第4卷 第1期2004年3月交通运输工程学报Journal of Traffic and Transportation EngineeringVol 14 No 11Mar.2004收稿日期:2003-04-10作者简介:暨育雄(1978-),男,福建松溪人,同济大学硕士研究生,从事路面管理系统研究.文章编号:1671-1637(2004)01-0070-05基于GIS 的机场道面管理系统暨育雄1,阚胜男1,孙立军1,金德雄2,胡稚鸿2,张剑峰2,刘 新2(11同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海 200092;21浦东国际机场,上海 201202)摘 要:总结国内外建立机场道面管理系统的先进经验,根据机场道面管理和GIS 的特点,构建了机场道面管理系统的基本结构和机场的分区管理模式,研究了建立机场道面的空间数据库和属性数据库的方法及其管理方法,介绍了系统关于GIS 的主要功能。
实践证明该方法符合实际,对建立基于GIS 的机场道面管理系统是可行的。
关键词:机场;道面管理系统;地理信息系统;系统结构;空间数据库;属性数据库中图分类号:V351 文献标识码:AAirport pavement management system based on GISJI Yu -x iong 1,KAN Sheng -nan 1,SUN L-i jun 1,JIN De -xiong 2,H U Zh-i hong 2,ZHANG Jian -feng 2,LIU Xin2(11Key L aboratory o f Road and T r affic Engineering of M inistry of Education,T ongji U niversity,Shang hai 200092,China;21Pudong International A irpo rt,Shanghai 201202,China)Abstract:T his paper sum marized the advanced experience of building airport pavement management system.According to the characters of the airport pavement management and GIS,the basic structure of system and the division management mode of airport pavement w ere presented,the buildingmethods for space manag ing database and attribute database w ere put forward.The m ain functions of GIS in this system were introduced.The results show that the methods are feasible for building airport pavement management system using geographic information system.2tabs,6figs,7refs.Key words:airport;pavement management system;geographic inform ation system;system structure;space database;attribute databaseAuthor resume:JI Yu -xiong (1978-),male,graduate student,86-21-65980561,jiyux iong@hotm .0 引 言机场道面管理系统的研究起源于20世纪70年代的美国,到20世纪90年代初,美国、加拿大和英国等国家已经建立起较为完善的机场道面评价体系[1]。
国内机场在机场道面评价体系和管理系统方面的研究才刚刚开始,有些机场虽然对跑道也进行了一些调查评价,但是对调查的资料却没有很好地保存,资料也缺少连续性和规范性,因此国内对于机场道面的管理,依然处于依靠工程经验的基础上。
传统的机场管理系统大多数只是数据库管理系统,缺乏可视性和直观性,这使得管理系统的功能大大打折扣。
随着计算机技术的日新月异,管理者开始把目光投向一种与管理系统几乎同步发展起来的新技术)))地理信息系统[2]。
地理信息系统[3](GIS)是以地理空间资源为基础,在计算机软硬件支持下,对空间相关资料进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示,并采用地理模型方法,适时提供多种空间和动态地理信息,为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。
浦东国际机场道面管理系统(简称为PDAIMS)是国内第一个研发成功并正式投入使用的机场道面管理系统,管理对象为浦东国际机场跑道和联络道。
与国外的道面管理系统相比(国外的基于GIS 的道面管理系统一般都是把管理系统与GIS 分开,GIS 只是显示管理系统的数据或评价结果),PDAIM S 是一个完全基于GIS 平台的道面管理系统,在秉承传统管理系统理论的基础上,结合当前新兴的地理信息系统的特点和优势,成功地将地理信息系统引入到管理系统中,打破了传统管理系统中单纯的数据库加表格资料的文本模式,使管理系统展现出图文并茂的新景象。
1 系统的基本构型地理信息系统既有大量的空间数据,又有大量的非空间数据(即属性数据),并且空间数据和属性数据具有不可分割的联系,对于数据的组织和管理,存在多种选择。
本系统用关系型数据库管理系统管理属性数据,用专门的软件(MapObjects 控件)管理空间数据,用户即可和2个数据库分别打交道,也可通过某种途径同时访问2个数据库。
这也是目前地理信息系统通常采用的数据管理方法[3],其管理模式见图1。
图1 PDAIM S 系统管理模式Fi g.1 M anagement mode of PDAIM S经过对国外APMS 系统开发和使用现状的调研和研究,针对浦东国际机场的实际情况和需求水平,建立和运行道面管理系统将包括以下5个方面。
111 数据采集这个阶段的主要任务是收集道面的各种资料信息,将道面的结构记录、一些设计记录以及以前的调查资料输入到系统中。
这是一个很耗时间的过程,而且还取决于现有资料的数量和质量。
112 建立数据模型在这个阶段中,将根据系统需要收集的各种资料,提出适用于浦东国际机场的数据管理模型。
在这基础上可以将数据分为4个层次。
Ñ层是静态数据与历史数据,对于结构状况等静态数据,道面管理只维护其存储。
Ò层是基于GIS 的道面管理的基础,在GIS 平台上维护空间数据库,完成与性能数据等的联结。
Ó层是进行道面管理需要定期采集和更新的使用性能数据,即动态数据。
Ô层是对各类性能数据采集时需要进行的标定和转换的专家知识,一般是将该层次的数据记作专家知识,以利于更新与维护。
113 道面现有状况评价在这一阶段,将进行道面状况的调查与其他与道面状况相关的测试。
一般来说,在国外建立的系统中多只进行PCI 状况的调查,在需要的情况下,也进行道面的结构测试。
在浦东国际机场道面管理系统中,评价的不仅仅是道面目前的损坏状况,还包括评价道面的平整度,抗滑性能,结构强度以及纵横坡的评价。
114 道面状况预测[4]这个阶段,通过使用性能预测曲线计算当前的道面状况,预测将来的道面状况。
由于浦东机场是新建机场,各种调查数据的积累时间不长,还难以做出符合浦东机场实际状况的预测曲线。
但是系统给出了道面状况衰变曲线的方程形式,并且根据经验初定了方程的各项系数,今后可以通过积累的大量数据回归出模型的各项系数。
115 制定养护计划与预估维修费用根据机场的损坏状况、养护过程和政策,来决定养护工作计划,确定最大的费用-效益养护方案。
在浦东国际机场道面管理系统中,将根据计算得到的PCI 值,结合道面其他指标评价结果制定养护对策。
2 空间数据库PDAIMS 重点使用美国ESRI 公司开发的Ac -tive X 插件)))M apObjects 2.0作为VB 中驱动地理信息资料的控件,在Arc/Info 数据模型中,点、线、面、标注是GIS 处理空间问题的4个基本要素,任何复杂的系统均可由这4个要素复合而成。
而且,在Arc/Info 数据模型中,必须把点、线、面和标注等对象分别保存[5]。
GIS 中的各种地理特征的数据集是用层的关系来表达的,可根据使用方便来组成层,或根据数据代表的专题性质来组成层。
按层组织的数据,有利于71第1期 暨育雄,等:基于GIS 的机场道面管理系统查询、数据更新、数据分析和保证数据的安全性。
针对机场道面管理系统的评价要求,机场道面对象可以分为以下几个图层(表1)。
表1图层拓扑类型Tab.1Topology of map layers图层名称拓扑类型图层名称拓扑类型道面板块面实体平整度测线线实体FW D测点点实体抗滑测线线实体高程测点点实体背景图线实体空间数据库的建立采用数据直接交换模式AutoCAD文件Arcview SHAPE文件211机场道面的划分为了便于管理,需要对机场道面进行分区处理[6],其最小的管理单元是每一个水泥混凝土板块,最大的管理单元就是整个机场道面。
分区要有相同的修建年份、结构、使用功能和相关的状况。
根据浦东机场道面的结构情况,将机场跑道(60m@ 4000m)分为5个大区,每800m为一个区域;在横向每个区域再细分为4个子区(15m@800m);对于联络道,由于每条联络道都比较短,所以每条联络道就作为一个区,不再细分子区;根据PCI评价的需要,也为了便于现场调查,还需再进行细分,所以,以15块连续的板作为一个检查单元。
划分检查单元的原则为:¹道面类型相同;º结构组合相同;»修建时期相同(或相近);¼土基类型基本相同;½位于同一功能区域,且交通等级相同(或相近)。
212绘制机场道面地图首先,利用机场已有的1÷1000的CAD平面图,在AutoCAD上建立不同的图层,分别绘制跑道板块和联络道板块,以及平整度测线、抗滑测线和FWD测点、高程测点。
因为机场板块为水泥混凝土板块,所以道面板块图层采用多边形(polygon)空间数据元;而且机场道面板块大多数尺寸相同,跑道又是一个规则的长方形,因此,在AutoCAD画图时可以采用array的命令。
建立空间面域的数据库,需要采用polyline或polygon绘图命令使图形完全闭合;而且AutoCAD 可以/记住0绘制的次序,可以利用绘制板块的顺序在空间数据库中快速输入板块的编号。