GIS技术对道路桥梁 gis对测绘的作用

GIS技术能用在修桥铺路上吗？

GIS技术能用在修桥铺路上的，因为其可以用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据。

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而且通过在数据库中的位置对数据进行识别，实习者通常也认为整个GIS系统包括操作人员以及输入系统的数据。GIS技术可以对于道路设计中的路廓设计具有重要的现实意义。

除了综合考虑地质、地形、水文等自然条件外，还必须估计工程投资和交通量以及公路使用期内全部使用者费用和沿线环境的影响。

GIS—T面临的问题和解决方案？

一、背景

20世纪80年代以来，交通运输部门采用现代技术改善工作效率和质量。同时，环境保护、经济可持续发展等影响人类生活质量和生存空间等重大问题日趋严重，而由交通所引起的环境污染、交通堵塞等问题也被人们逐渐认识，跨学科多层次的合作研究成为解决交通运输及其相关问题的基本途径。

随着社会的进步，社会经济水平不断提高，人民生活也越来越富裕，由道路、水运、铁路、航空和管道构成交通系统也越来越复杂。在交通的规划、设计和管理中遇到许多前所未有的难题。而交通地理信息系统（Geographic Information System for Transportation，GIS-T）的出现给新时期的交通提供了崭新的技术平台和手段。

GIS-T是以现代计算机科学、地理学、信息科学、管理科学和测绘科学为基础，并与传统的交通信息分析和处理技术紧密结合，采用数据库、计算机图形学、多媒体等最新技术，对交通地理信息进行数据处理，能够实时准确地采集、修改和更新地理空间数据和属性信息，为决策者提供可视化的支持。GIS-T为新时期的交通行业发展提供了新的思维模式。

国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）》中指出，交通运输业发展思路之一是“以提供顺畅、便捷的人性化交通运输服务为核心，加强统筹规划，发展交通系统信息化和智能化技术，安全高速的交通运输技术，提高运网能力和运输效率，实现交通信息共享和各种交通方式的有效衔接，提升交通运营管理的技术水平，发展综合交通运输”。而智能化和信息化的基础之一就是GIS-T。

交通部颁布的《公路水路交通中长期科技发展规划纲要（2006-2020年）》中给出公路水路交通科技发展目标之一“到2010年，数字交通技术实用化程度和行业管理信息化水平明显提升，集装箱多式联运和一体化运输技术明显突破，交通决策技术明显提高。到2020年，智能化数字交通管理技术、一体化运输技术、决策支持技术整体达到国际先进水平，交通运输管理技术能够适应交通现代化的要求，全面实现决策的数字化与科学化”。

国务院颁布的《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》指出，要“推进工业结构优化升级”，并“坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，提高经济社会信息化水平”。而GIS-T的研究、开发和应用正是促进交通行业信息化的必要手段和途径，进而改善交通行业的发展模式，保证交通行业的科学发展和可持续发展。

二、国外发展状况

美国是较早利用计算机技术建立交通运输和规划数据库的国家之一。在20世纪80年代中期，美国联邦公路署开始公路综合数据库的开发研制，并在1988年建立了实用的GIS-T。该系统包含45，000条道路，总长595，456公里覆盖全美国的公路网，并且有与每条公路关联的属性信息，如公路等级、归属、编号、长度、路幅形式、中央分隔带、交叉口类型、车道数、路面类型、桥梁、州交通量、州界等。1995年第20届PLARC会议上，美国联邦公路署向与会的各国代表提供了一张综合公路数据库V2.0光盘，该数据库是适合于交通运输网络规划、分析建模的综合数据库，是当时世界上最大的公路数据库之一。

在美国公路署的倡导下，各州运输局相继展开一系列的GIS-T的研究，包括适合于GIS-T的交通运输建模问题、GIS-T的数据存储方式、数据格式转换、GIS-T应用范围、软件平台选择、GIS-T项目可行性研究等。其中Wisconsin 运输局是GIS-T的开发与数据集成的先驱，开发的基于地理信息系统的路面管理系统已投入运营之中，同时还开发了桥梁管理和维护地理信息系统、交通标志和道路设施管理系统、基于地理信息系统的交通事故分析等系统。为减少数据建库费用，实现资源共享，各州运输局与测绘部门紧密合作，采取分工负责数据采集，同时将GPS技术引入数据采集中并建立了进行空间信息采集和集成的参考框架和标准。美国运输组织成立了GIS-T工作组，从事GIS-T与ITS的数据模型、线性参考系设计、数据质量控制、线性参考系中的误差传播等研究。

随着GIS-T的广泛研究和展开，美国从1992年以来先后召开多次学术研讨会并出版了相应的论文集。美国开展GIS-T研究的特点是紧密结合交通运输发展的实际，解决在交通运输中急需解决的关键技术和策略问题。

德国是较早将GIS-T用于公路选线实际工作中的国家之一。在兴建勃兰登堡的Oranienburg市的绕城公路时，通过GIS-T技术进行了该项目的环境协调性研究及路线方案的规划。日本东京煤气公司研制了基于GIS-T的车载导航系统，该系统由CD-ROM数据库和实时通信系统组成，用于事故抢修、车辆调度和野外作业指挥。加拿大的艾伯塔省建立了全省的公路维护系统，实现了GIS-T对道路养护的决策支持。美国印第安纳州交通局采用GIS-T管理全州的公路、上千座桥梁以及铁路、航道、民航机场等交通信息。

在发达国家，GIS-T几乎已渗透于交通的各个领域。在交通规划中应用于：交通需求分析与预测、路网方案评估、项目选择及优化、交通工程设施规划、危险品运输路径规划、紧急情况下的疏散规划、公交线路规划、公共汽车站站址选择等；在道路设计中应用于：道路走廊选择、路权取得、道路线形仿真等；在交通管理与服务中的应用有：日程养护管理、路面管理系统、桥梁管理系统、辅助决策系统、交通控制、交通事故分析、交通动态模拟、汽车运输调度、交通灾害防治、超限卡车路径选择、车辆导航系统等；在港口应用于：港口基础设施管理、船舶自动识别技术、装卸管理等；在航道中应用于：航道疏浚、航标管理等。这些应用的技术手段是以GIS-T为中心，集成全球定位系统、遥感、网络和多媒体等技术。

三、国内发展与现状分析

我国是一个发展中国家，经济上还处于发展阶段。我国的现状使交通规划与管理就显得十分重要。为从根本上解决交通问题，吸取西方发达国家在交通管理规划方面的经验教训，增强规划决策和管理的科学性、合理性，逐步展开GIS-T技术在交通规划与管理中的推广和应用，进行GIS-T的理论和应用研究，具有重要的理论意义和现实价值。

从20世纪80年代起，我国公路管理部门采用各种数据库系统建立了一些公路路况数据库，交通部组织组织了一系列旨在提高公路规划和管理水平的应用系统开发研制，包括路面管理系统CPMS、桥梁管理系统CBMS，这些系统具有查询简单快速的特点，但只有公路属性数据，并未建立各级道路的空间数据库，无法满足空间分析的需要，难以胜任对公路信息的全方位动态管理和进行公路规划、建设和养护的分析和决策支持。为从总体上改善我国公路信息的管理水平，缩短与发达国家之间的差距，交通部决定建立我国自己的公路数据库系统，并于1991年将省市两级的公路数据库建设任务下达，开发完成了地市级公路数据库Trans-GIS的研制开发。1995年交通部科技司申报国家重点科技项目“GIS在公路信息系统中的应用研究与开发”中，着手研究将GIS-T技术用于公路建设和管理，建成基于公路交通地理信息系统。1998年中国城市规划研究院承担的863项目“GIS支持下的城市交通需求分析系统软件开发”，将城市地理信息系统和交通需求模型结合为一体进行研究开发，在交通需求分析中引入地理信息系统空间数据分析模型和空间技术分析，从交通数据采集、管理、交通分析过程以及结果的表现等方面对交通需求分析进行支持。GIS-T的研究在中国蓬勃发展起来。

GIS-T蓬勃发展的主要原因分析如下：一是信息技术的发展，使得相关信息技术的性能价格比急剧提高，开发相关系统的经费门槛大幅度降低，系统开发费用从几百万降低到几十万人民币。二是目前在软件开发领域，组件技术以前所未有的方式提高了软件的生产效率，近二十年来兴起的面向对象技术进入到成熟的实用化阶段。为了适应组件式软件技术潮流，地理信息系统软件像其他软件一样，由过去厂家提供全部系统或者具有二次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来，从而使开发相关系统的技术门槛大幅度降低。三是我国公路大建设，以及因特网和电子商务引发的对物流的关注，形成了对以GIS-T为核心的3S（卫星定位系统GPS、地理信息系统GIS和遥感系统RS）技术研究和应用的强大的需求。

在此条件下，GIS-T呈现如下特点：

（1）交通系统应用3S技术，体现出集成和综合的特点，交通部提出了“数字交通”的概念，加强以GIS-T为核心的信息技术在交通领域的综合研发和应用。

（2）以省、部级有关单位为示范，以地市级单位为推广，以大型的运输企业为综合应用，广泛推广实施GIS-T技术的应用，提高了交通行业发展的技术含量。

（3）不仅在基础设施管理单位开发相关系统，而且逐渐向物流和电子商务等交通服务领域转移，建立以GIS-T为平台的物流核心关键技术。

（4）随着我国智能运输系统应用逐步开展，一些成功的智能运输系统把GIS-T作为系统的信息平台，通过地理信息系统整合各种其他交通信息。

根据目前GIS-T在交通行业的很多领域都有比较好的应用和发展前景。

在宏观决策和规划中的应用。我国交通在今后相当长时期内将处于快速发展时期，交通管理和建设的投资规模大、项目多、战线长，是一个规模巨大、耦合度高、透明度低、动态而且开放的系统，需求预测、发展战略、政策策略、资金投入等方面将面临着大量的复杂决策问题，如建设项目的宏观决策、建设和养护项目的选择与优化排序、建设管理与工程的控制等。而目前这些决策，如规划（计划）、投资项目优化、公路建设和管理的宏观决策和管理工作仍多处于手工操作阶段，计算机仅仅用作文字和表格处理的工具。大量建设信息仍以纸张为存放介质且较为零散，查询效率低，信息处理重复工作量大、耗时多，更无法实时、全面地为领导或上级部门提供综合信息报告。利用地理信息系统等信息技术，可以提供直观、明了的集点、线、面信息为一体的多媒体方式的各种公路专题图，实现交通决策和管理的科学化，提高决策的效率和质量。

在公路建设中的应用。在公路建设中，可以充分利用交通地理信息技术为公路勘测和设计服务。在道路选线过程中，利用GPS和RS和其他测量手段，获得外业的勘测数据，然后通过测量数据产生数字地面模型，作为内业数据处理的基础，以选择公路走向。在构建数字地面模型中，一般采用地形图数字化或扫描矢量化，随着数字地球概念和技术的广泛应用，现在则以卫星图像和航空照片为基础，通过地理信息系统软件可以快速精确地生成数字地面模型。在此基础上，输入有关的技术，环境及社会等数据，并且考虑各种限制条件，如曲率半径、最大纵坡、多层地质构造及边坡、已有线形物（公路，河流，铁路等）、特别区域（沼泽地，城镇，环境保护区等）等，优化道路的选择。利用卫星图像技术或航空摄影测量技术，可以准确获得地形高程及图像，大大减少繁琐、艰巨的实地测量等前期工作。地理信息系统软件等技术在计算机上的运算和虚拟，可以节省期资金及设计时间。通过确定路线最佳方案，可以大幅度减少并平衡工程的土石方量。通过在路线优化过程中处理、保存大量的数据，并计算各条优化路线的分项建设费用，为项目提供财务分析及运营费用控制。

在公路养护中的应用。路网的养护和建设业务范围比较大，养护管理业务非常复杂和繁多，但从业务流程上讲，有养护决策所需要信息的采集、养护方案决策、养护项目进度管理、竣工管理等环节。养护的不同职责也分散在不同的业务部门。我们可以通过GIS-T技术，进行整体的决策和调度，在路网级根据交通量、交通类型、路面状态等决定养护的规模和次序，根据交通分配决定养护的时间以避免交通堵塞等，并且直接进行养护项目的管理，合理配备养护的人力和物力，有效安排养护资金，跟踪、评价养护项目的完成情况，实现公路养护项目计划管理、进度管理、成本管理、质量管理的计算机化。

网络分析中对道路网络数据有何要求,如何得到符合网络分析要求的街道网络数据？

GIS在利用虚拟道路和桥梁网络对特大型车辆制定运行路线中的应用 1什么是GIS GIS是一个计算机化的映射系统，它能够利用信息分层对状况进行详细的描述，并能够分析变量之间的关系。严格来讲，任何一个可以对地理信息进行表达和分析的系统都是地理信息系统。由首字母缩写的GIS可以理解成就是指一个基于计算机的软件，通常以一些流行的特有的软件包装的形式出现。虽然软件是GIS的一个重要的组成部分，但它是不能代表GIS的。 尽管GIS作为一个完全的当代的技术有它迷人的地方，但是它的概念是在过去提出的。在纸上（或其他介质上）画出数据在空间上的不同分布，然后将它们彼此覆盖以找到相关的点，GIS就是在此基础上建立起来的。Foresman有证据表明：在十一世纪时，这种模型在修建Angkor神殿建筑群（在今天的柬埔寨）时使用过。现代GIS是在20世纪60年代发展起来的，这其中包括1962年英国的Coppock利用GIS进行的土地利用分析，1967年Tomlinson发展的加拿大的GIS，以及1969年出版的McHarg的《自然的设计》一书等。 GIS是一个可以将享有共同地形数据的数据库联结到一起的理想的工具。随着数据的集成逐渐被人们所认识，这种功能也变得更加有用。不仅需要数据的集成，而且，也需要对各种不同目的所用的数据加以识别，例如关于土地利用，街道规划，公车路线，学校和地铁站等信息。 2背景：特大型车辆运行路线制定 这项研究计划的目的是利用ArcView GIS软件计算出特大型车辆的最优行车路线。所用的公路网络要比实际的网络小而且简单，所定出的路线是根据最短距离计算而不是最短旅行时间。这项研究的基本原理同样适用于将来要应用的更大规模公路网。 特大型车辆在道路网上的行驶给交通工程师和城市规划师带来很多的问题。车辆的尺寸必须允许它在道路、桥下、隧道中和立交桥处行驶。而且，车辆的重力不能超过桥梁的荷载等级要求或道路的承载能力。除此之外，特大型车辆还有一个受限制的转弯半径，这会阻止它们在某些道路上通行。因此为了避免特大型车辆对公共设施的损坏，避免出现交通事故，制定出可以容纳特大型车辆的尺寸、重力和其他特征的行车路线供特大型车辆行驶是非常重要的。 每天，各州所收到的特大型车辆需要量在75到1750之间。其中大部分州是在地形图上确定运行路线，有一些州是通过数字地图和计算表确定。 3软件方法 用来确定特大型车辆行驶路线所使用的软件是ESRI公司开发的ArcView GIS软件，并装有网络分析扩展工能。编程语言采用ArcView中的面对对象的程序设计语言Avenue, 第一步是利用Arc View的绘画工具绘制一个小的虚拟的道路网。 一旦空间数据（路段和桥梁的位置）输入完成，属性数据将会创建一个表。每一条道路都会被命名(1到63)，并且给出所需要的最大高度和重力。那些有桥梁的路段要比其他路段有更低的重力和高度容许的要求。 接下来是写一份手稿，提醒用户注意车辆的高度和重力。这些数据将会被储存，并与上面列出的道路数据表中的属性数据进行核查。 还要写一份用来产生一个新的网络的报告，报告中只包括那些从最初的网络中选出的比用户所输人的重力和高度要求更大的路段。 4网络分析 ArcView软件附加的网络分析功能够找出网络上的最短路径。然而，这个项目的目标是在找到网络最短路径的同时还要查到那些重力和高度都不超过要求的路段。因此，为了能够利用网络分析，特大型车辆的路线确定只针对于那些满足要求的路网。网络分析随后将在新生成的路网上确定出满足给定高度和重力要求的理想路线。 5结果：虚拟网络 这个已经完成的假想的网络由63个路段和13座桥梁组成。 道路路段被定义成线，桥梁则用X表示。 用户输人车辆的高度和重力，然后请求由网络制定出从任意起点和终点之间的最佳路径。于是，这条理想的路线将在地图上显现出来，或用户可以要求文本的指导。 已经完成的特大型车辆定线程序能够在给定的车的重力和高度限制下产生理想的行使路线。在虚拟的网络上，路段的高度和重力容量是任意分配的。这些值可以按要求修改，就像网络本身一样（随着这些值的改变而改变。） 尽管这个GIS项目只是在小范围内进行，但是GIS有能力在更大范围内使特大型车辆的最优路线设定的请求过程自动化。这样的项目的一旦成功实现，必然会带来时间的节省，同时也会增加安全性，因为它消除了人为的错误。 6进一步研究的建议 本项目的目的是通过在一个比较小范围的虚拟网络上建立一个特大型车辆运行路线制的应用，来表明如何实现在现实的路网上特大型车辆运行路线的确定。下一步将会增加应用的范围。在这个项目中只考虑了车辆的重力和高度。在现实的应用中，还要考虑很多其他的因素，例如车的轴数，转弯半径以及车速的限制。此外，现实的道路网也要比这个项目中虚拟的网络模型复杂，还要考虑单行街道，速度限制，施工和坡度等因素。 一旦实现了这一方法的精确而成功的应用的，下一步就可以在各州推行利用这一GIS技术来建立他们的特大型车辆的通行许可。

如何使用GIS监控道路桥梁情况？

1 建立大数据桥梁安全维护系统的必要性

21 世纪宏伟的桥梁建设规模及与飞速发展的互联网技术缩小了人们交流和沟通时空，互联网技术在桥梁安全维护领域应用也得到了快速发展。据统计，至2013 年我国桥梁数量有73. 53 万座，其中特大桥3 075 座，大桥67 667 座，总里程达3349. 44 万m，94% 为中小桥梁位于县乡一级等通行能力差，技术标准低的公路上，其中荷载标准低，大约30%为3 ～ 4 类桥梁，大约15% 为不能满足通行能力的桥梁。今后，桥梁重点将逐步从建设阶段转为养护维护阶段。这么大量桥梁运营维护安全工作成为十分紧迫的要求。

桥梁在长期运营过程中，随着桥龄的增加，桥梁性能不断退化，桥梁损伤及病害不断增多，对桥梁养护及维护工作要求不断提高。为适应这种趋势和需求，我国规范针对桥梁项目维护内容、维护周期以及评定方法均作了明确规定。《公路桥涵养护规范》要求桥梁每月至少1 次经常性检查，定期检查最长时间不超过; 《城市桥梁养护技术规范》中对桥梁技术状况监测及评价的内容、方法、周期都做了相应的规定; 《公路水运工程试验检测管理办法》

对桥梁机具和设备等参数提出要求，由此每座桥梁都产生大量的养护及维护数据。桥梁数据表现出格式多样性和高维度的特点，

不但包括文本、数字、图片及视频等多种格式的数据，还包括桥梁类型、跨度、支座类型以及桥梁应力、挠度等多个维度的数据。传统的桥梁检测、养护、信息存储及养护决策方式已经不能满足于现代桥梁安全维护的要求。随着移动互联网技术的发展，将移动互联网技术融入到桥梁安全维护系统中成为一种趋势。Sybase 公司组建Sybase 分析平台，通过复杂

桥梁数据进行快速分析，尤其是在对高峰期数据分析进行了相关的探索，而我国在基于大数据平台的桥梁维护技术方面还不成熟，因此建立基于大数据的桥梁安全维护系统十分必要。

2 桥梁大数据

桥梁大数据具有数量大、多样化、快速化及信息密度低的特点。每座桥梁桥梁具有完备的全寿命周期可备查询的数据，包括桥梁规划设计、建设、维护、检测、加固、专家知识等信息数据，以及依靠先进技术建立的GIS 系统数据、3 维模型及桥梁分析数据。如图1。

2. 1 桥梁建设资料、监控资料和施工资料对于运营桥梁来说，初始的桥梁档案包括桥梁设计过程所产生的图纸、文件、宣传资料、试验数据及报告，以及和施工过程所需的项目计划书、招投标书、合同、验收报告、竣工图纸、会议记录、财务报表、人员及企业档案、产品说明书、技术指南、规范文档等等。这部分资料将作为桥梁维护的重要参考，并

随着桥梁建成使用，数据不断得到扩充和更新。