李宇軒

摘要 文章首先闡述了三維GIS的特點(diǎn)，然后結(jié)合工程實例，具體分析了基于三維GIS技術(shù)的公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺主要功能架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)方法，最后對該平臺的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。平臺通過引入三維模型集成多源數(shù)據(jù)，全方位、多維度展示公路基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營狀態(tài)，提升公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的可訪問性和查詢效率，為養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)分析及決策提供支持，從而進(jìn)一步提高公路資產(chǎn)管理的智能化和數(shù)字化水平。

關(guān)鍵詞 GIS技術(shù)；公路資產(chǎn)；公路養(yǎng)護(hù)；三維模型；養(yǎng)護(hù)數(shù)字化；數(shù)字孿生技術(shù)

中圖分類號 U418文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0013-03

0 引言

目前，公路養(yǎng)護(hù)管理存在數(shù)據(jù)孤島和信息展示不統(tǒng)一的問題，現(xiàn)有的系統(tǒng)通常只針對特定項目進(jìn)行開發(fā)，缺乏集中、直觀的平臺統(tǒng)一展示和分析養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)。隨著數(shù)字化和智能化技術(shù)的發(fā)展，三維GIS地圖公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺的設(shè)計變得尤為重要，不僅能整合不同來源的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，還能通過先進(jìn)的三維可視化技術(shù)提供更加直觀、清晰的數(shù)據(jù)展示，從而幫助管理者更有效地進(jìn)行決策和管理[1]。此外，這種集成了數(shù)字孿生技術(shù)的平臺還能提高養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的利用效率，優(yōu)化公路資產(chǎn)管理流程，同時，對公路基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)和管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

1 三維GIS的特點(diǎn)

三維GIS在二維GIS的基礎(chǔ)上，增加了對地球表面的第三維度，即高度或深度。相比于二維GIS，三維GIS能夠更好地分析和處理地理空間數(shù)據(jù)，使用準(zhǔn)確的三維地理模型可以幫助使用者更好地理解地理空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化分析。三維GIS在數(shù)據(jù)處理和分析中具有以下特點(diǎn)：

1.1 多維度信息展示

采用三維GIS技術(shù)，可以清晰地顯示公路的地形、地貌，同時，三維GIS地圖能夠展示公路的多個維度信息，包括公路的位置、走向、寬度、高度、坡度、曲度等，使得使用者可以更全面地了解公路的情況[2]。

1.2 空間關(guān)系模擬

利用三維GIS技術(shù)，可以對公路周圍的地形、地貌、江河等進(jìn)行模擬，以幫助使用者更好地了解和評估公路建設(shè)和運(yùn)營情況。

1.3 多維度空間分析

三維GIS還具有強(qiáng)大的多維度空間分析功能。這是其特有的功能，能夠?qū)臻g對象進(jìn)行三維空間分析和操作[3]。

1.4 良好的擴(kuò)展和更新性

三維GIS地圖具有良好的擴(kuò)展和更新性能，可與各類系統(tǒng)進(jìn)行集成，例如養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、健康監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)等，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。同時，實時更新數(shù)據(jù)便于使用者及時了解最新的信息。

2 三維GIS地圖公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺構(gòu)架與實現(xiàn)

2.1 工程概況

固原地區(qū)高速養(yǎng)護(hù)項目部管養(yǎng)高速公路共5條，管養(yǎng)總里程456.543 km，其中，主線里程406.436 km，匝道及連接線總里程為50.107 km。橋梁673座，其中，特大橋4座、大橋192座、中橋176座、小橋301座。隧道共計14座，其中，特長隧道1座、長隧道3座、中隧道6座、短隧道4座。全線橋隧比為24.7%。

該養(yǎng)護(hù)項目部已建立多套養(yǎng)護(hù)相關(guān)系統(tǒng)，但缺乏養(yǎng)護(hù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計展示平臺，當(dāng)前需整合并充分利用各系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，匯聚數(shù)據(jù)感知、采集、分析、決策等關(guān)鍵信息，并充分結(jié)合三維模型等數(shù)字孿生融合技術(shù)，建立公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺的生態(tài)圈。鑒于此，為了提升項目部養(yǎng)護(hù)數(shù)字化水平及管理效率，需研究設(shè)計基于養(yǎng)護(hù)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的三維GIS地圖公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺，通過該平臺實現(xiàn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)資源整合，解決信息孤島問題，提升養(yǎng)護(hù)管理及公路運(yùn)營效率。

2.2 平臺模塊組成

在三維GIS地圖公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺的構(gòu)架中，核心部分包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)展示模塊，這三個模塊相互協(xié)作，共同實現(xiàn)平臺的功能。

2.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是從多樣化的數(shù)據(jù)源中收集關(guān)于公路資產(chǎn)及養(yǎng)護(hù)的相關(guān)信息，包括但不限于公路狀況監(jiān)測系統(tǒng)、交通流量監(jiān)控設(shè)備、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測設(shè)備等站點(diǎn)，提供道路病害狀況、交通量狀況、結(jié)構(gòu)安全狀況等對道路有影響的關(guān)鍵信息，為道路養(yǎng)護(hù)提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊需對收集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列復(fù)雜的處理過程。首先，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，識別并糾正數(shù)據(jù)集中的錯誤和不一致性，如去除重復(fù)記錄、校正錯誤數(shù)據(jù)和填補(bǔ)缺失值等。然后，將數(shù)據(jù)根據(jù)類型或?qū)傩赃M(jìn)行分組，以便于后續(xù)處理。最后，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和復(fù)雜的統(tǒng)計方法等數(shù)據(jù)分析工具進(jìn)行深入分析。通過數(shù)據(jù)處理模塊處理好的數(shù)據(jù)更規(guī)范、有序，便于統(tǒng)計和展示。

2.2.3 數(shù)據(jù)展示模塊

數(shù)據(jù)展示模塊利用三維GIS技術(shù)將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀且易于理解的“視覺格式”，包括三維地圖、交互式圖表和模擬場景等。三維地圖提供了地理特征的真實展示，幫助用戶更直觀了解公路資產(chǎn)的空間分布情況；交互式圖表，如柱狀圖、餅圖、折線圖和散點(diǎn)圖，允許用戶通過交互操作深入了解數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)；模擬場景則能夠展現(xiàn)不同公路養(yǎng)護(hù)策略的潛在影響。此模塊的設(shè)計重點(diǎn)是使用戶能夠直觀、快速識別不同等級的公路技術(shù)狀況區(qū)域，進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)分析，并支持基于大數(shù)據(jù)的養(yǎng)護(hù)決策制定，有效提升了輔助決策的質(zhì)量和速度[4]。

2.3 平臺主要功能實現(xiàn)

三維GIS地圖公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺，主要是統(tǒng)計和展示公路主要資產(chǎn)及養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)相關(guān)信息。平臺針對公路基礎(chǔ)設(shè)施的特點(diǎn)，綜合BIM、三維GIS、三維模型等技術(shù)，研究公路圖像三維建模及模型融合技術(shù)。即在二維平面GIS地圖的基礎(chǔ)上通過一定技術(shù)手段融合、疊加三維模型。

平臺主要包括主題首頁及養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)功能，主題首頁主要展示公路資產(chǎn)數(shù)據(jù)宏觀信息，包括路線、橋梁、隧道、邊坡地圖點(diǎn)位及各類統(tǒng)計圖表，同時，可根據(jù)搜索條件檢索相關(guān)信息。業(yè)務(wù)功能主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)巡查、技術(shù)狀況、養(yǎng)護(hù)決策、養(yǎng)護(hù)維修、應(yīng)急事件等業(yè)務(wù)功能數(shù)據(jù)的地圖可視化展示。

為了將各類公路設(shè)施及養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)直觀、清晰、多維度展示，平臺采用了多樣化的數(shù)據(jù)展示方式，包括GIS地圖、柱形圖、折線圖、餅圖、矩陣圖、數(shù)據(jù)列表等。另外，平臺創(chuàng)新性地在GIS地圖的基礎(chǔ)上通過一定技術(shù)手段融合、疊加、輕量處理傾斜攝影三維模型，形成高精度的三維GIS實景地圖，能反映地物周邊真實情況，還原基礎(chǔ)設(shè)施表面紋理，實現(xiàn)公路設(shè)施病害清晰可見。

2.3.1 主題首頁

主要展示整個公路資產(chǎn)的重要信息，同時，展示道路、橋梁、隧道、邊坡地圖點(diǎn)位及統(tǒng)計圖表，如圖1所示。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)展示標(biāo)準(zhǔn)的“智慧駕駛艙”，以統(tǒng)計圖表的形式生動、直觀地展示各類信息，解決系統(tǒng)間信息不流通、數(shù)據(jù)雜亂等問題。

2.3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

展示路線及橋梁、隧道、邊坡、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)地圖點(diǎn)位信息，同時，可查詢上述公路資產(chǎn)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。以“養(yǎng)護(hù)一張圖”形式展示公路基礎(chǔ)設(shè)施主要資產(chǎn)的點(diǎn)位及詳細(xì)信息，資產(chǎn)分布情況一目了然，實現(xiàn)公路基礎(chǔ)設(shè)施地圖可視化顯示。

2.3.3 養(yǎng)護(hù)巡查

展示人工巡查、車載視頻巡查、無人機(jī)巡查記錄及對應(yīng)的軌跡信息，同時，可查詢上述巡查記錄所關(guān)聯(lián)的病害信息，如圖2所示。直觀展示巡查路線、巡查狀態(tài)及關(guān)聯(lián)病害等信息，軌跡數(shù)據(jù)可視化存儲便于巡查責(zé)任劃分和出勤考核。

2.3.4 技術(shù)狀況

通過多種方式展示公路路面、橋梁、隧道的定期檢查評價結(jié)果信息，同時，可查詢上述設(shè)施各單元、部件或構(gòu)件詳細(xì)評價結(jié)果信息，如圖3所示。地圖上直觀展示不同技術(shù)狀況等級的評定單元，顏色區(qū)分，技術(shù)狀況評價結(jié)果一目了然，解決大量數(shù)據(jù)顯示雜亂問題。

2.3.5 養(yǎng)護(hù)決策

直觀展示路面、橋梁、隧道養(yǎng)護(hù)決策路段或位置信息，同時，可查詢上述設(shè)施各決策路段、部件或構(gòu)件詳細(xì)決策信息，如養(yǎng)護(hù)類型、養(yǎng)護(hù)措施、維修費(fèi)用等。地圖上直觀展示不同養(yǎng)護(hù)類型的決策路段及詳細(xì)信息，顏色區(qū)分。養(yǎng)護(hù)路段位置及養(yǎng)護(hù)類型一目了然。

2.3.6 養(yǎng)護(hù)維修

展示公路設(shè)施上病害點(diǎn)位及詳細(xì)信息，同時，可展示公路施工區(qū)域位置及關(guān)聯(lián)的病害信息。地圖上可直觀展示待維修、維修中、已維修狀態(tài)的病害信息，便于養(yǎng)護(hù)管理部門了解所管轄路段病害分布情況、維修狀態(tài)及施工區(qū)域位置。

2.3.7 應(yīng)急事件

展示公路設(shè)施上應(yīng)急事件點(diǎn)位信息，同時，可查詢應(yīng)急事件處理狀態(tài)及其他詳細(xì)信息。地圖上直觀展示待處理及已處理狀態(tài)的事件信息，便于安全管理部門了解所管轄路段應(yīng)急事件分布情況及處理狀態(tài)。

2.3.8 工具應(yīng)用

主要包括地圖管理、圖層管理、結(jié)構(gòu)BIM模型、傾斜攝影三維模型顯示、測量工具。方便用戶根據(jù)不同使用場景需求，選擇不同工具輔助進(jìn)行平臺地圖查詢、瀏覽、測算等操作。

3 應(yīng)用展望

三維GIS地圖公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺，更適用于網(wǎng)級公路養(yǎng)護(hù)管理單位人員應(yīng)用，如管轄多條路線的交通局、公路局、城養(yǎng)中心、運(yùn)營公司及養(yǎng)護(hù)公司等。通過建設(shè)基于“大數(shù)據(jù)+智能化”的三維GIS地圖公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺，制定基于國家規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的平臺數(shù)據(jù)融合機(jī)制，匯聚公路基礎(chǔ)設(shè)施各類養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，以統(tǒng)計圖表、三維實景地圖等多種直觀方式進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，提高養(yǎng)護(hù)大數(shù)據(jù)查詢效率及利用價值，便于管理者及時作出精準(zhǔn)的運(yùn)營決策，增加公路使用壽命，減少運(yùn)營資金投入。另外，通過平臺匯聚信息展示功能，可全方位了解整個公路設(shè)施的運(yùn)營狀態(tài)，提高應(yīng)急事件及災(zāi)害事件的預(yù)警反應(yīng)速度，合理分配有限的應(yīng)急資源，加快事件事故處理速度，緩解擁堵狀況，提高行車人員出行質(zhì)量，減少事故發(fā)生率，提高公路設(shè)施的安全管理和運(yùn)營水平。

4 結(jié)語

該文主要探討了三維GIS地圖公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺的設(shè)計與實現(xiàn)。首先闡述了平臺的整體設(shè)計及功能特點(diǎn)，然后詳細(xì)介紹了平臺數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)展示三大核心模塊，強(qiáng)調(diào)了每個模塊在整個平臺中發(fā)揮的重要作用，最后對平臺主要的功能設(shè)計進(jìn)行了相關(guān)描述，同時，對該平臺后續(xù)應(yīng)用前景進(jìn)行了深入展望。綜上所述，通過研發(fā)基于高精度三維GIS地圖的公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)展示平臺，可實現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)大數(shù)據(jù)資源的全面整合與多維度展示，這不僅有助于消除信息孤島問題，而且能夠為用戶提供更深入的數(shù)據(jù)挖掘價值，從而為公路資產(chǎn)的數(shù)字化管理和智慧養(yǎng)護(hù)提供強(qiáng)有力的支持。

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