公路资产三维数字化管理系统设计与实现
时间：2023-06-05 10:55:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
张 浩
(江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013)
公路资产包括公路用地、公路及构筑物、构成公路正常使用不可缺少组成部分的交通工程及沿线设施等资产，由公路资产构成的公路网络是国民经济及社会发展的重要保障。但目前公路资产管理数字化、信息化程度不高，大部分管理手段仍然停留在依托二维数据、资料报表的程度上。随着现代三维实景、智慧管理技术的不断提升，二维数据已经不能满足模拟公路资产地上地下立体形态的需求，公路工程档案资料也容易造成管理滞后或管理混乱等问题[1-2]。文章基于数字化场景构建公路资产三维模型，分析公路资产管理需求并搭建公路资产管理系统，为公路资产的数字化管理提供一些参考。
以实景三维场景模拟公路及沿线资产的真实现状，关联三维模型构件与公路资产管理信息、监测信息，在此基础上搭建公路资产智慧管理系统，完成公路资产展示、空间分析、信息查询、综合统计等功能，实现公路资产三维可视化、精细化、智慧化管理。总体框架主要包括数据层、服务层、应用层，如图1所示。
图1 总体框架
1.1 数据层
数据层为支撑系统运行接入所有数据并配置管理，负责搭建公路及构筑物、沿线设施及周边环境三维场景，以保障数据存储、同步、负载管理和备份等，主要由地理信息数据、三维模型数据、公路资产管理数据、实时监测数据以及数据管理构成。
1.2 服务层
服务层将GIS数据、公路资产数据、监测数据等进行深度整合，面向用户直接提供地图服务和业务管理服务，包括二三维数据服务、空间分析服务、公路资产查询服务、公路资产统计服务等[3]。
1.3 应用层
应用层是在数据层和服务层的基础上，通过交互友好的界面为用户搭建公路资产智慧管理系统，提供公路三维场景可视化、二三维空间分析、公路资产信息查询、公路资产综合统计等业务应用。
构建公路资产三维模型主要通过3种方式：利用无人机倾斜影像生产三维模型、通过车载激光点云数据构建三维模型、依据图纸资料/CAD数据/采集数据生产BIM模型。结合不同公路资产特点选择适用的建模方式，针对上述倾斜摄影模型、点云模型、BIM模型进行整合，实现公路及沿线环境的高精度、全要素三维场景模拟。公路资产三维模型整合成果要求如下。
(1)整体要求：模型纹理色调一致、均匀、无镶嵌痕迹，保障整体建模效果优良。不允许存在孤立、细碎的3D悬浮物，对提供的影像数据或点云数据中涉及如人脸、汽车牌号等隐私信息或保密信息进行模糊化处理。
(2)公路及构筑物：不能出现悬浮、凹陷的情况，不能有明显变形、不平整、与实际不符的情况；
路基、路面根据需求按路段划分，桥涵、隧道、渡口构建外观轮廓并做单体化处理。
(3)公路交通工程及沿线设施：交通标志、交通标线、护栏等交通安全设施及建筑物不能出现悬浮、凹陷的情况，不能有明显变形、不平整、与实际不符的情况。
将公路资产三维模型进行入库管理，在完成模型数据检查、整合、发布与共享等工作后，建立涵盖路线、路基、路面、桥涵、隧道、公路渡口、交通安全设施、管理设施、服务设施、绿化环保设施等不同资产类别的全要素三维模型数据库，为实现所有公路资产管理系统做好数据准备。
通过基于GIS+BIM的三维数字化公路资产动态管理系统，能够实时全面地掌握公路资产的整体情况。系统将公路沿线实景模型与资产单体数据融入3D-GIS建立的地理环境中，形成局部设施与宏观环境的融合展示，以“高精三维底图+多类型三维模型+管理信息”的全数字可视化模式，促进公路资产全生命周期的信息化、精细化管理，提高管理效率。
3.1 公路资产三维可视化
在三维场景中任意点击单体化模型查看公路资产详细信息功能，支持无缝切换。根据公路路线、路段/桥/隧道/涵洞/交通安全设施等划分标准，建立公路资产树形结构分布列表，支持快速切换到指定资产的视点浏览，并查看公路三维模型与资产管理信息，如图2所示。
图2 公路资产三维可视化
用户不仅可以直观浏览公路路线的整体情况，也可以利用单体化模型展示路基、路面、桥涵、隧道、交通安全设施、管理设施、服务设施及绿化环保设施等局部信息，还能够进一步将二三维数据与监控视频数据关联，联动显示路面交通的实时监控视频数据。
3.2 公路资产信息查询
系统提供在线查询检索功能。支持关键字搜索公路资产基础设施相关信息，查询结果提供视点列表，方便用户对目标资产进行精准定位。通过搜索获取并在三维场景中直观展示公路资产的基本信息、财务信息、使用信息，包括资产名称、资产分类、公路编码、公路技术等级、资产原值(元)、资产净值(元)、使用状况、管理部门、管护单位等[4-5]。
系统提供按公路资产类别查询，提供路线、路段、桥梁、涵洞、隧道、渡口、交通安全设施、管理设施、服务设施、绿化环保设施等不同资产类型搜索功能，使得查询结果范围缩小化，方便用户快速搜索特定类别的目标资产(见图3)。
图3 公路资产信息查询
3.3 公路资产综合统计
以覆盖整个公路网的“时间-空间”管理数据为基础，用柱状图等形式分类、分等级统计公路路线、路段、各类构筑物及沿线基础设施的数量、长度、资产原值、资产净值等信息，如图4所示。
图4 公路资产统计
集成公路路面、桥梁、隧道及基础设施等各类公路资产的基本信息、财务信息、使用信息，以表格形式汇总全部公路资产的相关管理信息，形成公路公共基础设施资产台账。
公路资产管理工作包括很多，后续可扩展的功能模块有公路资产清查与更新、路段交通三维仿真模拟、公路日常养护管理等。
4.1 公路资产清查与更新
基于公路资产三维模型，摸清本地区存量公路的实物量明细、价值量明细等情况，生成并存档每年的公路公共基础设施资产清查盘点表。
公路资产因国家政策原因、改扩建、划转、报废报损、价值变化等发生信息变更时，将新建、改建或扩建道路、构筑物及沿线设施等的三维模型、管理信息与现有场景进行匹配、替换、修补、融合等一系列工作后，建立公路资产全生命周期的动态信息管理机制。
4.2 路段交通三维仿真模拟
基于高精度三维虚拟空间与公路现场实景的高度匹配，集成外部视频监控系统的交通流数据，实现路段车辆流量、速度、密度等交通仿真模拟。该功能用于预测路段承受的最大交通量以及节假日等高峰时段的交通拥堵情况，为公路管理决策、交通趋势分析、公路路段仿真推演等提供可靠的技术支撑。
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