基于GIS和EBS的公路基础设施调查系统构建与应用.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期:2023-05-10基金项目:交通运输部交通运输行业重点科技项目(2020-MS5-145);四川省公路院自立科研项目(XXHXM-2021-10)第一作者:汪军(1981),男,四川邛崃人,高级工程师,研究方向为公路工程数字化与BIM技术应用。通信作者:饶舰(1992),男,四川仪陇人,工程师,研究方向为公路工程数字化与BIM技术应用。基于GIS和EBS的公路基础设施调查系统构建与应用汪军,饶舰,沈国焱,杨洁,宋路兵(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610041)摘要:为解决公路基础设施调查管理数据采集困难和EBS创建不规范等问题,
2、实现公路基础设施调查与管理的数字化,采用调查业务研究、应用功能分析、关键技术论证等方法研究公路基础设施数据采集与管理,基于 GIS及Mobile GIS、EBS分解与编码、BDS高精度定位、多源数据融合等关键技术,分析公路基础设施调查数字化应用需求,构建基于GIS和EBS的公路基础设施调查系统,改变传统设施调查数据采集方式,实现公路基础设施调查数字化管理。关键词:公路基础设施;调查系统;数字化;GIS;EBS中图分类号:U495;TP399文献标识码:A0 引言公路行业正处于快速高质量发展阶段,公路基础设施数量持续增长,截至2021年末,全国公路总里程达到528.07万公里,其中公路桥梁96.
3、11万座,公路隧道 23 268 处1。虽然建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)以及大数据、物联网等新一代信息技术与公路建设管养的融合应用持续发展,但要达到深度应用仍需较长时间2,目前交通基础设施数据基础依然相对薄弱,应用协同性不强,数字化率不高3-4。2021年发布的国家综合立体交通网规划纲要指出,到2035年,交通基础设施数字化率要达到90%5,公路作为最基础、最广泛的交通基础设施,其数字化建设任务艰巨。关于自然资源、工程设施等相关领域的调查系统的研究、开发与应
4、用,目前已取得了部分研究成果。如王文杰研究了基于WebGIS的自然资源调查系统建设与应用,实现土地、森林、矿产等自然资源的一体化调查6;相诗尧等人为改进公路勘察设计外业调查方式,通过软硬件开发,研制了公路勘察设计全景影像外业调查系统,系统可以获取外业调查点处的全景影像、属性信息、视频、音频、手绘图等多类数据7;耿靖杰等人研究基于三维激光设备的路面轮廓调查系统,实现道路路面图像信息和三维信息采集8。相关研究对于资源或设施的数字化管理有一定意义,但是目前较少有关于公路基础设施结构属性信息尤其是EBS创建的相关调查系统的研究与开发应用,为此,本文将针对这一方向进行研究,构建基于GIS和EBS的公路基
5、础设施调查系统(简称调查系统),应用于设施调查和数字化管理。1 系统构建1.1 系统架构根据设施调查业务需求和开发条件,系统采用B/S架构并开发包括 Web 端和移动端应用,基于 Java 的Web应用开发技术,结合GIS引擎,在JetBrains IntelliJIDEA集成开发环境下采用Java语言开发,应用的技术栈包括 SpringCloud+SpringBoot+MyBatis Plus+Nacos+Mysql+Redis+Nginx+Pigx+Umijs+React+Webpack+html等。系统架构总体分为采集层、数据层、逻辑层和应用层4级。公路基础设施调查系统总体架构如图1所示
6、。1)采集层采集层主要服务于调查数据采集,是系统应用的基础,采用Flume+Kafka等开源技术通过不同方式获取数据,数据经过清洗预处理后存储到数据库。公路基1总662期2023年第32期(11月 中)础设施调查数据主要涉及设施结构的属性数据和设施周边环境数据,采集手段主要是Web端+移动端录入为主,同时还包括智能设备采集及其他采集终端获取,如无人机航飞、激光雷达设备采集,以及第三方系统数据接入等。2)数据层数据层主要实现不同格式调查数据的存储与传输。调查系统利用分布式数据库管理调查数据,如企业有建立数据中台,可将数据同步推送至数据中台进行大数据资产积累和大数据分析,调查系统涉及的数据包括基础
7、性的设施工程分解结构(Engineering BreakdownStructure,EBS)数据、模型数据、点云数据、影像数据和设施属性数据等。3)逻辑层逻辑层主要实现数据综合处理与复杂计算。逻辑层应用数据层存储与传输的数据,完成数据打包解包、数据校验、数据资源支撑和数据组织管理等,并基于前述数据处理操作进行逻辑算法运算与分析,为应用层提供数据应用基础。4)应用层应用层是系统应用的表现层,应用层调用逻辑层完成的相关数据处理结果进行应用层的功能实现。应用层是调查系统功能实现与应用的核心,主要涉及调查项目管理、业务数据字典、路线桩号数据管理、EBS类型库管理、设施 EBS 创建、调查数据采集与管理
8、、GIS应用及调查成果管理等。调查系统为不同类型及格式的数据设计相应的数据解析接口,并封装成数据操作类库,方便调查系统对外部数据进行操作管理与分析,并具备较高的可扩展性。架构层级间的关系具体表现为:采集层为数据层提供数据来源渠道并解决实现问题;逻辑层通过数据操作类库完成对数据层相关数据的组织及管理;应用层调用逻辑层实现的相关数据处理算法完成应用层的功能实现。1.2 系统关键技术1.2.1 GIS及Mobile GIS技术GIS技术是集地理学、信息学、计算机科学等多门学科为一体的新兴技术。地图是 GIS的表现形式,但GIS深层应用是空间信息处理。调查的公路基础设施均可通过GIS地图呈现其位置和相
9、关信息,以GIS地图为载体进行调查与数据收集,使得调查工作更加形象直观。Mobile GIS 技术是移动GIS,在GIS的基础上集成GPS、移动通信等技术9。其涉及的支撑技术包括地理信息采集与处理技术、工程坐标转化技术、瓦片地图技术等。调查系统利用GIS及Mobile GIS 技术搭建的 GIS地图可实现相关数据的 GIS应用。如公路基础设施所属路线及有关数据展示与信息查阅,包括路线名称和属性、运营养护单位等;GIS地图实时展示调查人员定位位置;在GIS地图上直接录入被调查公路基础设施数据并标记设施调查状态等。1.2.2 EBS分解与编码技术EBS是以工程实体为对象,将工程实体对象的结构组成按
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