陈舟宇1 章一颖2
1.浙江温州甬台温高速公路有限公司 浙江 温州 325000
2.招商局公路信息技术（重庆）有限公司 重庆 400000
摘要：本文以甬台温高速公路为依托，分析了高速公路养护的业务流程，通过建立基于GIS的道路资产大数据管理的平台，对公路养护业务环节中二三维一体化、三维GIS等GIS新技术应用进行了研究，为实现数据驱动道路管养体系升级奠定了基础。
关键词：公路养护；GIS；道路资产；三维GIS
前言
地理信息系统(GIS)是多学科交叉的产物，它以地理空间为基础，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采集、储存、管理、处理、分析，并以可视化方式为用户提供决策支持[1]。随着GIS新技术的发展，GIS技术实现了二维、二三维一体化、三维GIS的发展阶段[2]，GIS技术因其空间分析能力强、可视化效果直观等优势被广泛应用到公路管理的各个行业中[3]。
与传统管理模式相比，GIS新技术的应用拓展了空间数据模型分析计算能力，在数据层面，实现了倾斜摄影、BIM、激光点云、三维场等多源异构数据融合；在技术融合方面，可集成全景技术、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等IT新技术[4]，推动了高速公路建设智能化，实现公路设施宏观微观一体化和空天、地表、地下一体化。
1 高速公路养护管理业务流程分析
高速公路养护管理主要包括数据资产管理、公路日常维养、结构物监测、公路定检检测以及公路养护决策与规划五个部分。
（1）公路资产管理
道路资产包括道路及其设施的基础数据资料、交竣工设计资料、历史检测资料、历史维养资料等，由于设计等资料需要盖章签字确认，大部分资料以纸质文档或文档扫描件进行存储，现有的公路资产管理系统主要是附件的方式对数据进行存储，数据统计和数据精确查询较繁琐，数据溯源较困难。
（2）公路日常维养
公路日常维养主要是按规定每日对公路运行状况进行巡查，然后根据每天巡查情况进行上报、处置、维修等，日常维养的业务流程如图1所示。目前公路日常维养配备了配套的巡维APP,但传统巡检APP无法自动定位公路桩号，在实际使用过程中因人工输入导致位置偏差，影响后续的维修和养护[5]。
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图1 日常维养业务流程图
（3）结构物监测
结构物监测主要是利用传感器对桥梁、隧道、边坡等结构物的特定位置点进行监测，根据传感器的参数变化来确认结构物的实时状态，通过历史状态数据的统计结合结构物检测数据，对结构物未来状态进行基本的预测分析。
（4）公路定期检测
高速公路路面和结构物需要按照公路养护标准，进行定期的健康检查，为后续道路的养护提供数据支撑，目前公路定期检测主要是委托第三方专业机构进行检测，最后由专业机构提交检测报告，检测报告以纸质报告或者word文档的方式进行保存，最后根据公路定期检测结果对特定路段或者结构物部位进行维修。
（5）公路养护决策与规划
公路养护决策主要是依据公路定期检测状态，并结合历史检测数据、养护数据，委托第三方机构进行公路养护决策咨询，第三方机构通过查阅基础数据、定检数据、历史养护资料等内容给出公路养护的决策方案和规划，并由公路养护管理单位进行确认。
2 GIS在养护管理各环节中的应用
GIS新技术针对目前存在于公路养护管理各业务流程中的问题，给出了新的解决思路。
（1）数据资产管理
基于GIS新技术，通过BIM建模、倾斜摄影测量、激光点云采集等新型数据，构建精细化高速公路及附属设施三维基底，通过叠加全景信息、结构物监测状态信息、公路养护信息、交通量信息、气象、灾害等环境信息，构建一套支撑高速公路管理、运行、养护的全要素基底。
（2）公路日常维养
在公路日常维养过程中，最主要是解决位置坐标与桩号的转换，方便巡查维修人员对事件发生位置进行识别和判断。通过GIS工具，结合高速公路的点云数据，提取道路路面的线性参考图层，并通过GIS服务进行发布，实现位置坐标与桩号的转换。
（3）结构物监测
以高速公路全要素为基础，细化结构物的部件结构模型，通过部件结构与传感器的强管联设置，实现结构物局部信息的收集，通过三维GIS平台的海量三维数据管理、计算和呈现能力，对高速公路整条路线部件进行集中统一管理，为设施养护综合分析决策与信息挖掘奠定基础。
（4）公路定期检测
通过GIS图层管理，实现公路结果的可视化，通过二三维地图联动、图属联动，实现公路病害的高效定位查询。
（5）公路养护决策与规划
结合公路基础数据、交通量数据、公路历年健康状态数据，利用GIS时空数据分析，实现历年检测数据的趋势分析预测，GIS技术结合机器学习、道路和结构物等养护规范设计等建立专业的养护决策模型，从资金、性能等多方面为用户提供基于长周期养护的3-5年规划建议，为决策者提供一个养护决策的参考。
3 项目案例
3.1 项目概况
项目以甬台温高速（温州段）为依托，建立了基于GIS的道路资产大数据管理平台，平台整理了甬台温高速共计138km的公路基础数据、历史检测数据、历史管养数据；道路全景数据、路面性能质量数据以及公路全线点云数据和部分路段倾斜摄影数据。
3.2 GIS新技术应用实现
基于公路养护各业务流程，有针对性地建立了甬台温高速公路温州段道路智能养护决策支持体系数据库，将基于GIS的道路资产大数据管理平台升级为路网智能管养决策支持体系，并结合大数据预测、AI养护决策模型等高速公路路面大修等工程提供了有效的决策支持。
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图3 高速公路图属联动地图实现效果
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图4 高速公路全景地图实现
4 结论
GIS新技术在养护管理各个流程中的应用，有效避免了数据不直观、数据追溯难等问题，实现了养护管理的标准化，解决了高速公路位置描述多样、桩号核对困难的问题，高效集中地管理了病害数据，为进一步的养护预测和决策提供数据支撑，有助于用数据驱动道路管养体系升级。然而，在实际应用过程依然发现很多目前较难解决的技术困难，我们也将展开进一步的研究。
参考文献
[1]董自歆. 浅谈GIS技术在公路管理中的应用[J]. 科技创新导报, 2008, 6(011):28-28.
[2]曹瑞, 郭阳. 三维GIS及其在智慧城市中的应用[J]. 工业, 2016(10):00131-00131.
[3]李秋实. 基于GIS公路养护管理系统的研究[D]. 东北林业大学, 2013.
[4]侯晓宁, 郭健, 李爱光,等. 增强现实电子地图应用模式研究[J]. 测绘科学技术学报, 2016(6).
[5]陈诚, 李维庆, 余安平. 基于GIS技术的公路巡检系统的设计与实现[J]. 四川测绘, 2008(04):42-46.
项目资助：重庆科学技术局
项目编号： cstc2018jscx-msybX0135