单位代码： 密级：公开
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分 类 号：P283
研 究 生 学 位 论 文
专业名称: 工程测量与民用建筑
论文题目: 公路工程监理信息系统的设计与实现
撰写时间:
申请学位: 工学硕士
导师姓名: 教授
研究生姓名:
中国人民解放军信息工程大学测绘学院
二○○五年四月
摘 要
本文通过对公路工程施工管理与GIS的研究，提出并建立了公路工程监理信息系统，即利用MIS和GIS技术对公路工程整个施工过程进行质量控制、进度控制及投资控制，为监理工程师提供对公路工程施工进行可视化查询、统计分析、报表和工程项目计算等方法。
作者在文中论述了系统总体设计方案，并设计了符合监理工程师要求的数据库结构。采用了基于COM的、建立在OLEDB上层的ADO方式访问数据库,该方法可访问各种不同类型的数据库。
系统设计中采用了组件集成技术。在图形显示与查询方面选用了基于ActiveX的MapX可编程控件，取得了令人满意的效果。
本文结合《焦作至巩义黄河公路大桥及连接线工程》施工的全过程研制开发的公路工程监理信息系统，对提高监理质量，确保公路工程施工的顺利完成具有实际应用价值。
关键词： 工程监理 变更设计 质量控制 进度控制 投资控制
Abstract
This paper brings forward and sets up the Highway Project Supervision and Management Information System through a full study of highway construction management and GIS. The main purpose is to provide the engineer of supervision and management with methods of visual query, statistical analysis, making report forms, and project calculations by utilizing MIS and GIS techniques to have quality control, progress control and investment control over the whole process of the highway construction.
The writer details the general design scheme in this paper, and devises the database structure that coincides with the request of the engineer of supervision and management. And the ADO that is based on COM and built in higher layer of OLEDB is chosen to have access to the database. This method can be used to access different kinds of database.
The Component Integration Technique is used in the design of the system. And satisfactory effects result from the selection and application of MapX programmable controls that are based on ActiveX in graphics display and query.
The Highway Project Supervision and Management Information System that is developed according to the whole construction process of the Yellow River Highway Bridge And Its Joint Line Project From Jiaozuo To Gongyi is proved valuable for the enhancement of supervision and management quality and the successful completion of the highway construction.
Key words: Supervision and management of project, Modification of design, Quality control, Progress control, Investment control
第一章 绪论
当今世界，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异，高科技成果向现实生产力的转化越来越快，初见端倪的知识经济预示着人类的经济社会生活将会发生新的巨大变化（江泽民，1998）。进入二十一世纪，IT产业与GIS发展日新月异，专题GIS的应用已开始向国民经济各个领域推广。近些年来，公路建设在国家基础建设中所占的比重越来越大。要想快速、优质、安全地完成公路施工任务，除了提高工程人员素质、工程技术设计外，更需要在施工过程中进行科学管理，增加施工过程的科技含量。在科学技术迅猛发展的今天，IT产业的高速发展已经成为新世纪的一个重要标志，而GIS技术在信息产业中所处的地位也越来越重要。本文研究的主要内容就是应用MIS与GIS技术为工程监理人员提供对公路工程施工过程中的监理工作进行全方位的科学管理。
1．1 地理信息系统的起步与发展
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS），是计算机技术与地理科学相结合的产物，它以空间数据库为基础，在计算机软件和硬件环境的支持下，运用系统工程和信息科学的理论和方法，综合地、动态地对空间数据进行采集、储存、管理、分析、输出，实时提供动态的地理环境信息，并服务于辅助决策的技术系统。换言之，GIS是采集、储存、管理、分析、描述、显示及应用与空间位置和地理分布有关数据的空间信息系统，是由计算机硬件、软件、数据和用户四大部分组成的问答系统[2]。
GIS的定义很多，但至今尚没有国际上认可的定义，不同学科、不同应用领域对GIS的理解和定义不尽相同。较新的GIS定义是：地理信息系统是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机技术系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术 [1]。目前又有许多学者提出应将GIS扩展为GIS3的结构，即System、Service、Science。
地理信息系统既可以是一个包罗万象的庞大系统，也可以是一个专题、某一个区域的与地理信息有关的信息系统，如土地信息系统、城市信息系统都属于地理信息系统的范畴，从广义上讲，凡是涉及到地理信息处理问题的系统都属于地理信息系统，一般称为专题或专业地理信息系统[3]。
GIS产生于60年代初，1963年，加拿大人R.F.Tomlinson提出“地理信息系统”这一术语，并于1971年建成世界上第一个地理信息系统（CGIS）。70年代随着计算机硬、软件的发展，GIS朝实用化、商业化方向迅速发展。80年代GIS产品走向成熟并得到推广和应用。GIS的应用也从基础信息管理与规划转向更加复杂的区域开发、预测预报以及与卫星遥感技术相结合用于全球性问题的监测与评价，GIS已成为主要的辅助决策工具。90年代是GIS的全面发展与产业化阶段。网络的迅速发展，3S（GIS、GPS和RS）技术的有机结合，使得GIS向智能化、网络化方向发展。目前，流行的GIS开发软件主要有ARC/INFO、ArcView、MicroStation、MapInfo、MAPGIS、GeoStar等等。这些软件功能强大，广泛应用于城市规划与管理、城市社会治安、环境监测与治理、资源调查与利用、投资环境与评价、防灾减灾、工程建设、作战指挥自动化等方面。
我国的GIS起步较晚，但发展较快，目前已开发的具有自主版权的地理信息系统平台：MAPGIS（武汉中地公司）、GeoStar（武汉吉奥公司）、CITYSTAR（北京大学）、MapEngine（北京图原公司）、AF Internet GIS（武汉奥发公司）等都已走向市场。
随着计算机和信息技术的发展，GIS也随之迅速发展。未来GIS的发展趋势主要表现在以下几个方面：
1） GIS网络化
网络的发展给GIS数据在更大范围内的发布、出版、获取和查询提供了有效可行的途径。地理数据不仅可以按照地理位置、专题内容、生产机构、使用价格等进行搜索，甚至可以直接在网上进行数据的各类空间操作。
2） 数据商业化
有人统计，GIS硬件、软件和数据的造价比是1：10：100（Frank,1992），如何有效地生产和维护地理数据是GIS面临的主要挑战之一。在欧美等国家，空间数据已经被作为一种商品，在零售商店就可以买到。国内目前已经有公司与国家测绘局合作，将地理数据存放在Internet上，供需要者租用。
3） GIS标准化
包括软件、操作、数据的标准化。主要指空间数据交换标准，以便达到更广泛的数据共享。GIS发展到今天，人们发现标准化的真正实现将使人们能在一个共同理解基础之上共享信息的资源。我国目前也正在制定自己的行业标准。
4） 软件部件化
目前的GIS软件或系统作为一个整体独立存在，但从使用GIS机构的角度来看，很多机构只是需要GIS软件中的部分功能，这就要求GIS的功能部件化，将来的发展是GIS将不再作为一个独立的系统存在，而是作为机构整个管理和运作系统的一部分，GIS的各种功能将融合在与专业领域更直接的系统中。软件的部件化是GIS发展的趋势[1]。
1．2 公路工程监理信息系统的研究现状
计算机技术在道路设计中起步较早，国外于50年代末，主要集中在应用数据地面模型（DEM）技术，进行道路辅助设计（CAD），近年来正在向公路施工和管理方面快速发展。
我国计算机技术在公路工程中应用起步较晚，开始于70年代，当时也主要集中在道路勘测设计阶段。近些年来，在线路工程建设与管理中取得很大进展，已应用GIS技术成功开发了许多专业地理信息系统，如：地下管线管理信息系统、输电线路管理系统、水利工程管理系统、供水管网管理系统、通信管网管理系统等等。但在公路工程监理信息系统（The Information System of Highway Project Supervision , 以下简称HSGIS）的研究方面，目前只有德国、美国、日本等国家的几个大的工程公司有所研究。比较有代表性的是美国BENTLEY公司开发的基于MicroStation GeoGraphics 的BENTLEY地理工程基础平台。可对大型基础设施在勘测、设计、施工、运作、管理、维护等方面进行全方位的管理。但软件价格昂贵，操作界面不符合中国人的习惯，特别是国外的监理模式与国内有较大的区别，不能满足实际需求。
国内收集到的资料中只有云南省公路管理局针对大保高速公路研制了《云南大保高速公路合同管理及投资控制系统》，武汉测绘科技大学与葛洲坝水利水电工程集团公司联合研制的《施工总图管理信息系统》，能够对施工过程中的数据资料和各种文件进行管理、查询、分析的公路工程监理信息系统，目前在国内还没有见到。
1．3 研究公路工程监理信息系统的目的和意义
公路工程施工涉及到大量的人力、物力和财力，工程变更涉及整个施工过程。大量的施工设计图纸以及每天、每月、每季的施工汇总资料堆积如山，别说统计分析，就是找到都很麻烦，给监理工作带来许多困难，可以说施工管理工作异常复杂。随着计算机技术的普及与发展，特别是地理信息系统（GIS）在国民经济各个领域的应用，使计算机管理上述工作成为可能。
按公路工程施工规范要求的内容，合理地对施工全过程进行质量、进度、投资控制，是确保施工得以正常进行的关键，对提高公路建设的总体技术水平具有重要意义。为适应现代化建设，满足工程管理部门的迫切要求，本文结合《焦作至巩义黄河公路大桥及其连接线工程》,对公路工程监理信息系统（HSGIS）进行了设计与实现。
HSGIS不同于普通的办公自动化系统，它是以地理信息系统为基础的MIS，它以地形图、施工设计图、工程基本资料为依据，将各种不同的信息分别放入数据库中，通过在计算机上点击地形图上的点、线、面等具体实体，得到该实体的属性、施工进度等信息，同时也可将属性数据直接在图形上定位。总体设计目标如下：
•充分利用计算机计算速度快、存贮量大、不易出错的优点，最大限度地减轻工程技术人员的工作量，实现工程施工管理自动化。
•动态处理数据、图表，实时提供工程最新进展情况，为领导决策提供可靠依据。
•对施工进程中所需的各种图表根据工作需要可随时在计算机上动态显示，方便随时修改，实现无纸办公化。
•在计算机上对每一个结构物如：桥梁、涵洞、隧道、排水槽等，甚至桥梁墩台的结构、类型, 不同地段路面的结构层等查看，实现施工过程的可视化管理。
在该系统中，将所有信息用数据库进行管理，既保证了资料的安全可靠，又有效地提高了编程效率和系统的可靠性。
1．4 本文研究的主要内容
公路工程监理信息系统是GIS与管理信息系统（Management Information System，简称MIS）相结合的产物。本文主要研究内容如下：
1． 从工程监理的产生、发展及主要内容等方面对监理工作进行论述，说明研究公路工程监理信息系统是时代发展的需要，研究该系统对公路建设和发展将带来可观的经济效益。
2． 通过对工程施工监理信息系统的需求分析，提出系统集成设计方法；在需求分析中发现，利用系统集成开发方法开发中、小型应用系统，可以提高开发速度，降低开发成本。提出了开发专题GIS应采用系统集成的设计思想。
3． 对系统结构设计和过程设计进行分析研究，并设计了系统框图与关键点的实现模型。
4． 通过对用户需求分析和数据库结构的分析研究，设计出符合系统要求的数据库结构和存储结构。
5． 实现公路工程监理信息系统的主要设计功能。
第二章 公路工程监理概述
本章通过对国内外工程监理制度产生和发展的论述，以及对监理工作主要内容、各方面的关系、任务、组织模式的分析讨论，说明了我国公路建设的高速发展迫切需要工程监理以及建立公路工程监理信息系统的必要性。
2．1 监理工程师制度的产生和发展
1. 国外监理工程师制度的产生和发展
工程监理制度，在国际上具有悠久的历史，西方工业发达国家，无论在组织机构和方法、手段方面，还是在法规制度上，都已形成了一个较为完善的监理体系和运行机制。
工程监理的产生和发展可用表2-1-1表示。
阶 段 时 间 内 容
阶段Ⅰ 16世纪…… 总营造师（建筑师傅）
负责→设计、购买材料、雇佣工匠、组织施工
阶段Ⅱ 18世纪60年代
至19世纪初 设计与施工分离
工程监理制萌芽
阶段Ⅲ 20世纪50年代 实行总包制
出现招标投标交易方式
监理内容进一步扩充
阶段Ⅳ 20世纪70年代 可行性研究应用于工程建设领域
监理逐步贯穿于建设活动全过程
阶段Ⅴ 20世纪80年代 工程监理制度向法律化、程序化发展，形成业主、承包商、监理工程师三足鼎立的格局
阶段Ⅵ 工程监理国际化
2. 国内监理工程师制度的产生和发展
我国监理的雏形是从封建社会的监工开始的，随着商品经济的发展，建设活动中出现了具有商品色彩的包工制度，业主将工程作价包给一个工匠，由这个工匠独自或找合伙人一起施工，这样一种经济关系，使得业主对施工过程的监督变得越来越重要。
鸦片战争后，出现了专营设计的建筑师事务所。业主营造工程，先请事务所的建筑师进行设计，设计完成后刊登招标启事，营造机构（施工单位）选定后，业主就与之签订工程承包合同。施工开始后，涉及建筑工程的业主、建筑师事务所及营造机构（施工单位）三方都派监工进行监督。
建国后30年间，由于实行了高度的计划经济，在工程建设的具体实施中，工程费用实报实销，不计盈亏，不讲核算，工程建设各参与者关注的重点是工程进度和质量，但在质量、进度、投资的控制方面却存在许多问题，使我们国家的监理工作长期处于停滞不前的状态。
随着社会主义市场经济的发展和改革的不断深化，80年代中后期，出现了一种对工程建设活动更全面、更完善的管理方式，即工程监理制度。1988年上半年，国务院做出了在土木建筑领域中实施工程监理的决定，并且在陕西——三原一级公路的建设中首次由专司监理职责的“工程师机构”按国际合同管理方式代表业主对该合同工程进行了现场综合监督管理，这标志着我国公路工程施工监理工作的正式启动，也是向与国际监理制度接轨迈出的第一步。
进入90年代后，“要想富，先修路”的口号首先在东部发达地区得到了贯彻，在开发西部的战略中，公路建设也放在了重要的位置。世界银行与一些国际大公司在国内投资修路，对工程监理提出了更高的要求，工程监理国际化成为发展趋势。
但也应该看到，我国目前的监理方式与国外相比有很大的不同。国外的业主、施工单位、监理工程师（单位）是三个完全独立，只存在合同和利益关系的单位。而我国由于工程监理机构还不完善，监理工程师（单位）大都由业主方自己派人承担。监理工程师的业务水平、管理水平的高低，都会直接影响工程的质量、进度与投资。要完全与国际接轨，还需要进一步努力。
2．2 监理工作的主要内容
1. 监理工作过程
监理工作的主要过程可分以下十个部分：
1) 发布开工令、控制工程进度；
2) 审核设计图纸和技术资料；
3) 检查各种原材料、设备的规格质量，验证认可试验报告；
4) 审批承包商的施工方法、工艺和临时设施；
5) 检查监理安全工作；
6) 检查监理施工质量；
7) 对已完工程进行计量，向承包商付款签证；
8) 处理合同变更和索赔；
9) 工程验收；
10) 负责办理向贷款单位提供报告。
2. 工程监理工作的主要内容
公路工程监理工作的主要内容，可分为工程进度监理、工程质量监理、工程费用监理、合同管理、信息管理和工地会议，即常说的“三监控二管理一协调”三部分。
1）. 工程进度监理
公路工程项目的特点是工程费用大，建设周期长，涉及范围广。而工程进度又直接影响着业主和承包商的重大利益。如工程进度符合要求，施工速度既快又科学，则有利于承包商降低工程成本，并保证工程质量，也给承包商带来好的工程信誉；反之，工程进度拖延或匆忙赶工，都会使承包商的工程费用增大，垫付周转的资金利息增加，给承包商造成严重亏损，并且拖延竣工期限，也给业主带来工程管理费用的增加，投入工程资金利息的增加，以及工程项目延期投产运营的经济损失等。因此，公路工程施工监理过程中，以工程进度控制为目的的施工进度监理是公路工程施工监理的一个重要环节。
2）. 工程质量监理
工程项目的质量是指通过工程建设过程所形成的工程符合有关规范、标准、法规的程度和满足业主要求的程度，工程项目质量的内涵包括工程项目的质量与功能、使用价值的质量和工作质量三个方面。
工程实体质量是从产品形成结果方面反映工程项目的质量。一般，由各工序的质量集合形成分项工程质量，由各分项工程质量形成各部位工程质量（分部工程质量），再由各部位工程质量形成具有能完成独立功能主体的工程质量（单项工程质量），最后各单项工程的质量集合为工程项目的实体质量。
工程质量监理的质量控制程序流程如图2-2-1所示。
3）. 工程费用监理
工程费用一般指修建工程项目所投入的建设资金，它是工程建设项目在施工过程中形成的工程价值的货币表现形式，可分为预算工程费用和实际工程费用。工程费用具有以下特点：
预先定价；
以工程成本为基础；
由监理工程师签认；
由承包人使用；
由业主支付。
在公路工程施工中，工程费用除了反映业主和承包人的直接经济关系外，工程费用的支付还反映了工程的进度和质量，因为承包商的工程质量不合格，监理工程师不签字认证验收，业主就不予付款；如果工程拖延，该竣工时工程还未干完，经过监理工程师检查证明，业主可以扣回承包人的拖期违约罚金等。因此，工程费用的支付是对工程质量、进度的最终评价。工程施工过程中的费用监理主要是对工程计量与支付的监督与管理。
4）. 工地会议
工地会议是用于协调各方关系的公路工程监理方法，是监理工程师对工程项目进行全面管理的一种重要方法，也是合同管理项目中普遍使用的一种手段。工地会议旨在检查、督促合同各方，特别是承包人对工程基础上承包合同的执行情况，协调各方关系，促进工程项目的顺利完成。它属于开工后举行的一种例行会议。
3. 工程监理中各方的关系
建设单位，又称业主或甲方，在招标阶段则称“招标单位”。它是指某项工程的投资者或资金筹集者，并在工程建设的前期、实施阶段对工程建设的费用、进度、质量等重大问题有决策权的国有单位、集体单位或个人。
承建单位，又称承包单位、承包商或乙方，在招标阶段则称“投标单位”，中标后称为“中标单位”。它是指通过投标或其它方式取得某项工程的施工权、材料、设备的制造、供应权，并和建设单位签订合同承担工程费用、进度、质量责任的单位或个人。
监理工程师（单位），是指依法成立的、独立的、智力密集型的从事工程监理业务的社会经济实体，受建设单位的委托与其签订监理合同，承担工程建设监理业务的单位。
工程监理活动涉及到建设单位、承包单位和监理工程师（单位）。建设单位和承包单位是合同关系；监理工程师（单位）和承包单位没有合同关系，而是监理和被监理的关系，这种关系由建设单位与承包单位所签订的合同所确定；建设单位和监理工程师（单位）之间是委托合同关系。
国际惯例中按FIDIC合同实施的工程监理是以业主为主导、监理为核心、承包人为主力、合同为依据、经济为纽带的项目管理模式；它不是单纯的技术管理，而是技术、管理、经济、法律的统一，并以法律关系形式确定了业主、监理、承包人在完成工程项目中的职责、义务和权限的关系。
4. 工程监理的任务
工程监理的任务主要是控制工程质量、进度和投资。合同管理、信息管理和全面的组织协调是实现质量、进度、投资目标所必须运用的控制手段和措施。但只有确定了质量、进度和投资目标值，监理单位才能对工程项目进行有效的监理管理。质量、进度、投资是一个既统一又相互矛盾的目标系统，如图2-2-2所示，在确定每个目标值时，都要考虑对其它目标的影响。
5. 工程监理的组织模式
工程监理的组织模式如图2-2-3示，总监理工程师对整个工程监理全权负责。总监下设总监理工程师代表处，总监理工程师代表处下设监理办公室，在每个合同段还设有合同段驻地办。由合同段驻地办监理工程师负责现场监理并实时将现场情况上报，上级监理办对工地情况按比例抽查。
2．3 公路建设的高速发展迫切需要工程监理
我国目前的交通运输是由铁路、公路、水运、航运和管道等五种运输方式组成的综合运输体系，公路运输是其它几种运输方式运量总和的3~4倍。然而，我国公路的总体水平与发达国家相比仍相距甚远，主要问题是交通基础设施不足，技术装备落后，管理手段薄弱，运输能力与运输需求的矛盾突出。虽然在一些发达地区已投入运行了部分高速公路，缓解了沿线地区的效能拥挤状况，促进了这些地区的经济发展。但与发达国家相比，我国高速公路发展水平仍非常低。美国高速公路占全国公路里程的1.4%，日本占0.35%，德国占1.7%，英国占0.81%，法国占0.9%，意大利占1.7%，比利时占1.2%，而我国只占0.18%。
我国公路建设始于20世纪初，与其它国家相比，起步不算太晚，但发展比较缓慢，到1949年底，全国能通车的公路只有8万公里。1980年全国公路通车总里程为88.8万公路，1997年末已达到121.6万公里。从1980年到1997年，年增长近2万公里。1998年底，高速公路通车里程已达到6258公里。表2-3-1记录了建国后我国公路的发展情况。
时 间 通车里程 有路面里程 桥梁数量
1949年底 8万公里
1952年底 12．6万公里 5．5万公里
1957年底 25．4万公里 12．1万公里 3．5万座
1965年底 51．4万公里 30．5万公里 10．4万座
1976年底 82．3万公里 57．9万公里 11．7万座
1980年底 88．8万公里 72．8万公里 13．2万座
1997年底 121．6万公里 111．1万公里 21．6万座
近几年来，我国公路建设的速度可以说是突飞猛进、日新月异，高速公路建设也迅速发展。到2000年底，我国高速公路的建设已突破一万公路。由于公路建设投资惊人，每条公路建设投资都上亿元，如目前正在施工的焦作至巩义黄河大桥及连接线工程全长18.502公里，投资人民币4.8亿元，晋焦（山西晋城——河南焦作）高速公路全长约17公里，投资人民币7.8亿，所以在施工过程中如果没有完善的工程监理机制对合同工程进行现场综合监督管理，工程质量控制、进度控制、投资控制将无法保证，就会给公路建设造成无法弥补的损失。
第三章 用户需求分析与集成设计
根据软件工程的设计思想，开发一个应用系统都是从系统需求分析开始的。通过需求分析确定系统的设计目标，制定出切实可行的设计方案及实施计划。本系统在开发过程中也采用了这一方法。
3．1 用户需求分析
3．1．1 常用系统设计方法
常用的系统设计方法有生命周期法和快速原型法两种，两种方法各有利弊，下面分别介绍。
1．生命周期法
生命周期法分计划、开发、运行三个时期。每一时期又分多个阶段。在计划周期分用户调研和可行性分析阶段；开发周期包括需求分析、总体设计、软硬件选型、组装调试和小区试验等几个阶段；运行周期包括确认调试、系统验收、运行维护等阶段。该法是传统的GIS设计方法，在系统设计前，必须对需求做严格的定义，即开发人员需确切地了解用户的各种需求，特别是与专业有关的特殊要求，在此基础上才能开发出一个较成功的系统。
2．快速原型法
经过需求分析和总体设计之后，快速地建立一个能基本反映用户需求的系统原型，让用户进行试用，了解系统的概貌，提出修改意见，开发人员与用户进行讨论，对原型进行改进，这种不断反复的过程进行到用户对系统完全满意为止，该法的过程为：需求分析→总体设计→构建原型（初始原型）→运行评价→修改原型→工作原型→运行评价→……最终原型。
3．本系统设计方法
本系统在设计过程中采用了生命周期与快速原型相结合的方法。首先在施工现场进行人员调查与需求分析，再进行可行性分析与总体设计，请监理工程师提出修改意见，修改完成后重新进行总体设计，然后进行系统开发，开发过程中分段再请监理工程师提出意见。
3．1．2 用户需求分析
经过现场调查与征询监理工程师意见，发现用户对系统的功能要求主要有以下几点：
地图显示功能
要求具有电子地图的基本功能，包括对图形进行任意放大、缩小、漫游、分层（类）显示等功能，能够显示以1：2000带状地形图为基础的公路平面图、公路设计图、公路用地图、公路纵横面图等；显示设计好的各种部件设计图，如桥位平面图、桥台构造图、涵洞分布位置图、涵洞设计图等。
查询分析功能
查询线路上任意指定地点的横断面图和纵断面图；
查询任意代号或名称的桥涵属性；如查询任意桥梁立柱的高度、材料、施工日期、进度、造价等。
查询某一标段的工程量清单，工程进度，投资情况等等。
数据编辑功能
对设计数据的变更修改，对施工过程中的各种信息资料进行增、删、改、存等操作。
测量检查功能
计算两点或多点间的直线距离、地表面距离，计算任意范围的平面、地表面面积（场地清理），计算任意两点间的坡度。
通过控制点检查线路施工放样点的平面、高程精度。
数据输出功能
主要包括以下四方面的功能：图形输出（点位符号图、线状符号图、面状符号图、立体图等）；图象输出；统计图表（条形图、扇形图、抓线图、散点图、直方图等）；外部数据输出。对查询、统计、分析所得的各种表格资料打印输出，绘制指定区域的地形图、断面图等。
多媒体功能
对文本、声音、图象、视频等多媒体数据进行数据库管理，实现超级链接，要求通过在地图上点击某要素点就可实现多媒体信息的显示与播放。
系统的通用性功能
要求系统具有通用性，通过简单的修改就可在各种类似的公路工程中应用。
通过以上分析可以看出，HSGIS是以二千分之一地形图、施工设计图为基础资料；以施工过程中的质量控制、进度控制、投资控制信息为主线，对整个施工过程进行动态管理，其核心部分是图形或空间数据库、属性数据库与多媒体数据库的建立以及数据库（包括图形、设计资料、施工资料与多媒体数据库）与其它模型的链接。
3．2 COM技术与系统集成
COM是微软提出的组件对象模式（Component Object Model）。在COM中，每一个组件程序被称为一个模块，它可以是一个动态连接库（DLL），也可以是一个可执行程序（EXE程序），一个组件程序可以包含一个或多个组件对象，组件与组件之间通过标准接口通信。利用COM技术，可以实现多种软件的集成，提高编程效率。
利用COM技术，有利于系统的升级。一般的应用系统在升级版本时，往往用新的软件模块全部替换老的软件模块，升级就意味着全部更新。采用COM技术后，每一个底层模块不仅可以单独升级，而且在原来的软件模块基础上不改变已有的组件模块而添加新的组件。如图3-2-1所示。
系统从版本一升级为版本二，对组件1和组件4进行了修改，分别得到了组件1′和组件4′。把修改后的组件和其它的组件合在一起得到了新的应用系统版本二，它可以运行在新的软件下。于是在不修改组件2、3、5、6的情况下，完成了软件的一次升级。当然，也可以在应用系统版本二中增加新的功能软件组件7而不用修改其它组件。
集成开发目前已是国际上最流行的软件二次开发手段。当今的软件开发平台种类繁多，语言不尽相同，让程序员逐个掌握它是不现实的，也没有必要。不少平台提供二次开发语言(如MapInfo的解释性语言Map Basic)，由于各个平台的开发语言互不相通，用户必须经过特殊的学习和培训才能运用这些二次开发语言进行应用开发。这种开发方式技术陈旧，投入过大，效益却不高，又无法在不同的系统中共享开发成果，所以现在已逐渐淘汰出市场。为了缓解这种局面，采用系统集成是最有效的手段之一。 集成的基础就是COM，现今的许多技术如OCX、ActiveX、DirectX以及OLE Automation等都是基于COM而建立起来的。
在系统集成中，集成可分为硬件集成和软件集成。硬件的集成比较直观，看得见、摸得着，它属于计算机硬件的范畴，不属于本文研究的范围。软件的集成比较抽象，实现复杂。本文仅讨论软件集成。有些人认为，集成就是应用程序相互调用的过程，这种说法只看到表面现象，缺乏彻底性、严格性、概括性和科学性。其实，这只是集成的一种简单的形式，是客户程序中两个进程的启动，相互之间并没有产生直接的联系。从本质上讲，集成是应用程序间相互操纵的一种技术，是不同语言、不同功能应用程序的相互整体交流（调用应用程序的平台）或部分交流（功能调用）及其产生的叠加效应，它相当于一部由各种部件组装起来的复杂机器。集成的思想主要在于：借用其他软件的功能，完成控制器（客户器）不能或难以完成的工作。
一个一般的应用程序开发者想在其程序中实现图象处理、字处理等功能，需要花费大量的劳动，而且难以保证软件的质量。如果采用系统集成的思想，在成熟软件中选择其需要的产品，将其集成到自己的应用软件中，就能使自己的软件也具有相应的功能。如本系统中对空间数据的处理与操作就采用了MapX控件，而对一些报表的处理调用了Excel电子表格强大的功能。这种方法大大提高了软件的开发效率，避免了巨大的重复劳动并使软件的开发费用大幅度降低。目前需要使用集成技术的地方很多，有时同一套软件内（比如工程数据库和图形软件间的动态数据交换）也需要使用系统集成技术。集成可用图3-2-2表示。
3．3 常用集成方法
系统集成技术大都是以COM为基础的，计算机技术的发展，使系统集成技术的发展越来越普遍，常用的方法有以下几种：
命令调用方法
这是一种简单利用子进程机制的集成手段，所谓子进程就是在另一环境下运行的应用程序，当它运行完后，就回到调用它的父进程中，同时交还控制权。图3-2-2中的EXE程序和客户程序中的部件属于这种集成方式，它对控制器不产生直接的效应，但集成速度较其它集成方式要快得多。本系统中使用的一些工具软件如坐标转换、计算器等采用的就是这种方式。
动态链接库方法（DLL）
动态链接库（Dynamic-Link Libraries）是实现模块化应用程序设计的一种方法，在Windows中，DLL就是包含有数据和函数的模块，它可以使应用程序功能的升级和重复利用更方便，减少内存的占用。DLL的优点之一就是用一种开发工具创建的DLL可以被其它开发工具编写的应用程序调用，这种集成是当今开发Windows应用程序不可缺少的一种方式。DLL在本质上可以看作是In-of-Process型的服务器，为了提高集成速度，本系统中DEM的计算采用了VC++编制的DLL动态库，后文将详细讨论这个问题。
动态数据交换方法（DDE）
动态数据交换（Dynamic Data Exchange，简称DDE）是Windows提供的一种程序通讯规程，它能保证两个Windows程序间顺利地进行实时动态的数据交流，是全球公认的工业标准。其响应关系见图3-3-1。
自带功能
自带功能包括内部函数、DLL和各种控件（OCX）等，现今几乎所有的开发平台均提供了这一方法，如Word的插入对象，Visual FoxPro、Visual Basic等的OLE绑定型控件、 C++ Builder的OLE Container等，这种集成采用了方便的积木式方法，无需复杂的编程，但不够灵活，难以得到特定的功能。随着开发语言的不断完善，自带功能将会解决通常难以完成的工作，如MapInfo中Geotrack的数据提取，Visual Basic中的MSComm.ocx等。从这个意义上来看，这一方法具有巨大的发展潜力。
OLE Automation方法
OLE（Object Link Embedded）是一种应用程序的编程接口，也是一种工业标准，意为对象的链接与嵌入。用户可以利用OLE定义的一系列函数把高级对象的链接和嵌入功能加入到自己的程序中，从而实现应用系统的集成。OLE Automation 是Windows应用程序之间相互操纵的一种技巧，它是目前广泛采用的集成技术，随着各种编程语言的不断升级，OLE Automation技术已逐渐纳入到各种开发平台中，这将为应用程序的相互集成创造良好的环境。这种集成方式分为两种：静态和动态，静态是在设计时将服务器的类库导入客户器，这种方式占用内存小。动态是利用服务器的OLE功能以对象方式访问服务器的功能，由于服务器必须在后台运转，所以内存花销较大。
ActiveX控件方法
ActiveX控件方法亦即积木式方法。从本质上讲，ActiveX技术仍是OLE技术，从技术角度来说，ActiveX控件是包含事件的联机OLE Automation服务程序。因此，OLE和ActiveX 是同一种技术。ActiveX 控件的特点在于它封装了服务器的功能（如MapInfo公司的MapX、Arc/Info的MapObject、方正智绘的MirageX等等 ），大大减少了空间，降低了应用程序开发的复杂度，缺点是开发周期较长。本系统的地图显示部分就是采用了在原有控件MapX 的基础上以ActiveX技术派生出来的控件集成方式。
3．4 MapInfo MapX 控件介绍
MapInfo Professional是目前国际上流行的较为完备、功能强大、全面而直观的桌面地图信息系统，为在Client/Server 环境下解决问题提供了一种全新的方案。它复杂而深层次的可视化地理分析功能可以帮助用户在数据库中不同的数据之间建立关联，在同一个环境下显示，并能迅速揭示数据之间的关系以及易被忽视的数据模式。MapX对象模型如图3-4-1所示。
MapX 是MapInfo 公司开发的一个性能价格比好、功能强大的基于ActiveX (OCX)技术的可编程控件。它使用与MapInfo Professional 一致的地图数据格式，并通过调用 MapX 属性和编程实现了绝大多数MapInfo的功能。可内嵌的MapX 使用标准的编程开发语言—— VB、VC、Delphi和PowerBuilder以及Internet开发环境。
MapX为开发人员提供了一个快速，易用，功能强大的地图化组件。在VB、Delphi、PowerBuilder,VC等可视化开发环境中，只需在设计阶段中将MapX控件放入窗体中，并对其进行编程——设置属性或调用方法或相应事件，即可实现地图数据可视化，专题分析，地理查询，地理编码等丰富的地图信息系统功能。
MapX定义了一个类体系，可以有效地组织图形元素、图层、属性数据等对象，主要有以下功能：
显示MapInfo格式的地图
对地图进行放大、缩小、漫游，选择等操作
专题地图
图层控制
动态数据绑定
动态图层和用户绘图图层
生成和编辑地图对象
边界查询、地址查询
OLE Data支持
SSA访问SpatialWare空间数据库
MapX具有很强的数据绑定能力。在VB中，可以和DataControl绑定，也可通过ODBC绑定，实现数据库中的数据与MapX中的MapInfo地图的关系连接，使得地图对象与关系数据库中的数据项相对应。经过数据绑定，可以将数据库中的数据制成专题地图，或在图上查询数据，以及通过SQL语句实现对地图的查询。
第四章 系统总体设计与建模
本章主要讲述公路工程监理信息系统的结构设计与过程设计，建立了相应的模型，并对设计过程中的几个主要模型的实现进行了说明。
4．1 系统结构设计
系统的结构设计主要确定系统组成模块，以及模块之间的关系。本系统主要由数据输入、数据管理和应用3部分构成，结构如图4-1-1所示, 下面分别简要说明。
1．数据输入部分
数据输入的任务和目的是将公路工程施工管理过程中的有关信息输入计算机，主要包括对带状地形图、公路设计图以及诸如涵洞、桥梁、隧道等空间数据的数字化采集输入，对文字、表格等专题数据的键盘输入以及对声音、图象、视频等多媒体数据的输入。具体分以下5部分：
1) 导入MAPINFO格式的公路带状地形图；
2) 导入AUTOCAD中DXF格式的公路设计图；
3) 输入设计资料中的设计数据；
4) 输入施工过程中的文件资料；
5) 导入多媒体信息中的文本、声音、图片和视频等。
2．数据管理部分
数据管理除对公路工程施工数据进行有效的管理以保证后续部分的应用以外，还要提供对数据的更新和维护功能，以保证数据的正确性、有效性、现势性和完整性。它由图形数据库管理、设计资料数据库管理、施工资料数据库管理和多媒体数据库管理4部分组成。图形数据库管理主要是对地形图数据和其它如涵洞位置等空间数据进行管理，它能够提供对图形的编辑修改和删除功能；设计资料数据库管理主要针对公路设计资料数据进行管理，允许用户对设计资料进行增加、修改和删除等操作；施工资料数据库管理主要存放施工过程中的各种数据、文档资料；多媒体数据库管理主要对图象、录像、声音、文本等多媒体数据的管理。
3．应用部分
应用是根据用户需要，从数据库中提取所需数据，按用户要求的方式以生动、直观、形象、方便的形式来满足用户的实际需要。它包括图形显示、图形放大、图形缩小、图形漫游、图形输出、信息查询（包括从图形到属性信息的定位查询、从属性信息到图形信息的图形查询以及属性到属性的专题查询）、统计报表以及多媒体信息输出等内容。
4．2 系统过程设计模型
在系统设计过程中，数学模型的正确建立是系统能否正确运行的必要条件，本节对几个重要模型如公路桩号与坐标之间的换算、施工放样检查数学模型等作以简要说明。
4．2．1 几个用到的数学模型
1．坐标转换模型
如图4-2-1所示， 将曲线上放样点P（A，B）坐标的坐标系O¹转换为高斯坐标系O的计算公式为：
2．线路综合曲线位置标定模型
通过该模型可标定出公路综合曲线（缓和曲线与圆曲线）上任一点的里程桩号与平面坐标之间的关系。
如图4-2-2所示，常见公路拐弯处的曲线由直线（—ZH）、缓和曲线（ZH—HY）、圆曲线（HY—YH）、缓和曲线（YH—HZ）和直线（HZ—）组成。由以下模型可计算出曲线要素及主点里程桩号。（其中 LS=LS1=LS2）
1) 内移值：
2) 切线增长值：
3) 螺旋角：
4) 切线长：
5) 外距：
6) 圆曲线长：
7) 综合曲线长：
8) 主点桩号：
9) 对桩号为PL的任意一个曲线上中桩点坐标计算公式：
当 时有：
当 时有：
3． 坐标方位角计算模型
按结构化程序设计的方法，坐标方位角的计算分八种情况，如下模型可计算出任意两点的坐标方位角：
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
4．2．2 公路竖曲线计算模型
在公路纵断面上，相邻两坡段在变坡点处坡度发生急剧的变化。为保证车辆平稳运行，相邻坡段间以竖曲线连接。竖曲线可用抛物线或圆曲线相连，但实际上圆曲线和抛物线非常接近，因此在我国竖曲线都是由直线和圆曲线组合而成的。
如图4-2-3所示，设路线起点设计高程为H（0），起点桩号为L（0），任一变坡点桩号为L（I），相应竖曲线半径为R（I），变坡点之后一般纵坡为G（I），则有变坡点高程递推公式：
竖曲线要素可由以下公式推算：
坡度差
切线长
曲线长
外距
竖曲线起点桩号
竖曲线终点桩号
设任意一中桩桩号为PL，地面高程为DH，将图4-2-3中任一竖曲线段及该竖曲线前段直坡视为一计算单元，在此计算单元内，任一中桩设计高程
（直坡段）
（竖曲线段）
式中h为竖曲线段高程修正值，其值为：
填挖值
4．2．3 公路平曲线计算模型
在公路设计中，平曲线计算分直线段、缓和曲线段和圆曲线段三种情况，下面分别讨论。
1．直线段中桩及边桩坐标计算
如图4-2- 4所示，设点P为直线段上的点， KO′为起算点里程值，Kp为P点里程，前进方向上直线段的方位角为α,则在 坐标系中有:
(1)
(2)
其中，(1)式为中桩坐标，（2）式为边桩坐标。可以发现，（2）式是通用公式，当L边 为0时，（1）式等于（2）式。将（2）式换算到测量坐标系中有：
（3）
为测量坐标系起算点。
2．缓和曲线中桩与边桩的坐标计算
如图4-2-5所示，以ZH点为原点，ZH点切线方位角α方向为X′轴，建立 坐标系，XZH，YZH已知或根据（3）式求得，R为圆曲线半径， 为缓和曲线长， ，曲线左偏取+，右偏取- 。
（4）
P边 点坐标为：
（5）
左偏取+，右偏取- 。通用公式为：
（6）
3．圆曲线上中桩及边桩坐标计算
如图4-2-6所示，以HY点为坐标原点，以HY点切线方向 （右偏为 ）为X′轴建立 坐标系，HY点坐标已知或由（6）式求得， ，在坐标系 中，
（7）
（8）
曲线左偏取上符，右偏取下符，式（7）、式（8）可合并为式（8），L边=0时，即为中桩坐标计算。
在测量坐标系XOY中
（9）
4．2．4 公路里程桩计算显示模型
在公路工程施工图中，隧道、桥梁、涵洞、排水槽等的具体位置都是通过公路中线里程桩（桩号）来确定的，为将这些目标标定在图上或在图上实时显示公路桩号，必须将桩号换算成地图坐标或将公路在地图上的坐标换算成桩号。从地图显示到各种换算中都要用到公路中线桩号，可以说桩号的实时显示是一项重要的功能。本节探讨了公路中线上里程桩实时显示功能实现的原理和算法，并实现了这一功能。
在公路GIS中，通过鼠标在电子地图上沿着公路线的移动，实时显示出鼠标位置所在的里程桩，从而为图上定位和空间分析提供依据和参考。本文结合用VB与MapX开发的公路工程监理信息系统的实例，探讨了一种快速、简单可行的算法。
1．实现原理
公路桩号的实时显示是通过鼠标沿公路线的移动实现的。其具体实现过程如图4-2-7所示。
在VB中有关鼠标的事件有三个，如图4-2-8 所示：
（1）MouseDown事件
当鼠标被按下时事件激活。事件参数为（Button， X， Y）。其中X，Y为事件被激活时鼠标位置的屏幕坐标。
（2）MouseUp事件
当鼠标被放开时事件激活。参数同上。
（3）MouseMove事件
当鼠标在对象上移动时，事件被激活。事件参数同上。
所以，当鼠标在地图上移动时，将激活MouseMove事件。通过参数X，Y可以传递鼠标的当前坐标。但是,得到的坐标为屏幕坐标，需要进行坐标转换。我们借助于ActiveX控件MapX的ConvertCoord方法来把屏幕坐标（X，Y）转换成地图坐标（MX,MY）。
在公路线路中，公路中线的每个拐点处都设有里程桩，桩号用里程值表示，如K15+123.745。在地图上每个里程桩对应着一组坐标值，所以我们可以建立一个数据库，数据结构如表4-2-1所示：
表4-2-1 公路拐点数据结构
桩号 MX MY ……
K15+123.745 3860324.756 38504321.432 ……
…… …… …… ……
通过调用数据库，可以实现地图坐标与公路里程桩的关联。直线段可用内插的方法，缓和曲线和圆曲线段上的点则必须通过公式计算的方法解决，这样才能得到公路中线上任意一点准确的里程值并且实时显示。
2. 利用相邻点桩号计算鼠标点桩号模型
如图4-2-9所示，设光标点坐标为M (x,y)，首先判断M点是否在线段AB所形成的外接矩形内。若是，计算点M到直线的距离d，并认为鼠标M在直线上垂足的位置就是光标在该段轴线上的位置；若不是，判断下一条直线的外接矩形，直到判断出为止，如果M点不在所有外接矩形内，则认为光标不在公路轴线上，不用计算公路桩号。在外接矩形中，为了防止水平方向和垂直方向的直线无法形成外接矩形，可将直线起点坐标（X1，Y1）改为（X1+1，Y1+1），将直线终点坐标（X2，Y2）改为（X2-1，Y2-1）。
计算点M(x，y)到直线段(x1，y1)，(x2，y2)距离d的计算公式为：
为了加快计算速度，我们在计算时直接求距离的平方D作为 阀值。上式改为：
当上式在A、B点成立时，求出直线段MM′、MA及AM′的长度。从数据库中调出A点的桩号后加上AM′的长度就得到M′点桩号的里程值。
4．2．5 公路施工放样检查模型
在公路施工中，公路中线（桩）的放样精度对公路建设质量产生直接的影响。本节为监理工程师提供了一种快速检查公路中线放样点点位精度和位置的方法。程序框图模型如图4-2-10所示。
4．3 数据录入
在公路工程监理信息系统中，数据录入是一项复杂而繁重的工作。主要的数据录入工作有：带状地形图、公路设计图、公路设计数据、公路施工数据、多媒体数据等等。
4．3．1 地形图数字化
本节就利用MapInfo操作平台进行地形图的扫描矢量化工作进行了研究与分析，对用MapInfo进行地形图扫描矢量化的方法进行了总结。
1．空间数据的分层与编码
空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称为图层。图层是描述某一地理区域的某一（有时也可以是多个）属性特征的数据集。因此，某一区域的空间数据可以看成是若干图层的集合。
原则上讲图层的数量是无限制的，但实际上要受GIS数据结构、计算机存储空间等的限制。通常按实际需要对空间数据进行分层：
为便于进行各种查询和制作专题图，将地形图数字化时进行了分层和编码处理，具体如下：
地貌层 包括控制点（100），高程点（101），等高线（102），示坡线（103）；
水系统 包括符号、注记（200），河流（201），池塘、水库（202），地下沟渠（203），输水槽（204），倒虹吸（205），水井、机井（206）；
道路层 包括名称注记（300），道路边线（301），桥梁（302），涵洞（303），路内花池（304），说明（305）；
居民地层 包括注记（400），房屋（401），围墙（402），贮水池（403），附墙（404）；
面域 包括道路（601），旱地（602），草地（603），稻田（604），菜地（605），空地（606），其它地域（607）；
其它层 包括注记（500），斜坡（501），电力线（502），通讯线（503），地下管线（504），篱笆、铁丝网（505），独立地物（510），植被符号（520）；
图廓层 包括每幅1：2000地形图的图廓边线。
2．扫描要求与符号制作
MapInfo除了可以接受TAB、XLS、DBF、MDB 等矢量数据外，还可以接受BMP、TIF、GIF、JPEG、BIL、MIG、PCX、PCT等多种栅格图象格式，即可以接受大多数扫描软件和图象编辑软件处理的图象文件。
对于1/2000的地形图，图上各种要素一般在150dpi分辨率以上就可在MapInfo中辨认出。
地形图中的许多专业符号在MapInfo中都没有，但MapInfo提供有符号库，可将自己设计的点状符号存入MapInfo符号库中。利用Windows中的画笔创建位图。32位的MapInfo其位图大小为256K,16位的MapInfo位图大小为 64K，影像格式仅为单色、16色、256色，位图必须存放在MapInfo\Professional\CUSTSYMB子目录下。
点符制作关键在于位图定位点的确定及符号尺寸的设置。地形图符号按所代表的地物或表现外形，可分为点状符号、线状符号和面状符号类。
点状符号表示不依比例尺的小面积地物和独立的点状地物。它具有符号图形固定、定位方向确切的特点。
4．3．2 基本资料录入
1．公路设计资料录入
公路设计图一般都是由设计院用AutoCAD出的DXF格式的图纸。用MapInfo数据导入的方法将其转换成MapInfo格式的数据。
MapInfo可以转入和转出多种系统的数据格式，其中较重要的一种是AutoCAD的dxf。在转入dxf文件时应注意的是设置好坐标系统和单位，MapInfo系统的缺省坐标系统是一种等距离圆柱投影，使用经纬度坐标系（Longitude/Latitude）,坐标单位是度（degree），而我国大比例尺地形图多采用高斯投影和米制，因此，应正确选择坐标系统，如在相应的选择中可选择Gauss-Kruger(高斯—克吕格)或Nonearth(非地球)和m（米）。
转入dxf文件时，dxf文件层对应MapInfo的表（层），在dxf转入信息框中可选择层逐次转入，而不必一次全部转入。如果系统转出dxf，则一次转出一个层。
2．属性数据录入
属性数据录入主要包括设计数据录入、施工过程数据录入、档案资料录入等。本系统采用了公路设计中的许多算法，对设计数据只需按要求录入基本数据，其它大部分数据都可由程序自动计算得出，从而减轻管理人员的工作量。档案资料的录入采用了扫描存档的方法。施工过程数据主要靠程序员键盘录入。
3．多媒体数据录入
多媒体数据录入主要是指说明书及各种规范等文本文件、图象资料、影像资料等的录入。文本文件可通过扫描仪和汉字识别软件（OCR）将其转化为HTML格式的文件存入计算机。图象资料经扫描后按规定格式存入数据库中。影像资料转化成AVI格式文件后存入数据库。
4．4 DEM与断面计算
1．DEM简述
DEM即数字高程模型，是表示地形起伏的三维有限数字阵列，也就是用三维向量描述高程的空间分布：h=(x，y)。
土木工程是DEM应用最早的一个领域，或者说，数字地面模型的概念就是从土木工程设计中提出的。从1957年起，DEM就已经开始在高速公路设计中得到应用。公路设计主要涉及平面、纵横断面、土石方量、透视图等几个方面。在线路大体位置已定的情况下，DEM用于公路设计主要表现在不必进行进一步的野外测量，而由所建立的带状DEM内插出公路纵横断面坐标，自动绘制公路路线纵断面图，并由此计算出土石方的填、挖方量。
公路工程设计中，土石方量计算对工程投资影响较大。常规方法是实测沿线路条形地带的纵横断面，按照设计坡度和横断面的尺寸，计算相邻两横断面的挖填方量，分别累加各段的挖方和填方量，若挖填方总量不平衡，一般须调整各段的纵断面设计坡度，重新计算，直到全线挖、填方基本平衡为止。设计好公路后如果发生变化，以前的工作就必须全部推倒重来，工作量之大可想而知。
实际公路工程施工中，由于各种原因经常会发生设计线路变更问题，变更以后投资是增加还是减少？具体数额是多少？这是业主、承包商和监理工程师都非常关心的问题。利用DEM模型，根据重新选定的线路，随时可计算出变更后的土方量变化情况，从而为监理工程师迅速决断提供可靠依据。
2．系统中DEM的应用
DEM是一个数字高程模型，通过计算可从该模型中提取基本地形因子应用于工程建设中。在监理信息系统中主要用于：
•计算面积、体积、坡度（Area/Volume/slope）；
•纵、横断面(Profile/Section)；
•DEM相交求挖填方(Cut-Fill)；
•三维立体透视(3D)。
在系统设计过程中，为了实现上述目标，根据资料情况，按标段建立了带状DTM。具体方法分为三步。
1) 以1：2000带状地形图为基础，将所有高程点与等高线进行数字化并编码。
2) 采用带状不规则三角网（TIN¬－Triangulated Irregular Network）的方法建立DEM。
3) 在DEM的基础上建立计算面积、体积、坡度、纵横断面图、DEM相交求挖填方、三维立体透视等功能模型。
3．横断面计算模型
1）线路某处断面与地表交点计算
如图4-4-1所示，公路中线上某线段AB的方程为：
在线段AB上任意点M（x0，yo）处分别向两边作长为D的垂线MM1 、MM2，垂线M1 M2方程为：
即：
做一包含线段M1 M2且宽度为M1 M2的铅垂平面，求该平面与DEM表面的交点，设该平面与DEM的交点为1，2，3，4，…….，n；用内插的方法可求出每个交点的坐标（x1，y1，z1），（x2，y2，z2），（x3，y3，z3），……，（xn，yn，zn）。
2） 横断面计算
在施工过程中，路基宽度、边坡值、边沟尺寸及中桩点坐标等都是设计好的已知数据。利用这些数据与DEM叠加，可计算出断面中所有交点坐标。
路基横断面计算有全挖方、全填方和半挖半填（分左挖右填，左填右挖）三种情况，如图4-4-2所示为相对较复杂的半填半挖横断面图。程序设计方法如下：
程序分路中线左、右侧两个断面分别进行设计、计算，左侧断面设计、计算完成后，再用相同步骤进行右侧断面设计、计算，最后将左、右断面填、挖面积相加即得整个断面填挖面积。
由图4-4-2可以看出，根据路基边缘点A和路中心点O相对于地面线的位置，可以判断路基填挖形式。A、O两点均在地面线之上为全填，均在地面线之下为全挖，一个在地面线之上，一个在地面线之下为半填半挖。
根据A、O两点Z坐标值与相应地面点A′和中桩点Z坐标之差的正负可判别填挖断面形式。
3）断面点与地面线交点坐标求算
根据断面形式不同，有三种交点坐标需求算：
a) 断面形式为全填时，求算填方边坡线与地面线交点D；
b) 断面形式为全挖时，求算挖方边坡线与地面线交点E；
c) 断面形式为半填半挖时，求算路基顶面线与地面线交点C及1）或2）种交点。
在图4-4-2中，根据路基宽度、边坡值、边沟尺寸及地面线点坐标等已知数据，可建立设计边坡线、路基顶面线及各段地面折线段的直线方程，将这些方程联立求解，即可解算出上述三种交点坐标。
下面以图4-4-2中交点D坐标求算为例说明程序求交点坐标的方法。
图4-4-2中，人一眼就可看出D点落在地面线2点和3点之间的折线上，但计算机则需求出边坡线与每一折线的交点，当所求得的交点纵、横坐标界于折线两端点的纵、横坐标之间时，该交点即为真正所求之点。
设A点纵、横坐标为XA、ZA，地面线各点坐标为Xj、Zj（j=0，1，2，3，4……），则AD直线方程为：
地面点j和j+1构成的折线段方程为：
联解上两式得交点坐标：
若 ，则求得的不是真正的交点。此时可将j值加1 后。继续按上述步骤求解，直到 ，此时即搜索出真正的交点。
用同样的方法可求出2）、3）种交点坐标。
4）面积计算
将图4-4-2中填、挖断面各视为一封闭多边形，填挖面积即设计线与地面线所围多边形面积。多边形面积计算公式为：
式中n为多边形边数；xi 、zi为多边形各折点坐标，其值可由前述步骤求得，xn+1=x1、zn+1=z1。
5）挖、填方计算
求路线上某一段ZH1－ZH2的挖、填方量时，只要按照给定的步长d分别求出每一个断面的挖、填面积后，再进行累加就可求出该段的挖填方量。计算公式如下：
4．5 变更设计
在公路施工中，由于原设计的不合理性和一些不可预见的原因，工程变更设计贯穿于整个施工过程。
根据合同管理规定，对工程形式、质量、数量和内容上的任何变动，都应按合同条款对监理工程师变更权限的规定和监理服务协议书中业主对各级监理组织变更权限的授权进行审批，由监理工程师下达变更令，指令承包人实施。具体实施过程根据工程实际情况而定，如图4-5-1所示为《焦作至巩义黄河大桥及连接线工程》监理中的变更设计程序。
一般情况下，变更设计根据变更款项的大小分三级进行审批。当一项工程需要进行变更时，首先要考虑的是变更的必要性，然后根据投资大小和审批权限快速准确地对工程变更量做出决断，所以说变更设计的快速决断对工程施工具有非常重要的现实意义。上节对线路变更引起的挖、填方变化量进行的详细讨论就是一明证。本系统中对线路变更中的道路中线、宽度、竖曲线、平曲线、地面高程重测等变更进行了实现。
第五章 系统数据库设计
本章论述了根据系统需求分析而进行的系统数据库设计方法，包括数据的组织方式、数据库的逻辑结构设计、关系数据表结构设计、数据库功能设计和数据库的管理软件平台等。
5．1 数据库概述
1. 概述
数据库技术产生于六十年代末期，是一种较理想的数据管理技术。它包括对数据的组织、存贮、检索和维护。用计算机进行数据管理大体经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库管理三个阶段。
数据库可以看作是与现实世界有一定相似性的模型，是认识世界的基础，是集中、统一地存储和管理某个领域信息的系统，它根据数据间的自然联系而构成，数据较少冗余，且具有较高的数据独立性，能为多种应用服务。
2．数据库的组成
数据库作为一个复杂的系统，由以下三个基本部分构成：
1) 数据集。一个结构化的相关数据的集合体，包括数据本身和数据间的联系。数据集独立于应用程序而存在，是数据库的核心和管理对象。
2) 物理存储介质。指计算机的外存储器和内存储器。前者存储数据；后者存储操作系统和数据库管理系统，并有一定数量的缓冲区，用于数据处理，以减少内外存交换次数，提高数据存取效率。
3) 数据库软件。其核心是数据库管理系统(DBMS)。主要任务是对数据库进行管理和维护。具有对数据进行定义、描述、操作和维护等功能，接受并完成用户程序和终端命令对数据库的请求，负责数据库的安全。
3．数据库的主要特征
数据库与文件系统相比，具有更强的数据管理能力。数据库具有如下主要特征：
1) 数据集中控制。在文件管理中，文件是分散的，每个用户或每种处理都有各自的文件，这些文件之间一般是没有联系的，因此，不能按照统一的方法来控制、维护和管理。而数据库则很好地克服了这一缺点，可以集中控制、维护和管理有关数据。
2) 数据独立。数据库中的数据独立于应用程序，它包括数据的物理独立性和逻辑独立性，给数据库的使用、调整、优化和进一步扩充提供了方便，提高了数据库应用系统的稳定性。
3) 数据共享与并发控制。数据库中的数据可以供多个用户使用，每个用户只与库中的一部分数据发生联系；用户数据可以重叠，用户可以同时存取数据而互不影响，大大提高了数据库的使用效率。
4) 减少数据冗余。数据库中的数据不是面向应用，而是面向系统。数据统一定义、组织和存储，集中管理，避免了不必要的数据冗余，也保证了数据的一致性和完整性。
5) 数据结构化。整个数据库按一定的结构形式构成，数据在记录内部和记录类型之间相互关联，用户可通过不同的路径存取数据。
6) 统一的数据保护功能。在多用户共享数据资源的情况下，对用户使用数据有严格的检查，对数据库规定密码或存取权限，拒绝非法用户进入数据库，以确保数据的安全性、一致性和完整性。
4．数据库中实体与实体之间的关系
数据库中各种实体的联系是错综复杂、相互交错的，但其关系可以分为以下三种：
1) 一对一的关系。这是最简单的一种实体之间的联系，它表示两个实体集中的个体间存在的一对一的联系。记为1：1。
2) 一对多的关系。这是实体间存在的较普遍的一种联系，表示一种实体集E1中的每个实体与另一实体集E2中的多个实体间存在着联系；反之，E2中的每个实体都至多与E1中的一个实体发生联系。记为1：m。
3) 多对多的关系。这是实体间存在的最普遍的一种联系，表示多个实体集之间的多对多的联系。其中，一个实体集中的任何一个实体与另一个实体集中的实体间存在一对多的联系；反之亦然。记为m：n。
5．关系数据库范式讨论
范式是符合某一种级别的关系模式的集合。数据库设计中，为了消除数据库中的数据冗余，保证数据修改、增加和删除等操作的正常进行，一般要求数据库表满足第三范式（3NF）或BC范式（Boyce-Codd Normal Form，简称 BCNF）。在本系统的设计过程中，根据实际情况，对大部分的表只是满足了2NF的要求，下面进行讨论。
衡量一个数据库设计性能的两个重要标准是计算量和存贮量。
规范化是Codd于70年代首先提出的，在关系数据库设计中被广泛使用，特别是3NF和BCNF是最常用的两种范式，在这两种范式的基础上，就能保证对数据库的正常操作，如对数据修改、增加、删除等。但范式要求越高，表格分的越细，则表格就越多。由于表多，在数据查询的计算中会经常计算整个表的并集，这种计算的计算量很大，与表数的关系为非线性关系，必将降低数据库的性能。所以，规范化与逆规范化的运用要根据具体问题而定。
经过规范化的表结构由于消除了数据冗余，其总体存贮量降低了，但必须注意到，表的增多同样存在着存贮空间的数据重复，这是因为在两个表或关系之间，是通过外部关键字来建立联系的，从而在这些表中这些外部关键字至少被存储两遍。
从以上可看出在数据库设计中应注意：
1) 逆规范化过程可以提高数据库的查询响应速度，提高数据库的性能，但会引起一些数据修改的复杂性，一般多用于不常改动的表格，以便少因修改数据而带来的复杂计算。
2) 逆规范化过程可用于1：M关系的合并，对N：M关系的合并应根据具体应用情况而定，合并会引起存储空间的增加。
3) 若要经常计算几个关系的并集，或对数据库的查询响应速度要求较高，则在数据的设计中要考虑使用决策规范化方法。
5．2 数据库结构
1．数据库管理系统
数据库管理系统(DBMS)是处理数据库数据存取和各种管理控制的软件。它是数据库系统的核心，应用程序对数据库的操作全部通过DBMS进行。数据库管理系统(DBMS)通常具有如下功能：
数据库定义功能。用数据库的数据描述语言DDL来定义概念模式、外模式和内模式，也就是说，具有给出数据库框架的功能。如定义数据库的逻辑结构、数据库的存贮结构、定义数据项、建立记录类型、定义记录间的关系、指定安全控制要求等。
数据库管理功能。指对数据进行更新、存取等控制功能。通常提供有数据操作语言来做为用户和数据库之间的接口。常用的数据库管理功能如：从数据库中检索出满足条件的数据、向数据库中插入数据、删除数据、修改数据、进行控制操作(如并发控制)等。
数据库维护功能。数据入库需要维护，通常包括如下工作：
I. 改善系统的性能：及时掌握数据库的性能变化，性能下降时应进行干预，如对数据进行重新整理和组织。
II. 受损后的复原：一方面应能防止各种非法的数据库操作，另一方面当数据库受损后，应具有复原的手段。
III. 用户管理：对用户应统一管理，分配使用权限，防止非法使用。
IV. 拓宽数据库用户的要求：根据用户要求，修改数据模式，根据新模式重新组织数据。
通讯功能：应具有与操作系统、各种编程语言以及与其它数据库通讯的能力。
地理信息通过数据采集和编辑以后，送入到计算机的外存设备。对于海量的空间数据，再采用文件系统的方法来管理是肯定不行的，必须采用数据库技术进行管理。因此，空间数据库成了GIS研究的重要课题。空间数据库是地理空间数据的集合，是一种与现实的地理世界保持一定相似性的实体模型。
2．公路工程监理信息系统数据库结构
本系统数据库总体设计如图5-2-1所示。根据系统需求分析，按不同需要共建立四个库，分别存放地图数据、设计资料数据、施工资料数据和多媒体数据。
5．3 系统数据库关系模型
1．HCMIS数据库关系模型
在本系统的设计过程中，数据库设计是系统设计的关键。根据用户需求分析，系统的信息主要来自四个方面，即基本地形图、设计资料、施工资料和多媒体。为此，系统建库时也按相应的信息建立了四个库，它们相互之间通过关键字进行连接，具体关系如图5-3-1所示。
2．图形库内部关系
3．设计资料库内部关系
4．施工资料库内部关系
5．多媒体库内部关系
5．4 ADO技术的应用
在Windows平台上开发数据库最常用的方法是使用ODBC（Open Database Connectivity）。ODBC是一种标准的编程语言，用于连接各种数据源，不同的数据源由不同的底层ODBC驱动程序驱动。各数据库软件厂商都提供了ODBC驱动程序，目前ODBC驱动程序已超过100多个，差不多所有的数据库都可以通过ODBC进行访问。
在ODBC之后，Microsoft又推出了RDO和DAO，RDO可用于创建和维护远程ODBC数据库系统组件，它提供了一个自动化对象库，可在BASIC语言中方便使用；DAO提供了两种访问数据库的方法；一种方法是通过Microsoft Jet 数据引擎对Microsoft Jet 数据库（.mdb）和ISMA（Indexed Sequential Access Method ）数据进行快速高效的访问；另一种方法是通过ODBCDirect（在DAO 35版本中新增加的）直接访问ODBC数据源，虽然通过Jet 数据引擎也可以访问ODBC数据源，但通过ODBCDirect 访问数据源更快。
本系统的数据库访问采用了目前最新的技术，基于COM的OLE DB和ADO。OLE DB可以认为是ODBC的替代品，它不再局限于关系数据库，而是几乎适应于所有的线性数据，ADO是建立在OLE DB上层的自动化对象库，它可广泛应用于各种脚本语言中，这为脚本代码访问数据库提供了极大的便利。OLE DB/ADO包含数据访问的三个层次：数据提供者（ Data Provider）、服务组件（Service Component）、消费者（Consumer）。由于采用了开放的COM接口，增加数据源支持变得更加容易，数据提供者只需提供一些基本的服务，在应用层上的数据消费就可以获得各种服务组件提供的服务。
属性数据库主要用于实体属性数据的存储和管理，是系统的主要组成部分之一。本系统中，将属性数据存放于关系数据库MS Access中，将地图数据存放于MapInfo库中。
5．5 SQL结构化查询
SQL（Structured Query Language）语言是1974年由Boyce和Chamberlain提出的。1986年10月，美国国家标准局（ANSI）批准SQL作为关系数据库语言的国家标准。SQL是关系型数据库应用的编程语言，它为应用程序设计人员和软件开发人员提供了高效的软件开发工具，也为其它行业提供了优秀的信息管理工具。
SQL的核心是数据库查询，它提供了表的操作符，它的功能包括查询（Query）、操纵（Manipulation）、定义（Definition）和控制（Control）四个方面，是一种综合的、通用的、功能强大的关系数据库语言。¬¬［34］
SQL可定义为三个部分：
数据定义语言（DDL）
数据处理语言（DML）
数据控制语言（DCL）
使用DDL可以创建和删除表、模式、域、索引和视图，并可对它们进行修改。如创建表〈工程量清单〉可用如下方法：
Create Table工程量清单(
编号 CHARACTER(10),
项目名称 CHARACTER(30),
支付单位 CHARACTER(8),
数量 FLOAT NOT NULL,
费率 FLOAT NOT NULL,
金额 FLOAT NOT NULL )
使用DML可以处理数据库中的数据部分。在DML中主要语句有：SETECT、INSERT、UPDATE和DELETE。SELECT是SQL中最常用的命令，如查询6标段工程量清单中金额大于50万元的项目名称可用如下方法：
SELECT 编号，项目名称，金额
FORM 工程量清单
WHERE 标段=6 and 金额 > 500000
使用DCL可为数据库提供安全保证。数据控制语言有四个命令：COMMIT、ROLLBACK、BREAK和REVOKE。COMMIT命令通过限制对数据库进行修改而实现对数据库的保护；ROLLBCK命令可将系统恢复到数据库上一次改变前的状态，如果前一次输入有误，可通过这个命令取消操作，并将数据库恢复到前一状态。
在本系统的实现过程中，所有的数据库操作都用到了SQL。通过使用发现，SQL的功能强大，通用性好，是一种非常友好的关系数据库操作语言。
第六章 公路工程监理信息系统简介
本章节介绍了公路工程监理信息系统运行的软硬件环境、基础平台，以及该系统的主要功能。
6．1 系统运行环境
1． 1．硬件环境
Pentium450以上多媒体微机一台；要求64M以上内存，15寸以上彩色显示器，16M显存，10G以上硬盘；
A3 幅面彩色喷墨打印机一台；
A3 幅面扫描仪一台。
2． 2．硬件建议配置
Pentium600以上多媒体微机一台；要求128M以上内存，21寸以上彩色显示器，32M显存，30G以上硬盘；
A3 幅面彩色激光打印机一台；
A3 幅面扫描仪一台。
3．软件环境
操作系统： Microsoft Window 98或 Windows NT；
基础地理信息系统平台： MapInfo5.0，MapX3.5；
属性数据库：Ms Access97 ；
其它软件： Ms Excel、Ms FrontPage等；
4．开发工具
Visual Basic 6.0。
6．2 系统功能简介
该系统是为监理工程师在整个施工过程中服务的，能够对输入的信息根据需要进行计算、统计分析、报表打印等。对图形进行漫游、放大、缩小、量算、分析、图形打印等。系统主界面如图6-2-1所示。
1. 系统基本功能
1) 1) 数据输入
包括图象扫描输入、表格数据录入、设计数据录入、属性数据录入、文本资料录入及施工现场采集数据的录入。如图6-2-2所示为数据编辑主界面。
2) 2) 数据输出
主要包括屏幕显示、文件保存和打印机输出。本系统对屏幕显示内容可直接打印机输出；对分析计算得出的结果可以文件形式保存；对查询、统计、分析所得的各种表格资料打印机报表输出，并可绘制指定区域的地形图、断面图。
3) 3) 测量功能
是指对空间实体和实体间关系的几何测量，包括以下子功能：计算两点间的直线距离；计算两点间的曲线距离和折线距离；可近度分析；计算高程范围内任意区域的地表面积（场地清理）、体积及按给定高程后拉平区域所需的挖方、填方量。
4) 4) 安全报警功能
对于工程施工中有规定施工期限或数量的项目，未到或超出施工期限或数量，系统会自动发出危险警告，并提示处理措施。
5) 5) 数据编辑
包括对各种数据的增、删、改，对对象的分解、合并，对指定区域的删改等。
6) 6) 地图操作功能
包括对图形进行任意放大、缩小、漫游、分层（类）显示等。
7) 7) 查询分析功能
对道路各部分具体属性进行定性、定量查询或模糊查询。如查询工程进程图表；查询任意指定地点的横断面图和纵断面图；查询任意代号或名字的桥涵属性；查询任意一桥梁立柱的高度、材料、施工日期、进度、造价等属性；查询某日至某日施工的桥梁立柱根数及属性等等。属性数据查询如图6-2-3所示。
2. 重点功能介绍
1) 1) 口令设置
为了保证系统的安全，设计了系统管理员口令与用户口令，系统管理员对系统操作具有完全的控制权，用户只能进行一般的资料查询。对于输入数据库的重要信息如删除所有数据库资料、系统基本信息输入等只有系统管理员才有权进行更改。
2) 2) 数据库维护与安全
对于GIS来说，数据的价值往往要超过系统软硬件环境，所以对数据库在维护与安全方面就要有严密的保护措施，在本系统中对系统数据库的维护与安全采用了如下方法：
口令进入，只有系统管理员与合法用户可以访问系统数据库；
数据备份，对数据库中的所有资料提供了硬盘备份功能；
数据库压缩，由于对数据记录经常的修改，数据库中的记录会产生大量的冗余，使用该项功能可对数据库进行整理，提高数据库查询速度；
数据库修复，对于突然断电、关机或死机等意外情况造成正在使用的数据库出错、损坏等问题，使用该项功能可使数据库恢复正常。
3) 3) 公路纵、横断面图
选中工具条上横断面图按钮后，用鼠标在线路上单击，只要鼠标到线路的距离小于设定的值就可显示出公路在该点的横断面图，如图6-2-4为公路横断面图输出。公路纵断面设计与地面线测量数据都保存于数据库中，选择菜单[地图]中的[公路纵断面图]就可显示。如图6-2-5为公路纵断面图输出。
4) 4) 变更资料管理
将变更资料直接输入数据库，通过数据库管理系统对变更资料进行重新组合计算，并自动更新变更后的地图资料库。如道路设计轴线的改变、道路宽度的变化，道路设计曲线元素的改变等。
5) 5) 土方量计算
分别输入前后两点的桩号和目前完成标高，就可计算出该段公路土石方挖方、填方总量、目前已完成数量和剩余量。如图6-2-6所示。
6) 6) 施工放样检查
输入某一点桩号，可立即计算出该点的地面标高、断面设计标高及该断面填挖高度，如图6-2-7所示。
在任一已知控制点上架设仪器，输入仪器高、照准点标高、实测水平角、垂直角、实测距离、检查点桩号，可立即计算出公路中线与设计值的偏差。如图6-2-8所示。
7) 7) 统计图表
对工程进度根据进度统计分析可进行工程竣工时间预测，如图6-2-9所示。根据进度统计可编辑桥梁工程完成进度图，如图6-2-10所示；将当月完成情况与计划完成数量相比较得出的工程月进度完成情况统计图，如图6-2-11所示；对工程投资进行分析可统计出标段投资累计曲线图，如图6-2-12所示；也可统计出每个月所有标段的投资情况，如图6-2-13所示的工程投资统计图表。
8) 8) 多媒体查询
对某些具体属性可进行声音、文本、视频及图片等多媒体查询。如图6-2-14所示为对黄河公路大桥进行的说明书查询。
图 6-2-1公路工程监理信息系统主界面
图 6-2-2 数据编辑主界面
图 6-2-3 属性数据查询
图 6-2-4 公路横断面图输出
图 6-2-5 公路纵断面图输出
图6-2-6（a）挖填方计算
图6-2-6（b）挖填方计算结果
图6-2-7 公路中线高程检查
图6-2-8 施工放样点检查
图6-2-9 工程实际进度预测
图6-2-10 桥梁施工进度示意图
图6-2-11 月进度完成情况统计图
图6-2-12 投资累计曲线图
图6-2-13 工程投资统计图表
图6-2-14 多媒体查询
结束语
公路建设的快速发展迫切需要公路工程监理信息系统，但国内目前在这方面的研究不多，本文所进行的研究也只是一个尝试。作者在深入、系统地研究了公路工程施工方法的基础上，对系统的总体设计方法进行了探讨，开发了公路工程监理信息系统，实现了其中的大部分设计功能。得出几点体会如下：
1、用MIS与GIS对公路工程施工全过程进行量化管理，可准确监控工程施工的质量、进度、投资，提高监理工程师工作效率，节约大量的不合理开支，对保证工程顺利完成具有重要意义。
2、公路桩号与测量坐标系之间换算采用了自己建立的模型算法，实现了只需输入公路中线转角元素，就可自动实现整个线路中桩与边桩的快速计算与显示，具有较强的应用价值。
3、在公路中桩施工放样方面设计了合理的算法，实现了在已知点和未知点处都可快速准确地放样公路中桩。
4、在土石方计量方面采用了DEM模型算法；并设计了线路实测检查计算的方法，大大提高了工程土石方量的计算精度。
5、本系统在设计与实现过程中采用了大量的集成技术，特别是用MapX进行图形显示，满足了系统设计要求。实践证明，集成常用软件可提高编程效率。
6、随着计算机软、硬件技术的发展，大容量的硬盘和高速度的CPU对一般中小形数据库快速查询来说已不成问题，数据库开发过程中应把重点从减小数据冗余和提高查询速度转移到数据库的易操作性方面。
7、工程（专题）GIS是将来GIS走向市场的一个重要方向，具有广泛的应用价值。本文对用COM技术集成开发系统进行了研究，取得了较好的效果。实践证明，GIS控件化是专题GIS发展的一个大趋势。
由于时间紧迫及作者在公路工程施工方面的知识比较缺乏等方面的原因，系统目前只是进行了初步的研究与实现，需要进一步解决的问题还有许多。下一步要做的主要工作有：
1、在整个系统设计与实现过程中，充分考虑了系统的通用性。但每个工程都有其特殊性，不同工程施工方法不尽相同，在今后的实际工程中，有许多新的功能还需进一步补充、完善。
2、在质量控制中，有些地方还不尽如人意，主要是质量控制内容如何才能转化为量化方面。
3、网络是发展的必然，系统的实用化自然离不开网络。本系统的第一版是单机版，可为监理工程师决策提供参考。第二版应该是实现以总监为中心，以监理工程师和各标段工程师办公室为节点的以太网。各标段只要将上报资料通过电子邮件发给需要签字的监理工程师，监理工程师通过电子签名就可解决问题。
附 录
一. 发表文章统计
在院三年学习期间，共发表学术论文4篇，具体如下：
1．磁偏角的自动解算．军事测绘．2001年第二期．2001年3月．第一作者．
2．公路工程监理信息系统的设计与实现．测绘学院学报．第18卷第二期．2001年6月．第一作者．
3．公路工程施工管理信息系统设计． ’2000新技术在工程建设中的应用研讨交流会论文．2000年10月．福州．第一作者．
4．在VB6.0环境下实现公路桩号的实时显示． ’2000新技术在工程建设中的应用研讨交流会论文．2000年10月．福州．第二作者．
二．参加课题情况
在教研室与焦作市公路管理局合作课题《公路工程监理信息系统》的研制开发中，参加了用户需求分析，独立完成了系统总体结构设计，独立完成了系统模块设计与大部分程序编制。完成了课题鉴定必需材料：系统帮助文件、系统操作手册、系统技术报告、系统研制报告。
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致 谢
值此论文完成之际，首先感谢我的导师杨志藻副教授和焦作公路管理局张习贤高级工程师。感谢杨志藻副教授三年来对我的悉心指导和培养，使我得以顺利完成论文。他渊博的知识、敏捷的思维、开朗的性格，严谨求实的作风给我留下了深刻的印象，使我受益菲浅。导师张习贤高级工程师对我严格要求，悉心指导，使我在系统开发过程中学到了很多公路施工方面的知识，为系统研制的顺利完成奠定了理论基础。他在百忙中挤时间修改论文，提出许多中肯建议，使我思路顿开。在此，向两位导师致以学生最诚挚的谢意！
感谢工程测量教研室李爱民硕士为课题研制所做的大量工作。
感谢工程测量教研室的李广云教授、徐忠阳副教授，孙现申副教授、季红专硕士；感谢GIS教研室的郭建忠博士和普测教研室的王同和博士。是他们毫无保留的帮助，才使我顺利地完成课题的研究。
感谢研究生培训中心的杨民杰主任、张现水政委及前政委孙继阔；感谢研究生科的陈四清科长、方斌参谋、李大伟参谋；感谢九八级同学孟炳林、高博、张云彬、李辉、杨哲海、刘利、赵东明、游代安、张轶等，是他们在工作、学习和生活上给了我大量的指导和帮助，才使我的论文能够顺利完成。
感谢我的爱人王素桃女士对我的理解与支持，没有她三年来为家庭做出的牺牲，我就不可能有今天完成论文的机会。
最后，谨以此文献给所有曾经关心、帮助和鼓励过我的人！
封 面
摘 要
Abstract
第一章 绪 论
第二章 公路工程监理概述
第三章 用户需求分析与集成设计
第四章 系统总体设计与建模
第五章 系统数据库设计
第六章 公路工程监理信息系统简介
第七章 结束语
附录
参考文献
致 谢
