路的改扩建提供原始资料，辅助公路管理部门更快更好的进行管理决策。

2.1.2 数据分析

数据是公路管理信息系统运行的核心，在很大程度上决定了系统运行的成功与否，占有举足轻重的位置，在系统正式建设之前需要调查、统一分析所有数据资源。包括系统建设要涉及到哪些部门、哪些领域的数据资料、图形、表格数据、文字资料是否齐全，精度要求如何，数据的规范性、实用性如何，以及是否适应计算机管理等，尤其是应对研究区域的系列地形图基础信息数据资料作周密的调查分析。基于GIS的日东高速公路养护管理系统所涉及的空间数据主要有基础地理信息数据和专题数据。

2.2 可行性分析

系统可行性分析是在对用户需求分析基础上，从社会因素、技术因素和经济因素方

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面对建立日东高速公路养护管理系统的必要性和实现系统目标的可能性进行分析，以确定用户实力、系统环境、原始数据、数据流量、存储空间、软件系统、经费预算以及时间分析和效益分析等。通常要考虑的因素有：效益分析、经费问题、进度预测、技术水平、有关部门和用户的支持程度。

2.2.1 理论上的可行性

当前，发达国家十分重视用高新技术来改造公路交通的技术构成，已普遍采用GIS （地理信息系统）技术建立公路数据库，通过计算机模拟，建立多种分析、评价模型，为规划、设计、养护提供理论依据、决策方法与分析手段。

2.2.2 技术上的可行性

在软硬件方面，具有功能强大的地理信息系统软件SuperMap DeskPro以及SuperMap Objects，电脑配置也完全可以满足系统的要求。在数据方面，在设计过程中，获得了大量的图件、文字、统计数据，从而保证了系统在研制的过程中资料的充实和完备，为系统的实施奠定了坚实的数据基础和技术基础。系统的建立和完善可以为公路养护管理提供了一个现代化的信息传输和管理的手段，同时GIS技术的逐步发展和完善也为日东高速公路养护管理信息系统的建立提供了坚实的技术保证。

2.2.3 社会和经济效益分析

基于GIS的高速公路养护信息管理系统的开发应用，对今后高速公路养护管理工作的科学化、行业技术的规范化、效率观念的增强都将产生巨大的影响和推动作用，是加速我国高速公路管理现代化的一项最基础的工作和最有效的举措。可以预见，基于GIS 的高速公路养护管理信息系统，在我国高速公路甚至普通公路养护管理中将具有极其广阔的推广应用前景。研究并开发出一套有适用价值的基于GIS的公路养护管理系统，是开展公路系统化、科学化管理和决策的必由之路。

2.3 系统的设计原则和开发目标

2.3.1 系统的设计原则

基于GIS的日东高速公路养护管理系统是为了给公路养护决策者提供辅助决策，并达到实用、好用的效果，在设计过程中主要考虑以下设计原则：

（1）全局性和整体性原则

在把握全局性的基础上，实现公路交通资源的共享，使系统能真正地发挥在管理与决策中的作用，从而进一步提高管理与决策的效率、质量和水平。

（2）先进性和成熟性原则

系统建设要尽可能采用最先进的技术、方法、软件和硬件平台，确保系统的先进性，同时兼顾成熟性，使系统成熟与可靠。系统在满足全局性与整体性要求的同时，能够适

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应未来技术发展和需求的变化，使系统能够可持续发展。

（3）标准化和开放性原则

系统的建设要严格按照国家、地方和行业的有关标准与规范。在没有标准与规范的情况下，要参照国家、地方和行业的相关标准与规范，制订相应的标准与规范。系统的分析、设计、实现和测试要严格按照软件工程标准和规范。

（4）可维护性和扩展性原则

整个系统应运行稳定，易于维护。将系统的执行文件和数据文件分离，使系统能检测文件系统的完备性，并提供数据库文件备份和恢复的功能模块。为了确保系统的可持续发展，系统应具有较强的扩展性。同时，系统所采用的硬件平台和软件平台等都应符合开放系统的标准，能够与其他系统实现互联，使系统易于扩充。

（5）安全性和保密性原则

系统的安全性是一个优秀系统的必备特征，系统应具有十分安全可靠地安全保密体系，能确保数据和文件安全，不被非法读取或更改，能对关键数据提供多重保护。

（6）高性能和稳定性原则

在系统设计、开发和应用时，应从系统结构、技术措施、软硬件平台、技术服务和维护响应能力等方面综合考虑，确保系统较高的性能，如系统要具有较高的稳定性和响应速度，综合考虑确保系统应用中最低的故障率，确保系统的良好运行。

2.3.2 系统的开发目标

系统建设的总体目标是以数据采集、存储和管理为基础，以公路路面状况以及路面巡检结果信息的查询、修改为主线，以业务管理为目的，通过数学模型、科学计算、地理信息系统等技术手段，构建出集地理空间数据和公路属性数据一体化的公路养护管理信息系统，为有效管理路面养护工作实施提供操作平台和决策环境，全面提高管理部门的业务处理能力和管理、决策水平。

2.4 系统的基本结构设计

本系统研究以地理信息平台及空间基础数据为基础，集成公路养护各类专题信息。通过建立与集成相关的信息平台，构建一套可视化的管理、评价、养护平台，为相关部门的信息决策提供科学的、可靠的信息支撑服务。

作为空间地理信息系统的高速公路养护管理系统由物理层、应用层、表现层三部分组成。

（1）物理层是整个系统的最底层，是系统的基石。它主要为高层应用提供原始数据支持。它以数据库的形式统一保存数据。本系统主要包括以下几个数据库：基础地理信息库、路面的基本资料库、路面的检测数据库、路面巡查数据库、养护计划维修信息库和日常管理信息库；

（2）应用层各功能子模块分别采用VB、Access编程实现，子模块接收到来自用户

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界面的用户指令后，通过ADO与底层的数据库进行接口，调用数据库的检索内容，通过用户界面表达和显示出来，完成用户指令；

（3）表现层是建立在各功能子模块的基础之上，以实现用户指令操作的界面，提供用户交互处理等操作功能，同时向数据库功能模块传达用户指令，完成底层数据库的显示和表达请求。用户界面以VB开发，空间数据库表达和显示主要通过SuperMap控件来完成。

2.5 系统的功能分析与设计

根据对系统的需求分析，现将系统划分为基于GIS平台的5个子系统：资料维护子系统、评价决策子系统、养护对策子系统、收费站查询子系统、系统管理子系统。各系统充分利用GIS平台直观的表现性，以GIS系统中的空间数据库为基础，形成了功能独立但内容相关的有机整体，系统总体功能设计如图2.1所示。

图2.1 系统功能设计图

Fig. 2.1 System design

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2.6 系统的数据库分析与设计

2.6.1 系统的数据库分析

所谓数据库的分析，就是根据一个单位的信息和数据库的硬、软件环境，设计出数据模式——外模式、内模式、逻辑模式，以及相应的应用程序。整个数据库设计的过程不只是在系统设计阶段独立完成，应是融合在系统调查、系统分析和系统实施各个阶段之中。

在本系统中，对用户对数据处理的要求是：

（1）对数据能够进行增加、删除、修改操作，要求数据基本满足养护工作的实际需要。

（2）对数据能够进行有条件的查询和全部查询，对查询结果要求可以直接打印或存储。

（3）能够将数据按要求组织起来，进行相关的统计分析，得出预期的结果，并以多种形式加以反映；能够提供相关的报表和业务台帐。

（4）要求对数据做好备份与转储管理并提供部分照片的存储和浏览功能。

2.6.2 系统的数据库设计

本系统中，所需要的数据通常有：

（1）路面的基本资料：路线名称、路段名称、起点桩号、终点桩号、建成年月等。如表2.1所示。

表2.1 路面基本资料数据库

Tab. 2.1 Road surface basic document database

字段名数据类型字段名数据类型

路线名称Char 基层Char

路段名称（主键）Char 垫层Char

起点桩号Char 设计弯沉Char

终点桩号Char 路面宽度Real

路面结构类型Char 路面厚度Real

面层Char 建成时间Char

备注Text

（2）路面的检测数据：路面弯沉数据（包括测点桩号、实测弯沉、代表弯沉等）及其统计分析信息、横向力系数及其统计分析信息、平整度数据及其统计分析信息等。如表2.2所示。

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表2.2 平整度检测数据库

Tab. 2.2 Flatness detection database

字段名数据类型字段名数据类型

路段名称（主键）Char IRI值Real

调查时间Char 车道Char

（3）路面巡查数据：坑槽、松散、拥包、翻浆、沉陷、泛油、车辙、龟裂、网裂、波浪与搓板、横波不适、平整度差、修补损坏等。如表2.3所示。

表2.3 巡查数据库

Tab. 2.3 Inspection database

字段名数据类型字段名数据类型

路段名称（主键）Char 记录人Char

里程桩号Char 病害名称Char

巡查时间Char 数量Real

病害说明Text

（4）养护计划维修信息：养护费用计划数据（养护费用来源、分项养护费用支出等）、维修保养计划数据、专项工程计划数据、大修工程计划数据、灾害性预防及抢修工程计划数据等。如表2.4所示。

表2.4 路面养护维修记录数据库

Tab. 2.4 Road maintenance records database

字段名数据类型字段名数据类型

路段名称（主键）Char 面积或长度Real

里程桩号Char 修补方式Char

车道Char 质量评价Char

维修日期Char 人工Real

病害名称Char 说明Text

记录人Char

（5）日常管理信息：人员管理信息（姓名、年龄、性别、学历、职称、岗位等）、合同管理信息（合同编号、合同名称、项目内容、签约单位、签约时间、合同期等）、设备管理信息等。

（6）用户数据信息：包括用户名和密码。

2.7 系统的开发环境和工具

本系统基于北京超图地理信息技术有限公司的组件式GIS开发平台SuperMap

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Objects 2008进行开发，开发语言为Microsoft Visual Basic 6.0。整个系统的开发过程基于面向对象的编程技术，人机界面友好，易于操作。开发工具则按照便于开发、便于实现设计功能的原则来选择。SuperMap是一个具有良好性价比，可以通过标准的可视化开发环境—VB，VC++，Delphi等进行二次开发，允许用户将地图制作等功能嵌入到一个新的或已有的应用中。

VB6.0作为一个功能非常强大的可视化应用程序开发工具，是计算机界公认的最优秀的应用开发工具之一。作为一种数据库开发工具，它从较早的版本就开始对数据库开发提供了比较好的开发环境，提供了多种数据库访问技术，如ODBC、DAO、OLEDB、ADO等。这些技术各有特点，共同组成了强大的开发数据库应用程序的集成开发环境。VB6.0提供了强大、快捷的编程工具，并作为数据库开发的前端开发工具，以其对数据库应用的全面支持、访问速度快、占用资源少等优势，而被广泛应用于数据库应用程序的开发中。

本系统通过SuperMap Deskpro 2008将矢量数据和属性数据进行组织，按照信息的类型和主题将地理数据划分为不同的图层，通过对这些图层的叠加构成一幅完整的日东高速（济宁——费县）地图。

本系统将这份地图编辑建立为SuperMap Objects的工程文件. vbp格式，再通过嵌入VB开发环境的SuperMap对其进行引用，在充分利用VB功能的基础上，获得GlS的应用能力。它能够真正被建立在办公桌面上，可以帮助高速公路管理者进行决策。

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3 应用模型设计

3.1 高速公路养护质量评定模型

高速公路养护质量的评定，以公里为单位，以里程牌为界，按路面（沥青混凝土路面或水泥混凝土路面）、路基构造物、桥梁通道、隧道、交通安全设施、绿化（除雪防滑）、沿线设施7项养护内容来评定[17]。

高速公路养护质量评定标准采用高速公路养护质量指数MQI （Expressway Maintenance Quality Index ）和相应的分项指标确定（见式3.1）。

根据MQI 的评价结果，将高速公路分为优、良、中、次、差5个级别。高速公路养护质量等级按附录A-1的规定标准确定。

高速公路养护质量指数（MQI ）应经常保持不低于80。

高速公路养护质量指数（MQI ）的各分项指标（PQI 、SCI 、BCI 、TCI ）均应保持不低于75.当其的各项指标值低于75时，必须采取相应的维修措施，改善路况，提高高速公路的服务水平。

（1）高速公路养护质量指数（MQI ）的计算方法

PQI SCI BCI TCI MQI PQI SCI BCI TCI

ωωωω=+++ （3.1）

式中：

MQI ——高速公路养护质量指数，值域为0-100； PQI ——路面养护质量指数（Pavement Quality Index ），值域为0-100；

SCI ——路基养护状况指数（Subgrade Condition Index ），值域为0-100；

BCI ——桥涵构造物养护状况指数（Bridge and Tunnel Condition Index ），值域为

0-100；

TCI ——沿线设施养护状况指数（Traffic-facility Condition Index ），值域为0-100； PQI ω——PQI 在MQI 中的权重，取值为0.65；

SCI ω——SCI 在MQI 中的权重，取值为0.10；

BCI ω——BCI 在MQI 中的权重，取值为0.15；

TCI ω——TCI 在MQI 中的权重，取值为0.10。

（2）路面养护质量指数（PQI ）的计算法

李晓利：基于GIS 的日东高速公路管理系统设计

PCI PSSI RQI SRI PQI PCI PSSI RQI SRI

ωωωω=+++ （3.2）

式中： PCI ——路面状况指数（Pavement Condition Index ），值域为0-100；

RQI ——道路行驶质量指数（Riding Quality Index ），值域为0-100；

PSSI ——路面结构强度指数（Pavement Structure Strength Index ），值域为0-100； SRI ——路面抗滑性能指数（Pavement Skidding Resistance Index ），值域为0-100； PCI ω——PCI 在PQI 中的权重，按附录A-2和附录A-3取值；

PSSI ω——PSSI 在PQI 中的权重，按附录A-2和附录A-3取值；

RQI ω——RQI 在PQI 中的权重，按附录A-2和附录A-3取值；

SRI ω——SRI 在PQI 中的权重，按附录A-2 和附录A-3取值；

（3）路面状况指数（PCI ）的计算法

10100a PCI a DR =- （3.3）

211100i

i

i A DR A ω==∑ （沥青路面） （3.4）

23

1100i i

i B DR B ω==∑ （水泥混凝土路面） （3.5）

式中：

DR ——沥青混凝土路面破损率或水泥混凝土路面坏板率（%），沥青混凝土路面破

损率为路面各种破损的折合面积之和与调查路面面积之比，以百分数表示；

水泥混凝土路面坏板率为各种破损的折合坏板数之和与实际调查路面板数

总数之比，以百分数表示；

i A ——沥青混凝土路面破损中，第i 类破损（分严重程度）的调查面积（2m ）； A ——沥青混凝土路面实际调查面积（调查路段长度与有效路面宽度之积2

m ） i B ——水泥混凝土路面破损中，第i 类破损（分严重程度）的坏板数；