随着移动互联网、卫星遥感、物联网、大数据等信息技术的成熟及普及应用，公路养护信息系统承担着数据收集、分析以及管理等方面的重要工程，GIS移动引擎技术的有效运用可提升整个公路养护智能化管理平台的可视化与精确化水平，能够为公路养护管理以及科学决策发挥积极的作用。 我国公路路网经过几十年的的发展，基础建设取得长足进步。截止2019年底，全国公路总里程501.25万km，全国路网建设基本完成，公路养护里程逐年增加，养护任务量将进一步增大；随着公众出行频次增加、路况要求提高，公路养护质量要求进一步提高；随着各级单位提倡追求效率、提高竞争力，公路管理工作效率要求将进一步提高。
随着移动互联网、卫星遥感、物联网、大数据等信息技术的成熟及普及应用，公路养护信息系统承担着数据收集、分析以及管理等方面的重要工程，GIS移动引擎技术的有效运用可提升整个公路养护智能化管理平台的可视化与精确化水平，能够为公路养护管理以及科学决策发挥积极的作用。
我国公路路网经过几十年的的发展，基础建设取得长足进步。截止2019年底，全国公路总里程501.25万km，全国路网建设基本完成，公路养护里程逐年增加，养护任务量将进一步增大；随着公众出行频次增加、路况要求提高，公路养护质量要求进一步提高；随着各级单位提倡追求效率、提高竞争力，公路管理工作效率要求将进一步提高。
现阶段，为实现公路养护的高效管理，保障公路养护质量的提升，从业人员加强了对GIS技术的运用。该项技术能够进一步完善公路养护体系，打破传统养护管理模式低效的管理弊端。
01
GIS技术在公路养护的可行性
1.1 公路养护体系提供技术支持
GIS技术的合理化运用，能够实现对于各类空间数据资源的分析以及管理。由于我国的道路资源众多，传统的公路养护作业中多采用图文形式资源，数据缺乏统一管理，导致养护效率以及质量低下。
而GIS技术可对公路路网、路产、路况等公路相关要素的空间信息与属性信息进行综合分析与管理，通过图形、动画、标志等多种方式在地图上直观展现业务功能，进而推动公路养护业务的高效、合理的开展。
1.2 公路数据与GIS数据融合
在实际的公路养护作业中，技术人员需要对公路位置、破损程度、周边环境等信息进行了解和采集，数据的采集及上报现阶段能充分利用移动终端的技术手段与GIS数据融合，从而及时进行相关业务的开展、有效对采集数据进行汇总分析、快速直观形成管理决策机制，提升管理机能。
02
基于GIS的公路养护系统关键技术
科学技术的进步以及运用，促使GIS技术在社会生产实践中的运用日趋成熟，并在我国的公路养护作用中逐步发挥重要作用。关于构建以GIS技术为核心的公路养护，需要管理人员在实际的构建过程中加强对于相关技术的使用，并着重加强下述的几个方面。
2.1 GIS信息模型驱动系统的研发与应用
在相关部门构建以地理信息（GIS）技术为核心的公路养护系统的过程中，需要强化对于驱动系统的研发，并由此建立养护信息的模型。目前，技术人员依托GIS技术逐步构建起公路养护巡查体系。
该体系在运用的过程中能够实现对于公路养护结果的设计分析以及标准化测试，并最终将各类图形数据输出为规整文档，促进养护管理作业的推进，见图1。
图 1 G IS移动引擎 工作体系
在进行信息模型驱动系统构建的过程中，需要相关人员在实际的操作环节遵循下述几个步骤：（1）加强系统初始化建设；（2）构建数据分析系统；（3）提高系统使用周期。为了提高系统的建构效率，在实际构造过程中，可以采用Rational工具。
2.2 基于数据库的GIS空间数据管理技术
目前，GIS技术在实际的发展过程中主要依托关系数据库的建立来推动，并以此为基础实现对空间数据的科学化管理，并最终带动大量数据的存储和共享。在构建以GIS为核心的公路养护信息系统的过程中，需要着重加强计算机技术的使用，对空间数据进行整合，取代文档形式的数据管理方式。
考虑实际公路行业管理中，对空间信息通常采用桩号进行记录，同时桩号信息往往随着时间而变化。故公路养护系统可通过线性参考技术同步管理与维护空间坐标与桩号数据的一致性，其整体技术路径见图2。
图 2 技术路径
由图2可以看出，在数据准备阶段，建立大地坐标系的公路线性要素，然后将线性要素转化为路径。在动态分段阶段，可以添加点事件和线事件，最后可以将处理结果在图层中进行显示。
（1）在此过程中其核心为构建路径要素。即明确每条测量的线段都具有 x、y 和 m（测量）值或 x、y、z 和 m 值。对于测量值未知的特定折点，其 m 值将记录为 NaN（不是数字），见图3（a）。
（a） 路径要素1
简单线状要素用带有一条路径的线表示。复杂线状要素用带有多条路径的线表示,见图3（b）。
（b）路径要素2
图3 路径要素
虽然大多数应用中使用的测量值表现为沿线要素的起点距离增大而增大， 但测量值也可以表现为沿线要素的起点距离增大而任意增大、不变、减小。
公路线形均为单一路径的线，其路径上分布各级里程桩。通过采集沿线里程桩点与公路本身空间数据结合，即可形成公路路径要素。构建完整的公路路径要素后，可对空间数据与桩号数据互算，为后期应用提供数据基础。
（ 2） 结合 GIS 空间数据，采用激光扫描实现公路资产、附属设施三维空间信息采集，公路三维数据建模等， 见 图 4 所示，点云 数据 、高精度 影像等 融合移动 G IS 技术，在公路养护智能化管理、公路资产普查、公路路网及附属设施矢量化、公路改扩建等领域 有 广泛 的 应用。
（a） 点云数据
（b）高精度影像
图4 GIS空间数据
2.3 移动GIS技术在公路巡维领域的应用
利用移动端采集事件坐标数据，结合已构建的公路路径要素网络反算当前位置的里程桩号，即可获得养护业务中的空间信息与桩号信息，进而简化人工定位桩号过程，提高定位效率。此外，利用手机app多传感器集成的特点，将图片、视频、语音等上传，对公路的巡查过程发现的事件进行描述，完善事件内容，从而实现公路的巡查过程全生命周期记录，为道路养护提供实时、高效的数据采集方案，为后期制定完善的养护方案奠定基础，见图5。
图5 移动巡维流程
03
应用案例
3.1 框架设计
整合利用已有公路地理信息资源，结合GIS技术，将公路数据资源与时间、空间信息紧密结合，在信息底图上构建公路相关的基础图层、业务图层，整合形成一张领域数据动态更新、智能查询、多维展示的“公路一张图”，主要包含：路线概况、路基资产集、路面资产集、桥梁资产集、隧道资产集、涵洞资产集、交安设施资产集、绿化设施资产集、附属设施资产集、路面技术状况指标数据集等内容，基于移动GIS技术的养护管理系统整体框架见图6。
图6 系统框架结构
系统总体结构从下到上可以分为数据层、数据访问层、功能层、服务层和界面层。
（1）数据层是对GIS数据和业务数据进行存储管理，GIS数据包括GIS地图和图层数据，业务数据包括路网数据、资产数据、病害数据和养护数据等。
（2）数据访问层是对GIS数据和业务数据进行访问操作，主要是为功能层提供数据服务。
（3）功能层是提供界面使用服务的功能集合或应用集合。
（4）服务层是将应用功能集发布成服务，为界面层提供使用的服务。
（5）界面层是实现用户与系统的直观交互操作，把客户端从底层业务逻辑的变化中分离出来。
3.2项目应用
广西某沿海高速公路养护管理系统利用“大数据”管理理念，基于移动GIS技术搭建采集、管理、分析、监督、应用“五位一体”的智慧高速管理体系，实现了高速公路综合信息的可视、可测、可控、可调度、可追溯。
3.2.1 移动GIS公路大数据管理
该系统通过移动GIS客户端，利用高精度定位、移动GIS等技术，提供集巡查现场信息采集、现场数据管理、现场日常养护业务办理等为一体的信息化高速公路管养方式，实现高速公路动态、全面的巡查以及养护施工非现场监管等功能，达到提高养护综合管理效能的目的,沿海高速公路以路网管理为基础，实现路、桥、隧一体化管理以及资产数据的更新维护、共享交换、统计分析和综合展示，见图7。
（a）综合展示界面1
（b）综合展示界面2
图7 综合展示界面
3.2.2 GIS移动业务管理
基于GIS实现公路资产精确空间定位，图数互动查询与统计分析等功能，直观、全方位了解资产的空间位置、基本属性、病害状态、养护记录等信息；通过GIS+移动端的模式，对巡维人员工作状态进行实时掌控，对移动端上传的数据进行审核处理保证数据真实有效。提供巡查计划、巡查上报数据、巡查上报历史数据的查询、巡维人员工作量统计等功能，见图8。
图8巡查上报界面
04
结 语
本研究基于移动GIS技术，依托信息模型驱动系统应用，采用关系数据库对空间数据进行管理。通过建立公路养护管理系统实现对路网、路产、路况、人员等要素空间数据、属性数据的集中统一管理，可以更加直观的掌握路网分布、道路状况、人员位置及工作状态等信息，用于安排养护计划，制定养护方案。进而完成公路养护管理流程全周期记录，使管理流程的权责分明、运转顺畅、执行高效，达到提升养护管理效率和质量的目标。
