数字化交付框架下高速公路信息要素数据字典研究

戴 玮,何 飞

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥 230088;2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心,安徽 合肥 230088)

近年来交通运输部发布了一系列有关数字交通、交通运输大数据发展和新型基础设施建设的文件,如2019年7月发布的《数字交通发展规划纲要》即指出要推动交通基础设施规划、设计、建造、养护、运行管理等全要素、全周期数字化。2020年8月发布的《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》中,主要任务之一是打造融合高效的智慧交通基础设施,在智慧公路方面,要推动先进信息技术应用,逐步提升公路基础设施规划、设计、建造、养护、运行管理等全要素、全周期数字化水平。2021年国务院印发了《国家综合立体交通网规划纲要》,其中国家综合立体交通网2035年主要指标表中提出,代表智能先进的交通基础设施数字化率目标值为90%。

我国的公路工程在设计文件编制办法的基础上,现阶段还主要是以纸质文件/文档为主的交付。随着社会的快速发展,这种交付方法在工程实践中暴露越来越多的问题:如巨量建设工程数据采集、存储及交付仍然主要依靠人工和档案室完成,工作强度大、效率低;如在成果应用阶段,存在数据丢失问题严重、数据利用率不高、数据再利用耗时耗力、线上线下衔接困难、价值转化弱及关注度低等问题,产出远远小于投入。随着国家相关政策文件的相继出台,以及工程实践中存在的改进需求,推动了高速公路基础设施数字化相关研究。

为了适应高速公路基础设施数字化的高速发展,加快高速公路基础信息数据的共享[1],本文从数字化交付定义和手段出发,以现阶段国内工程信息要素相关标准、规范为基础,以实用性和可操作性为基本原则,探讨适用于数字化交付的高速公路信息要素字典研究。

1 高速公路数字化交付

1.1 高速公路基础设施数字化交付

高速公路基础设施数字化交付是指利用计算机系统,创建基础设施的数字孪生模型,串联工程项目数据信息并交付,从而实现高速公路“建、管、养、运、服”全生命周期智能化服务。

交付的数据主要包含工程建设过程中产生的设计、采购、施工等静态化信息以及运营服务过程中的动态化数字信息,利用合理的交付手段,实现项目全寿命周期的数据关联,提高数据分析应用效率。因此,在交付过程中如何建立一组严密一致的数据定义,解决数据的传递问题就迫在眉睫。

1.2 高速公路信息要素数据字典

工程数据处理是高速公路数字化交付运行的基石,而对高速公路工程数据进行描述的要素数据字典则是数据定义、处理和共享的基础。高速公路信息要素数据字典是对高速公路工程数据对象或项目信息的描述合集,用于查询工程项目中各种结构信息、类型定义,从而最大程度地消除歧义和交流不畅的问题。

2 国内相关标准研究现状

2.1 相关行业标准及规范

1)GB/T 20258—2019基础地理信息要素数据字典[2]。

我国地理信息专业数字化发展成熟,积累了大量宝贵的经验[3]。现行的《基础地理信息要素数据字典》根据不同基本比例尺,对地理空间数据特征信息进行了归类,包括水系、居民地基设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地名以及空间定位基础等。国标规定了各地理信息要素的基本属性,并明确其几何表示方式(点、线、面)和表示示例,以及该要素与相关要素之间的拓扑关系。要素代码采用6位十进制数字码编码,包含大类码-中类码-小类码-子类码的结构形式。

2)GB/T 51296—2018石油化工工程数字化交付标准。

标准共分7章和4个附录,主要技术内容包括:总则、术语、基本规定、交付基础、交付内容与形式、交付过程和交付平台等。标准给出了类库的逻辑关系,包括工厂对象类、属性、计量类、专业文档类型等信息及其关联关系,并在第5章节以及附录中规定了交付的内容与数据结构。

3)GB/T 41455—2022地下管线要素数据字典[4]。

《地下管线要素数据字典》规范了地下管线要素数据字典结构及内容、数据字典描述内容和要求。与《基础地理信息要素数据字典》相似,以地下管线点要素、地下管线线要素、地线管线面要素为分类方式,规定了地下管线各要素的要素属性、几何图示以及相关管线之间的拓扑关系。地下管线要素代码采用7位数字码,结构为:专业码-专业大类码-中类码-小类码-子类码的结构形式。其中专业码采用基础地理要素中对应的管线大类码“5”。

2.2 交通运输行业标准

JT/T 697.1～14交通信息基础数据元:

《交通信息基础数据元》一共分为14个部分,“第1部分:总则”中规定了数据元的编制规则和分类方式等基础内容,剩下13部分则分别规定了公路、港口、航道、船舶以及建设项目信息等各专业的基础数据元信息。

由于本文主要针对高速公路相关信息要素进行展开研究,重点以“第2部分:公路信息基础数据元”分册为例:交通信息数据元按其所属业务领域采用面分类法对类别进行分类,每个类别下采用面分类和线分类相结合的方式,设置一级、二级和三级分类。根据公路专业管理对象和业务信息的基本内容和属性,划分了路线、路基、路面等11项数据元一级分类,并根据需要再细分至二级或三级。在此分类的基础上,针对数据元的属性和数据类型进行基础数据元详细定义,包含编号、名称、定义、数据元类型、数据格式、值域。

以桥梁代码这一基础数据元为例，见图1。

标准中基础数据元为最细粒度的描述属性[5],通过若干个相关的基础数据元的组合,完成公路专业数据元的定义和描述。

3 高速公路要素数据字典的编制

基于对国内相关标准的深入研究,以高速公路项目设计、建设和运营应用为主要出发点,结合《交通信息基础数据元》的公路工程相关内容以及《基础地理信息要素数据字典》的要素数据结构框架,编制高速公路信息要素数据字典(以下简称要素数据字典)。

3.1 要素数据字典结构

要素数据字典主要以高速公路项目的实体资产、环境以及工作内容为对象,采用面分法以及面分法和线分法相结合方式,根据业务领域-一级分类-二级分类的分类顺序,细分高速公路信息要素。

要素数据字典相较于行业标准JT/T 697.2交通信息基础数据元 第2部分,并未将层级细分至基础数据元层级,而是将基础数据元作为要素的基础属性,对高速公路信息要素进行描述。

3.2 高速公路信息要素分类

为了更好地服务于高速公路资产数字化交付应用,要素数据字典在施工及运营的工程要素上增加了一部分内容。要素数据字典分类结构如图2所示,图2中□内为相较于JT/T 697.2新增的要素内容。图2中未列出二级及二级以下与JT/T 697.2相同的要素内容,三级分类中暂无细目,作为二级分类要素的扩展层级备用。

1)一级分类“路线”下,新增二级分类“车道线”。

“车道线”为每个行车道的几何中心线。主要应用于数字化高速公路中的车辆高精度定位,感知车运行状态和当前所在位置。

2)一级分类“沿线设施”下,新增二级分类“通讯设施”“照明设施”“环保设施”“防眩设施”“隔音设施”。

在数字化交付和工程资产管理的过程中,需要对沿线设施、设备的资产信息进行管理、统计和查看。其中,通讯设施为高速公路信息化和智能化管理的重要基础支撑系统,准确、及时地传输各路网监控和收费系统的语音、数据和图像等信息,保持各管理部门之间联络通讯的畅通,为高速公路内部各部门和外界建立可行的联系。同时,照明设施、环保设施、防眩设施、隔音设施也均为工程建设或运营过程中应配置的附属设施,考虑在要素数据字典中增加分类。

3)一级分类“沿线环境”下,新增二级分类“水文及通航”“地质状况”“土地利用”“环境敏感点”“征拆对象”。在现行行业标准JT/T 697.2中,沿线环境分类下仅包含定位控制点和沿线地形。从工程项目周期管理全流程考虑,增加以上要素。

其中,在JT/T 697.2中,与“水文及通航”相接近的条目为“通航等级”,作为二级分类“桥梁概况”的基础数据元,编号为GL040100015。考虑到高速公路沿线跨越水文地物资料等信息量较多,为了更好地服务于数字化应用,要素数据字典将“水文及通航”作为二级要素,移至一级分类“沿线环境”下。同时,考虑项目建设过程中对周边场地环境以及征拆信息的关注,要素数据字典中也增加了地质和征拆土地等相关信息内容。

4)增加一级分类“临时工程”,以下包含二级分类“施工场地”“改路改沟”“施工便道”。主要关注项目建设期与施工相关类的信息要素。

3.3 要素编码结构

高速公路信息要素编码结构参考JT/T 697.1～14,编码层级分至三级,业务领域(类别)代号采用GSGL,以JT/T 697.1～14执行的分类为基础,在不修改其分类顺序的前提下,根据实际应用情况进行增减。

以新增的“征拆对象”要素为例,其要素分类码如图3所示。

3.4 要素属性

要素属性主要用于描述高速公路信息要素的特征,采用列表形式,包含一组通用属性列:属性名称、属性描述、数据类型、属性值域、约束/条件。

在要素数据字典中,以项目全寿命周期中需要关注的工程结构信息、管理信息以及统计类信息为核心,确定各要素的基础属性。同样以“征拆对象”要素为例,要素数据字典规定其要素属性如图4所示。

在确定各属性字段名称后,赋予其属性描述、数据类型、属性值域、约束/条件。最终形成的“征拆对象”要素表如表1所示，要素属性表如表2所示。

表1 “征拆对象”要素

表2 要素属性表

4 要素数据字典在高速公路数字化中的应用

“高速公路数字化交付平台”是数字化交付的重要组成部分和交付手段,以安徽省高速路网的地理空间浏览和查询为基础,实现对应项目、区位、设施或构件的浏览、查询和定位。通过与二维、三维GIS模块的数据交互,完成设计、施工和运维工程阶段的数字化交付成果的检索和查询。同时可以实现项目文档的目录组织、内容呈现和高效检索,实现文档数据与GIS，BIM数据的关联,促进无纸化办公流程,改善工程关键数据丢失严重、利用率不高等问题。

基于统一的要素数据字典,高速公路数字化交付平台可以完成路网多工程项目的展示、查询、定位与管理。例如:在平台中确定某互通立交为交叉工程后,可以直接定位至要素数据字典的二级要素“路线交叉”,并推送“路线交叉”的全部基础属性,如交叉口编号、桩号、种类、形式等。在用户上传该交叉工程相关数据文件至平台时,应根据推送的属性字段、类型、量纲等规定要求,按规则和依托文件进行赋值。同时,利用平台进行数据处理的过程中,运用要素名称、属性字段对应等方法,也可以准确地进行项目数据检索、统计和展示(见图5)。

5 结论与展望

高速公路项目全过程管理包含的信息量和数据量极大,其基础信息要素的分类是一项较为复杂且庞大的工程。在工程数字化日益发展的今天,需要建立一套完整的、统一的数据定义基础标准,从而降低工程数据应用中的重复沟通,促进项目建设过程数据传递和应用。本文基于已有项目基础编写高速公路信息要素数据字典,对公路基础要素分类尚有不全,在后期工作中应补尽补。