多年來，國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)將BIM技術(shù)及GIS技術(shù)引入到公路信息化管理，在公路建設(shè)、路政執(zhí)法和資產(chǎn)管理方面取得較好的效果。美國聯(lián)邦公路局將GPS、GIS及多媒體視頻等技術(shù)應(yīng)用到公路資產(chǎn)管理，可以迅速的定位查看損壞的公路資產(chǎn)視頻，保證了道路的安全性。新西蘭ＲOMDAS集成GPS和Video，用GPS中心線實(shí)現(xiàn)了可視化的公路管理。對(duì)比國外的BIM應(yīng)用，我國的BIM應(yīng)用則是剛起步，只有一些大型的地標(biāo)型建筑采用了BIM。目前的公路養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用一般采用傳統(tǒng)的二維地圖顯示方位信息，無法全面表示立面目標(biāo)之間準(zhǔn)確的相對(duì)關(guān)系，這樣就不能通過信息系統(tǒng)對(duì)立面設(shè)施進(jìn)行查詢、觀察和分析，嚴(yán)重影響了GIS技術(shù)在公路領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，在我們國內(nèi)的具體應(yīng)用中，由于公路系統(tǒng)內(nèi)包括運(yùn)營、路政、養(yǎng)護(hù)等多個(gè)部門，各個(gè)部門有各自的信息系統(tǒng)，彼此之間的數(shù)據(jù)也是由各自部門維護(hù)。因?yàn)椴捎貌煌臄?shù)據(jù)格式和交換格式，導(dǎo)致無法整合到統(tǒng)一的地理數(shù)據(jù)平臺(tái)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)挖掘，不能有效實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享，從而使得各個(gè)部門之間難以實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同，決策者難以通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)展示平臺(tái)及時(shí)全面地掌控整體的公路運(yùn)營狀態(tài)。

因此本文提出將BIM和GIS結(jié)合起來，利用移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供道路養(yǎng)護(hù)檢測所需要的數(shù)據(jù)，再通過利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)地理設(shè)計(jì)和BIM相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上建立基于BIM的交通設(shè)施資產(chǎn)及運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)。利用整合后的BIM模型信息，將公路資產(chǎn)管理與養(yǎng)護(hù)集成到三維可視化平臺(tái)，同時(shí)基于BIM模型，提出預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策模型，為公路資產(chǎn)管理、道路養(yǎng)護(hù)管理等提供管理決策平臺(tái)。其優(yōu)勢(shì)在于:基于數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)，調(diào)用的是邏輯關(guān)聯(lián)的信息，如公路基礎(chǔ)設(shè)施三維模型與設(shè)施使用手冊(cè)、運(yùn)行參數(shù)、保養(yǎng)周期等關(guān)聯(lián)，消除查閱紙質(zhì)文件的不便;并實(shí)現(xiàn)管理上的聯(lián)動(dòng)，提高運(yùn)營可靠性，為公路運(yùn)維及養(yǎng)護(hù)監(jiān)測帶來新的思路和方法。

移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

公路養(yǎng)護(hù)日常管理工作中，經(jīng)常需要對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行直觀的了解。如:需要查看某標(biāo)志牌所處位置，以及周邊的情況。目前管理工作中，通常采用像對(duì)測量的方式對(duì)公路及附屬設(shè)施進(jìn)行查看和量測，通過圖片進(jìn)行現(xiàn)場情況展示。手段上存在一定的局限性。例如，如果要對(duì)一座跨線橋進(jìn)行查看和量測，傳統(tǒng)像對(duì)測量的方式則需要進(jìn)行正反雙方向的數(shù)據(jù)采集、需拍攝正反雙方向的全景照片和部分細(xì)節(jié)照片。

為了能夠獲得道路現(xiàn)狀，確保道路通暢，管理部門希望能夠獲得現(xiàn)狀地形圖的同時(shí)，也能夠獲得現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的三維全景影像資料，做到及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握道路目前狀況，快速查詢道路且制定維護(hù)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。本文采用高清數(shù)字?jǐn)z影攝像+陀螺儀+GPS三種技術(shù)組合的移動(dòng)式道路實(shí)景信息采集技術(shù)，車載移動(dòng)激光掃描技術(shù)代表著移動(dòng)測量系統(tǒng)(Mobile Mapping System)的最新發(fā)展趨勢(shì)。該技術(shù)可以快速獲取高密集、高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并同步獲取與點(diǎn)云高精度匹配的數(shù)碼相片。能夠有效地獲取道路養(yǎng)護(hù)專題信息并重建道路三維場景。當(dāng)我們采用了基于MMS技術(shù)的實(shí)景三維GIS系統(tǒng)以后，你可以將每一公里道路、每個(gè)立交、隧道、橋梁、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、停車區(qū)、邊坡、涵洞、上跨下穿管線，乃至任何你要關(guān)注和管理的構(gòu)造物、設(shè)備都采集到你的路段、路網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，利用公路任意樁號(hào)360度的“可視”影像信息通過和高精度激光點(diǎn)云融合又實(shí)現(xiàn)了“可測”，進(jìn)一步分析又可以提取公路縱橫斷面、計(jì)算平整度、車轍以及路況破損數(shù)據(jù)。

全景激光雷達(dá)公路路況采集技術(shù)集成方案

檢測設(shè)備的要求，能夠同步采集車輛所在精確位置、車輛當(dāng)前姿態(tài)及速度方向等信息、當(dāng)前所在點(diǎn)的三維全景影像、當(dāng)前所在點(diǎn)的激光掃描數(shù)據(jù)。

路面檢測部分:集成全景影像采集設(shè)備、車載Li-DAＲ設(shè)備、GPS及慣導(dǎo)設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理設(shè)備，進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。采集后的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)加工平臺(tái)進(jìn)行后續(xù)處理。

數(shù)據(jù)處理平臺(tái):根據(jù)檢測設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，依據(jù)路面破損特征識(shí)別庫的定義，基于路面正射影像和激光點(diǎn)云進(jìn)行路面破損的自動(dòng)識(shí)別;根據(jù)平整度和車轍的檢測標(biāo)準(zhǔn)，基于路面的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行平整度和車轍的自動(dòng)提取識(shí)別;同時(shí)自動(dòng)加工出帶有精確經(jīng)緯度坐標(biāo)的全景+激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以提供給全景展示平臺(tái)使用。

用戶交互部分:根據(jù)全景+激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，同時(shí)提供量測功能、設(shè)施標(biāo)示功能等交互功能。同時(shí)，與養(yǎng)護(hù)軟件系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)相關(guān)功能點(diǎn)。

利用高精度車載LiDAＲ傳感器技術(shù)、全景攝影測量技術(shù)，車載LiDAＲ傳感器在無遮擋地區(qū)最遠(yuǎn)測程100m，20%反射率目標(biāo)，一次可采集多車道及其周邊100m范圍內(nèi)的三維點(diǎn)云信息，在無中央隔離帶情況下，無需進(jìn)行多次往返重復(fù)觀測，可大大提高作業(yè)效率及檢測精度。

平整度、車轍自動(dòng)檢測解算

根據(jù)采集加工后的檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)提取車轍(ＲD)檢測結(jié)果并計(jì)算車轍深度指數(shù)(ＲDI);自動(dòng)計(jì)算平整度(IＲI)，并根據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》分別對(duì)高速公路、一級(jí)公路評(píng)定ＲQI值。

利用LiDAＲ點(diǎn)云，通過路面高程變化可自動(dòng)識(shí)別坑槽和凸起，有效彌補(bǔ)高速攝像機(jī)對(duì)非紋理性的擁包、推移、沉降的路面破損漏識(shí)別的問題;通過影像對(duì)非高程變化的路面裂縫、標(biāo)線進(jìn)行快速自動(dòng)識(shí)別;對(duì)于影像識(shí)別不到但高程上有突變的路面，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行邏輯運(yùn)算清晰地分辨出沉降與坑槽等相似度較高的破損信息，最終建立公路路面破損識(shí)別特征庫，基本實(shí)現(xiàn)道路破損的自動(dòng)、準(zhǔn)確識(shí)別。

由LiDAＲ設(shè)備發(fā)出的激光束，與路面的距離通常小于10m，因此其誤差應(yīng)小于2mm，2個(gè)相鄰激光點(diǎn)之間的相對(duì)誤差應(yīng)小于1mm，因此滿足平整度及車轍的檢測結(jié)果精度要求。

根據(jù)車輛行駛軌跡的經(jīng)緯度坐標(biāo)，進(jìn)行線性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，即可提取特定樁號(hào)所對(duì)應(yīng)的路面點(diǎn)云數(shù)據(jù)。提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，選擇路面范圍的橫向點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高程值，代入車轍計(jì)算公式進(jìn)行車轍評(píng)價(jià)值計(jì)算;選擇路面范圍的縱向點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高程值，代入路面平整度IＲI值計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

公路參數(shù)化自動(dòng)BIM模型創(chuàng)建

公路參數(shù)化自動(dòng)BIM建模首先根據(jù)公路工程設(shè)計(jì)資料劃分公路結(jié)構(gòu)，其次準(zhǔn)確地提取公路平面和縱斷面參數(shù)及橋涵構(gòu)造物和公路其他附屬設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)，最后利用自動(dòng)化構(gòu)建公路三維模型工具軟件快速自動(dòng)地生成公路BIM三維模型。

公路BIM模型建立

公路BIM模型是按照公路設(shè)計(jì)資料創(chuàng)建公路組成部分的模型，依據(jù)公路建設(shè)規(guī)范將模型組裝起來，并通過三維GIS平臺(tái)展現(xiàn)。直接利用公路設(shè)計(jì)參數(shù)解析，通過公路設(shè)計(jì)資料的平縱設(shè)計(jì)參數(shù)(如緯地、Card/1等設(shè)計(jì)軟件的平縱設(shè)計(jì)文件)或公路逐樁坐標(biāo)對(duì)照表可以計(jì)算公路各樁號(hào)點(diǎn)的準(zhǔn)確三維坐標(biāo)。這里我們輸出的公路BIM三維模型并不是簡單像3DMAX模型那樣，而是包含了設(shè)計(jì)內(nèi)容的信息模型，用戶可以通過調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和模型的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，同步刷新，可以真實(shí)的反映標(biāo)志的樁號(hào)、版面、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)等各項(xiàng)參數(shù)信息。

道路附屬設(shè)施主要指和道路相關(guān)的排水設(shè)施、安全設(shè)施、防護(hù)設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施、通訊設(shè)施、收費(fèi)設(shè)施、綠化設(shè)施、服務(wù)設(shè)施、管理設(shè)施、照明設(shè)施、消防設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施、渡口碼頭、交叉道口、苗圃菜地、界樁、測樁、里程碑、界碑等。

通過搜集交通工程設(shè)計(jì)圖紙，或者通過現(xiàn)場實(shí)際道路調(diào)查，獲取邯大高速上所使用的交通工程道路附屬設(shè)施種類、數(shù)量、位置等情況，批量構(gòu)建所需要的單個(gè)道路附屬設(shè)施模型。然后利用系統(tǒng)以獨(dú)立模型或沿道路走向布置方式自動(dòng)或半自動(dòng)添加到真三維道路場景中。

BIM模型管理

將道路、橋梁、基礎(chǔ)設(shè)施的屬性信息與BIM模型相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)BIM模型的可視化關(guān)聯(lián)。通過點(diǎn)擊模型，可對(duì)模型的屬性信息進(jìn)行查詢。

同時(shí)，在公路勘查設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營養(yǎng)護(hù)各階段，除了關(guān)系型的屬性數(shù)據(jù)之外，還存在多種其他格式的數(shù)據(jù)，如地理空間數(shù)據(jù)(矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù))、CAD設(shè)計(jì)文件、Excel電子表格、Word文檔、PDF文檔、影像圖片等各種多媒體數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)來源多樣，數(shù)據(jù)量大，操作復(fù)雜，難以在傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)管理。為了有效集成這些格式不同、來源不同的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可定義的智能化數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口，將各類數(shù)據(jù)導(dǎo)入資源整合數(shù)據(jù)庫及文件系統(tǒng)并建立相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，借助3DGIS平臺(tái)將多元數(shù)據(jù)有效的集成起來，形成一個(gè)有機(jī)的、合理的、關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)整體，使資源整合平臺(tái)的數(shù)據(jù)更加豐富、全面。

基于BIM模型的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策

傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)決策分析方法，如決策樹、推理機(jī)分析等，往往偏重于理論分析，與實(shí)際的公路養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)產(chǎn)生脫離，養(yǎng)護(hù)決策無法達(dá)到公路養(yǎng)護(hù)管理的實(shí)際需求。本文基于BIM模型，提出一套切合公路管理業(yè)務(wù)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策分析方法，真正實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)決策與公路養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)的緊密貼合。

建立公路路況數(shù)據(jù)采集與技術(shù)狀況評(píng)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公路路況數(shù)據(jù)的多種方式采集，實(shí)現(xiàn)公路技術(shù)狀況的計(jì)算、分析與評(píng)定。系統(tǒng)提供路基、路面、構(gòu)造物及沿線設(shè)施評(píng)價(jià)單元損壞調(diào)查表的人機(jī)界面錄入功能和批量數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，系統(tǒng)提供檢測明細(xì)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入接口，明細(xì)數(shù)據(jù)可直接更新到按公里路段統(tǒng)計(jì)的各類損害調(diào)查表中，明細(xì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口包括路況自動(dòng)化檢測設(shè)備數(shù)據(jù)接口和人工檢查數(shù)據(jù)接口等。按《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JTGH20－2007規(guī)定的公路技術(shù)狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)模型，系統(tǒng)能自動(dòng)計(jì)算各路段的公路技術(shù)相關(guān)參數(shù)和技術(shù)狀況分值，并按分值進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定，并提供技術(shù)狀況修正、復(fù)核、審核、審定等功能，同時(shí)提供路況調(diào)查表、評(píng)定表等信息的查詢功能，并能夠?qū)С鱿鄳?yīng)Excel文件。

構(gòu)建路面養(yǎng)護(hù)決策分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)較為全面和智能的養(yǎng)護(hù)決策分析功能，為合理計(jì)劃和科學(xué)實(shí)施公路養(yǎng)護(hù)提供決策支持。系統(tǒng)可根據(jù)路面技術(shù)狀況和使用性能，分析未來1～10年的路網(wǎng)養(yǎng)護(hù)需求，進(jìn)行資金約束條件下的路網(wǎng)養(yǎng)護(hù)優(yōu)化決策，結(jié)合最終調(diào)整后的養(yǎng)護(hù)對(duì)策，生成養(yǎng)護(hù)計(jì)劃明細(xì)數(shù)據(jù)。

本功能根據(jù)公路養(yǎng)護(hù)管理需要，按路線行政等級(jí)、路線技術(shù)等級(jí)、路線車道分類、涵洞分類、養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)來源、交通量等指標(biāo)進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)匯總，分別以信息列表或是圖形的方式表現(xiàn)，并可生成excel表格。

用戶可自定義當(dāng)前年度的養(yǎng)護(hù)資金額度，系統(tǒng)按照效益最大原則(優(yōu)化分配方法或優(yōu)先排序模型)，將給定的養(yǎng)護(hù)預(yù)算優(yōu)化分配到公路網(wǎng)中那些最需要養(yǎng)護(hù)并且最具效益的路段上，分析提出在資金約束條件下的最佳養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，包括養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)、養(yǎng)護(hù)方案選擇等建議。系統(tǒng)同時(shí)支持采用多種評(píng)價(jià)和決策模型進(jìn)行綜合分析，利用線性規(guī)劃法的系統(tǒng)分析方法，結(jié)合凈現(xiàn)值、費(fèi)效比、收益率等經(jīng)濟(jì)分析決策模型進(jìn)行綜合分析，并可對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行篩選、優(yōu)化。

根據(jù)需求分析或優(yōu)化決策結(jié)果，系統(tǒng)可自動(dòng)生成養(yǎng)護(hù)工程計(jì)劃;用戶可考慮項(xiàng)目實(shí)施和施工方面的影響因素，對(duì)基于系統(tǒng)分析的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃進(jìn)行人工調(diào)整，改善養(yǎng)護(hù)計(jì)劃的可行性;通過編制路面養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，提出路網(wǎng)的大修、中修和日常養(yǎng)護(hù)預(yù)算，為向上級(jí)財(cái)政部門申請(qǐng)公路養(yǎng)護(hù)資金，提供科學(xué)的“公路養(yǎng)護(hù)預(yù)算編制計(jì)劃”。編制人計(jì)劃編制完畢后提交給具有審核權(quán)限的用戶進(jìn)行審核，審核通過后計(jì)劃生效。

結(jié)語

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的完善，如何搞好公路的養(yǎng)護(hù)管理，是擺在公路管理部門及經(jīng)營企業(yè)面前一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。本文將BIM和GIS結(jié)合起來，利用移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供道路養(yǎng)護(hù)檢測所需要的數(shù)據(jù)，建立基于BIM的交通設(shè)施資產(chǎn)及運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)，提出預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策模型，為公路資產(chǎn)管理、道路養(yǎng)護(hù)管理等提供管理決策平臺(tái)。其優(yōu)勢(shì)在于:基于BIM的思路，利用數(shù)據(jù)庫管理，將公路基礎(chǔ)設(shè)施三維模型與設(shè)施使用手冊(cè)、運(yùn)行參數(shù)、保養(yǎng)周期等關(guān)聯(lián)，提高運(yùn)營可靠性，為公路運(yùn)維及養(yǎng)護(hù)監(jiān)測帶來新的思路和方法。

總結(jié)

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