动态分段技术在道路养护信息系统中的应用研究

摘 要：道路的养护成为道路管理中的重要工作。作为道路养护管理未来发展的方向，动态分段的思想为相对定位、分段的线性特征以及相关的操作提供了重要的理论基础，可以提高道路管理的效率，降低管理的复杂度。

关键词：动态分段技术；道路养护管理；应用

中图分类号：U418文献标识码： A

道路作为现展的重要标志，以其快捷、高效、安全、舒适及巨大的社会经济效益，成为经济社会的支柱。近几年来，道路的建设迅速增长，使得道路养护的能力与水平都受到交通主管部门、道路运营与管理等部门的高度重视，也迫切需要许多的新的理论和技术作为支撑来建设、规划道路网，并利用现代技术实现各种辅助决策与统计分析。将动态分段技术应用于道路养护中，可以降低数据冗余，大大提高管理的效率。

线性参考与动态分段技术

1.1 线性参考

线性参考是一种利用沿着可测量的线要素的相对方位来存储地理位置的方法。

1.2线性参考的优势

线性参考技术的优势主要体现在两个方面：

1) 很多事件是通过沿着(曲)线的相对位置来记录的；

2) 要显示一条线上的多个属性集合时，由于各个属性在(曲)线上所对应的位置不同，同一数据源如果不做处理，很难达到要求。

如果不使用线性参考技术，那么需要4个公路图层，每个图层的公路根据属性分成长短不同的段落，才能够将这些属性展示出来；但是用了线性参考技术后，只需要一个公路数据(Feature数量不限)，和四个事件表即可在不改变实际公路数据的情况下，按要求显示上述四种属性。

1.3动态分段技术

动态分段的思想解决了传统的GIS在处理线性特征时所遇到的问题，是一种新的线性特征的动态分析、显示和绘图技术，可以极大地增强线性特征的处理功能。 动态分段技术是指在不改变要素位置描述(地理坐标)的前提下，建立线性要素上任意河段与多重属性信息之间关联的一种技术。

动态分段属于线性参考采用的一种技术(一般称之为线性参考问题中的动态分段技术)，是根据属性表中存储的相对位置信息，以及相应的线性数据，动态计算出线性数据上相对地理位置所对应的实际地理坐标的过程。动态分段正是因为表达不同属性时，不用去分割实际的地理数据，而是动态计算出该属性对应的地理位置而得名。

动态分段就是依据某种量测标准对线性特征进行相对位置划分的技术。所以称之为动态分段，是因为按照这种方法对于同一个线性特征，可以根据不同的量测标准得到不同的相对位置划分方案。划分得到的相对位置信息存贮在线形要素的某个数据字段中，用它可以确定线性特征上的不同分段。路径系统是建立在动态分段技术之上的表达线性特征集合的空间数据模型系统。动态分段和路径系统是一类特殊的线性特征。

2道路养护

2.1传统道路养护模式

现有的GIS平台系统中，在空间数据库的数据结构上都是将地理要素分层，以结点、弧段、多边形为几何目标，建立每一层几何目标之间的空间拓扑关系。传统道路养护模式多数采用“弧段——结点”(arc-node)的数据模型。该模型由一组弧段组成，而弧段又由构成线性特征的一组有序坐标对组成，其中弧段的两个结点成为结点。与线性特征相关的属性信息存储在与弧段相关联的属性表(AAT)中。

“弧段——结点”模型可以较好地描述静态线性特征，但由于现实世界的复杂性和动态性，该数据模型在实际操作中就存在如下明显的缺陷：

1) 要素一属性的一对多关系。一对多关系是指线性要素在同一位置包含多种属性信息。在弧段一结点模型中，一条弧段只与属性表中的一条记录对应。如果每种属性都以一个字段记录，为了表达这种一对多关系，可能需要很多个字段，那么某些字段在很多记录上都是空的，将产生严重的数据冗余；

2) 分段属性。分段属性是指线性地物的某一部分(段)或某几部分具有不同的属性值。如图，一条道路用一条弧段表示，在该道路(弧段)上的不同部分路面质量不完全相同。在“弧段——结点”模型中，必须在属性变化处打断弧段，形成一系列新的小弧段，与每个变化的属性相对应。这样做必然增加了数据冗余，导致整个线性系统变得难以管理和更新，降低了处理效率，而且在属性段有重叠的情况下，将会更加复杂；

3) 结点概念的不匹配。在“弧段——结点”数据模型中，结点必须是多边形的顶点或弧段的起始、终止结点，而现实世界中的结点往往是与几何特征无关的位置点，如车站、开关、阀门等。如图，公交站点不是正好落在道路的交叉口。这样，当用“弧段——结点”数据模型存贮此类信息时，必须通过引入伪结点的方式将弧段断开；

4) 线性定位。传统的“弧段——结点”数据模型是采用一个2维的坐标对表示某个特定点的位置，但线性特征通常是采用线性系统的相对定位方法，即采用与某个参考点的相对距离来定位。从以上分析可以看出，静态的“弧段——结点”模型无法表达复杂、动态的线性特征。为了有效地解决具有多重属性地理要素的表达问题，动态分段的思想产生了。

从以上分析可以看出，静态的“弧段——结点”模型无法表达复杂、动态的线性特征。为了有效地解决具有多重属性地理要素的表达问题，动态分段的思想产生了。

2.1基于动态分段技术的道路养护模式

动态分段在道路养护中的功能是将道路网络中的连线按特征分段，分段是动态进行的，与当前连线属性相对应。如果属性改变，则需要更新分段。采用动态分段技术不需要事先分解道路，在面向对象的系统程序设计时，系统开发环境视道路为一系列空间实体集，通过道路里程建立位置信息与属性信息问的相互关联，可以方便地实现各种数据的存储、管理和分析。在进行程序设计时，根据查询条件生成新的点状或线状空同对象，通过内部顺序号和用户标识码相关联，进行匹配显示。

道路GIS中的空间与属性数据匹配的动态分段算法主要流程：程序首先读取属性库中所有以里程为参照的记录，然后通过属性表中的路径用户标识找到其对应的空间实体对象；载入事件信息，形成事件执行模块；根据特征点的里程和坐标值找到并显示点状要素所在位置，实现点状要素查询；通过计算里程和坐标，内插显示标识点间的路段，实现线状要素查询；最后再对生成的新的点状或线状对象，进行动态分段结果分析。

2.3道路养护的动态分段技术的优势

将动态分段技术应用与道路养护中，具有如下优势：

1) 无需重复数字化就可进行多个属性集的动态显示和分析，减少了数据冗余；

2) 不需要按属性集对线性要素进行真正的分段，只是在需要分析、查询时，动态地完成各种属性数据集的分段显示；

3) 所有属性数据集都建立在同一线性要素位置描述的基础上，即属性数据组织独立于线状要素位置描述，因此易于数据更新和维护；

4) 可进行多个属性数据集的综合查询和分析。

3 结论

本论文中探讨了线性参考系统和动态分段技术的理论，笔者已通过开发道路养护系统的实现证明了动态分段技术在管理线性要素可行性和优越性。有了线性参考作为基础，再利用动态分段技术，在查询、显示和分析过程中直接依据事件属性表中的距离值对线状要素进行动态逻辑分段，不必随每个属性集的分段不同来修改对应的二维空间中的坐标数据。道路养护系统可实现了道路养护信息的数字化,并提供信息查询、显示和地图操作等功能。道路养护信息系统降低了道路养护数据量，减少数据冗余，大大提高管理的效率。

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作者简介：史晓峰（1973-），男，高级工程师，从事水库、河道勘测设计与管理工作。