基于三维GIS地图公路资产养护数据展示平台设计研究

李宇轩

摘要 文章首先阐述了三维GIS的特点，然后结合工程实例，具体分析了基于三维GIS技术的公路资产养护数据展示平台主要功能架构设计与实现方法，最后对该平台的应用前景进行了展望。平台通过引入三维模型集成多源数据，全方位、多维度展示公路基础设施的运营状态，提升公路养护数据的可访问性和查询效率，为养护数据分析及决策提供支持，从而进一步提高公路资产管理的智能化和数字化水平。

关键词 GIS技术；公路资产；公路养护；三维模型；养护数字化；数字孪生技术

中图分类号 U418文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0013-03

0 引言

目前，公路養护管理存在数据孤岛和信息展示不统一的问题，现有的系统通常只针对特定项目进行开发，缺乏集中、直观的平台统一展示和分析养护数据。随着数字化和智能化技术的发展，三维GIS地图公路资产养护数据展示平台的设计变得尤为重要，不仅能整合不同来源的养护数据，还能通过先进的三维可视化技术提供更加直观、清晰的数据展示，从而帮助管理者更有效地进行决策和管理[1]。此外，这种集成了数字孪生技术的平台还能提高养护数据的利用效率，优化公路资产管理流程，同时，对公路基础设施的维护和管理提供强有力的技术支持。

1 三维GIS的特点

三维GIS在二维GIS的基础上，增加了对地球表面的第三维度，即高度或深度。相比于二维GIS，三维GIS能够更好地分析和处理地理空间数据，使用准确的三维地理模型可以帮助使用者更好地理解地理空间数据，进行可视化分析。三维GIS在数据处理和分析中具有以下特点：

1.1 多维度信息展示

采用三维GIS技术，可以清晰地显示公路的地形、地貌，同时，三维GIS地图能够展示公路的多个维度信息，包括公路的位置、走向、宽度、高度、坡度、曲度等，使得使用者可以更全面地了解公路的情况[2]。

1.2 空间关系模拟

利用三维GIS技术，可以对公路周围的地形、地貌、江河等进行模拟，以帮助使用者更好地了解和评估公路建设和运营情况。

1.3 多维度空间分析

三维GIS还具有强大的多维度空间分析功能。这是其特有的功能，能够对空间对象进行三维空间分析和操作[3]。

1.4 良好的扩展和更新性

三维GIS地图具有良好的扩展和更新性能，可与各类系统进行集成，例如养护管理系统、交通管理系统、健康监测系统、应急指挥系统等，以实现数据的共享和交换。同时，实时更新数据便于使用者及时了解最新的信息。

2 三维GIS地图公路资产养护数据展示平台构架与实现

2.1 工程概况

固原地区高速养护项目部管养高速公路共5条，管养总里程456.543 km，其中，主线里程406.436 km，匝道及连接线总里程为50.107 km。桥梁673座，其中，特大桥4座、大桥192座、中桥176座、小桥301座。隧道共计14座，其中，特长隧道1座、长隧道3座、中隧道6座、短隧道4座。全线桥隧比为24.7%。

该养护项目部已建立多套养护相关系统，但缺乏养护大数据统计展示平台，当前需整合并充分利用各系统业务数据，汇聚数据感知、采集、分析、决策等关键信息，并充分结合三维模型等数字孪生融合技术，建立公路养护数据展示平台的生态圈。鉴于此，为了提升项目部养护数字化水平及管理效率，需研究设计基于养护大数据驱动的三维GIS地图公路资产养护数据展示平台，通过该平台实现养护数据资源整合，解决信息孤岛问题，提升养护管理及公路运营效率。

2.2 平台模块组成

在三维GIS地图公路资产养护数据展示平台的构架中，核心部分包括数据采集模块、数据处理模块和数据展示模块，这三个模块相互协作，共同实现平台的功能。

2.2.1 数据采集模块

数据采集模块的主要功能是从多样化的数据源中收集关于公路资产及养护的相关信息，包括但不限于公路状况监测系统、交通流量监控设备、结构安全监测设备等站点，提供道路病害状况、交通量状况、结构安全状况等对道路有影响的关键信息，为道路养护提供了坚实的数据支撑。

2.2.2 数据处理模块

数据处理模块需对收集到的原始数据进行一系列复杂的处理过程。首先，进行数据清洗，识别并纠正数据集中的错误和不一致性，如去除重复记录、校正错误数据和填补缺失值等。然后，将数据根据类型或属性进行分组，以便于后续处理。最后，通过机器学习算法、数据挖掘技术和复杂的统计方法等数据分析工具进行深入分析。通过数据处理模块处理好的数据更规范、有序，便于统计和展示。

2.2.3 数据展示模块

数据展示模块利用三维GIS技术将处理后的数据转换成直观且易于理解的“视觉格式”，包括三维地图、交互式图表和模拟场景等。三维地图提供了地理特征的真实展示，帮助用户更直观了解公路资产的空间分布情况；交互式图表，如柱状图、饼图、折线图和散点图，允许用户通过交互操作深入了解数据细节；模拟场景则能够展现不同公路养护策略的潜在影响。此模块的设计重点是使用户能够直观、快速识别不同等级的公路技术状况区域，进行深入的数据分析，并支持基于大数据的养护决策制定，有效提升了辅助决策的质量和速度[4]。

2.3 平台主要功能实现

三维GIS地图公路资产养护数据展示平台，主要是统计和展示公路主要资产及养护业务相关信息。平台针对公路基础设施的特点，综合BIM、三维GIS、三维模型等技术，研究公路图像三维建模及模型融合技术。即在二维平面GIS地图的基础上通过一定技术手段融合、叠加三维模型。

平台主要包括主题首页及养护业务功能，主题首页主要展示公路资产数据宏观信息，包括路线、桥梁、隧道、边坡地图点位及各类统计图表，同时，可根据搜索条件检索相关信息。业务功能主要包括基础数据、养护巡查、技术状况、养护决策、养护维修、应急事件等业务功能数据的地图可视化展示。

为了将各类公路设施及养护数据直观、清晰、多维度展示，平台采用了多样化的数据展示方式，包括GIS地图、柱形图、折线图、饼图、矩阵图、数据列表等。另外，平台创新性地在GIS地图的基础上通过一定技术手段融合、叠加、轻量处理倾斜摄影三维模型，形成高精度的三维GIS实景地图，能反映地物周边真实情况，还原基础设施表面纹理，实现公路设施病害清晰可见。

2.3.1 主题首页

主要展示整个公路资产的重要信息，同时，展示道路、橋梁、隧道、边坡地图点位及统计图表，如图1所示。建立统一的数据展示标准的“智慧驾驶舱”，以统计图表的形式生动、直观地展示各类信息，解决系统间信息不流通、数据杂乱等问题。

2.3.2 基础数据

展示路线及桥梁、隧道、边坡、收费站、服务区地图点位信息，同时，可查询上述公路资产的详细数据。以“养护一张图”形式展示公路基础设施主要资产的点位及详细信息，资产分布情况一目了然，实现公路基础设施地图可视化显示。

2.3.3 养护巡查

展示人工巡查、车载视频巡查、无人机巡查记录及对应的轨迹信息，同时，可查询上述巡查记录所关联的病害信息，如图2所示。直观展示巡查路线、巡查状态及关联病害等信息，轨迹数据可视化存储便于巡查责任划分和出勤考核。

2.3.4 技术状况

通过多种方式展示公路路面、桥梁、隧道的定期检查评价结果信息，同时，可查询上述设施各单元、部件或构件详细评价结果信息，如图3所示。地图上直观展示不同技术状况等级的评定单元，颜色区分，技术状况评价结果一目了然，解决大量数据显示杂乱问题。

2.3.5 养护决策

直观展示路面、桥梁、隧道养护决策路段或位置信息，同时，可查询上述设施各决策路段、部件或构件详细决策信息，如养护类型、养护措施、维修费用等。地图上直观展示不同养护类型的决策路段及详细信息，颜色区分。养护路段位置及养护类型一目了然。

2.3.6 养护维修

展示公路设施上病害点位及详细信息，同时，可展示公路施工区域位置及关联的病害信息。地图上可直观展示待维修、维修中、已维修状态的病害信息，便于养护管理部门了解所管辖路段病害分布情况、维修状态及施工区域位置。

2.3.7 应急事件

展示公路设施上应急事件点位信息，同时，可查询应急事件处理状态及其他详细信息。地图上直观展示待处理及已处理状态的事件信息，便于安全管理部门了解所管辖路段应急事件分布情况及处理状态。

2.3.8 工具应用

主要包括地图管理、图层管理、结构BIM模型、倾斜摄影三维模型显示、测量工具。方便用户根据不同使用场景需求，选择不同工具辅助进行平台地图查询、浏览、测算等操作。

3 应用展望

三维GIS地图公路资产养护数据展示平台，更适用于网级公路养护管理单位人员应用，如管辖多条路线的交通局、公路局、城养中心、运营公司及养护公司等。通过建设基于“大数据+智能化”的三维GIS地图公路资产养护数据展示平台，制定基于国家规范及行业标准的平台数据融合机制，汇聚公路基础设施各类养护数据，以统计图表、三维实景地图等多种直观方式进行数据展示，提高养护大数据查询效率及利用价值，便于管理者及时作出精准的运营决策，增加公路使用寿命，减少运营资金投入。另外，通过平台汇聚信息展示功能，可全方位了解整个公路设施的运营状态，提高应急事件及灾害事件的预警反应速度，合理分配有限的应急资源，加快事件事故处理速度，缓解拥堵状况，提高行车人员出行质量，减少事故发生率，提高公路设施的安全管理和运营水平。

4 结语

该文主要探讨了三维GIS地图公路资产养护数据展示平台的设计与实现。首先阐述了平台的整体设计及功能特点，然后详细介绍了平台数据采集、数据处理和数据展示三大核心模块，强调了每个模块在整个平台中发挥的重要作用，最后对平台主要的功能设计进行了相关描述，同时，对该平台后续应用前景进行了深入展望。综上所述，通过研发基于高精度三维GIS地图的公路资产养护数据展示平台，可实现公路养护大数据资源的全面整合与多维度展示，这不仅有助于消除信息孤岛问题，而且能够为用户提供更深入的数据挖掘价值，从而为公路资产的数字化管理和智慧养护提供强有力的支持。

参考文献

[1]陈海荣. 基于GIS技术高速公路养护数据平台的开发与应用[J]. 交通世界， 2021（12）： 129-130.

[2]丁美. 面向不同管理需求的交通基础设施养护数据平台建设[J]. 公路交通技术， 2020（2）： 138-144.

[3]陈彤， 张小兵， 刘春晖， 等. 大数据管理平台在公路养护管理中的应用[J]. 运输经理世界， 2023（18）： 129-131.

[4]张成帅. 高速公路路面养护大数据分析平台设计[J]. 交通世界， 2020（11）： 83-84.