宋博

（甘肅暢隴公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究院有限公司，甘肅蘭州 730010）

0 引言

截至2022 年4 月，我國(guó)公路里程已經(jīng)達(dá)到528 萬(wàn)公里，實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的公路135.6 萬(wàn)公里、修復(fù)養(yǎng)護(hù)165.2 萬(wàn)公里，實(shí)施安全生命防護(hù)的公路工程116 萬(wàn)公里，改造危橋5.8 萬(wàn)座。可見，在我國(guó)公路交通的發(fā)展中，公路養(yǎng)護(hù)與管理工作是重中之重。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，相關(guān)部門應(yīng)重視在公路養(yǎng)護(hù)管理中應(yīng)用信息技術(shù)，采集并分析公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，以提升養(yǎng)護(hù)管理水平。

1 公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)建設(shè)的重要性

1.1 節(jié)約運(yùn)維成本

公路交通的里程較長(zhǎng)，且廣泛分布于全國(guó)各個(gè)地區(qū)，在對(duì)公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理時(shí)，涉及很多學(xué)科技術(shù)，需要養(yǎng)護(hù)管理人員掌握多種學(xué)科的專業(yè)技術(shù)，尤其是信息技術(shù)。由于依靠人力對(duì)公路進(jìn)行巡檢的效率較低，且可能增加運(yùn)維成本，而建設(shè)基于GIS 技術(shù)的公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)，可以通過先進(jìn)的信息技術(shù)對(duì)公路交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)公路存在的問題，并采取合理的措施及時(shí)解決，能有效節(jié)約運(yùn)維成本[1]。

1.2 保障交通安全

為確保公路交通安全，促進(jìn)公路交通健康發(fā)展，公路養(yǎng)護(hù)管理相關(guān)部門應(yīng)重視公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)建設(shè)。

公路交通結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，包括隧道、橋梁等設(shè)施，環(huán)境也十分多樣，不僅包括平原，還包括高山、峽谷等區(qū)域。因此，進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)時(shí)，不僅要對(duì)公路路面、橋梁、隧道結(jié)構(gòu)等進(jìn)行維護(hù)，還要合理布置、維護(hù)交通標(biāo)志、照明設(shè)施及通信設(shè)備等，以有效降低公路交通事故發(fā)生率[2]。

建設(shè)公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)對(duì)道路狀況和周圍環(huán)境進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，有助于加強(qiáng)對(duì)交通安全事故的預(yù)防，更有效地保障交通安全。

2 基于GIS 技術(shù)的公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1 信息化系統(tǒng)分析

建設(shè)公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)時(shí)需要利用地圖數(shù)據(jù)及公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，其中地圖數(shù)據(jù)應(yīng)包括各級(jí)區(qū)域的劃分標(biāo)記，各級(jí)公路的劃分標(biāo)記，橋梁、隧道及高速路口標(biāo)記，各級(jí)公路路線，河流、鐵路、土路標(biāo)記，城市、村屯標(biāo)記等。相關(guān)部門應(yīng)通過測(cè)繪技術(shù)獲取地圖數(shù)據(jù)，然后將其導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)符號(hào)[3]。

公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)包括由專業(yè)設(shè)備檢測(cè)采集到的數(shù)據(jù)、人工日常記錄的數(shù)據(jù)等。前者主要包括道路的路線、形狀、平整度、路面彎沉情況以及車轍情況等，后者主要包括路基、路面、橋梁和隧道的損壞、病害情況，對(duì)應(yīng)的施工技術(shù)等。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，地圖數(shù)據(jù)基本可以自動(dòng)錄入，公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)則需人工錄入。

為提升公路養(yǎng)護(hù)計(jì)劃和規(guī)劃的科學(xué)性，保證各項(xiàng)工作有條不紊地進(jìn)行，進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，工作人員首先要解決的是數(shù)據(jù)采集效率低、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問題。

2.2 構(gòu)建系統(tǒng)的總體框架

進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，可應(yīng)用瀏覽器或者服務(wù)器進(jìn)行總體框架的架構(gòu)，總體框架包括三層：底層數(shù)據(jù)層、中間服務(wù)層以及上層應(yīng)用層。

在具體設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)層可利用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MongoDB 和空間型數(shù)據(jù)庫(kù)PostgreSQL 存儲(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、文件數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)[4]。服務(wù)層的設(shè)計(jì)目的主要是為公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交互、分析和處理的平臺(tái)，同時(shí)提供地圖服務(wù)。在服務(wù)器上進(jìn)行服務(wù)層設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并按照一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)綉?yīng)用層。

設(shè)計(jì)公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)的服務(wù)端業(yè)務(wù)后臺(tái)時(shí)，可利用微服務(wù)技術(shù)進(jìn)行架構(gòu)，這樣有利于該系統(tǒng)功能在服務(wù)中的展現(xiàn)，從而對(duì)解決方案進(jìn)行解耦，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。在微服務(wù)架構(gòu)中，采取模塊化設(shè)計(jì)方式，將該系統(tǒng)劃分為養(yǎng)護(hù)巡查、養(yǎng)護(hù)資金、養(yǎng)護(hù)考評(píng)模塊，再利用SpringBoot 對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和處理，并將數(shù)據(jù)變?yōu)镴SON 格式實(shí)現(xiàn)交互。

服務(wù)層通過WebGIS 技術(shù)可以為公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)提供地圖服務(wù)，在實(shí)際的應(yīng)用中主要利用GeoGerver 進(jìn)行地圖的發(fā)布，用戶可以通過GeoGerver對(duì)GIS 數(shù)據(jù)進(jìn)行查看與編輯，并根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建地圖，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分享。進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采取Web 地圖切片技術(shù)實(shí)現(xiàn)地圖的發(fā)布，然后利用矢量瓦片技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理并在服務(wù)器中進(jìn)行儲(chǔ)存。公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)的應(yīng)用層位于終端設(shè)備上，可以實(shí)現(xiàn)和用戶的交互，促進(jìn)數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用。

應(yīng)用層可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行展示和操作，利用圖表和矢量瓦片地圖等手段表達(dá)出公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)。在構(gòu)建公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)時(shí)，工作人員可以利用JavaScript 框架，通過Vue-router 實(shí)現(xiàn)路由跳轉(zhuǎn)，建設(shè)基礎(chǔ)組件庫(kù)和圖表組件庫(kù)，在后臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。Web 瀏覽器在開展地圖服務(wù)時(shí)，通過渲染技術(shù)（Web-GL），借助于系統(tǒng)顯卡可以完成2D 地圖和3D 地圖的展示[5]。該系統(tǒng)在應(yīng)用渲染技術(shù)進(jìn)行矢量瓦片地圖的渲染時(shí)，選擇MapboxGL 庫(kù)，以確保渲染的高性能，并對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效解析，生成各種形態(tài)的場(chǎng)景地圖。

2.3 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)功能

進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)公路養(yǎng)護(hù)的實(shí)際需求，可設(shè)計(jì)巡查管理、資金管理和考評(píng)管理三個(gè)模塊。

在公路養(yǎng)護(hù)管理工作中，巡查管理的主要內(nèi)容有：公路路段的日常養(yǎng)護(hù)、保潔、排水、路基保養(yǎng)、維修以及病害處理等，同時(shí)需要進(jìn)行橋梁、隧道、沿線設(shè)施的檢查、保養(yǎng)和維修，在特殊天氣還需要對(duì)路面進(jìn)行處理，如在冬天進(jìn)行冰雪清理等[6]。

設(shè)計(jì)公路養(yǎng)護(hù)信息化管理系統(tǒng)時(shí)，需整合公路巡查的相關(guān)工作，通過Web 端和移動(dòng)端APP 的交互，建立巡查管理系統(tǒng)，由巡查工作人員在巡查過程中于APP 上進(jìn)行信息更新，然后由管理人員對(duì)信息進(jìn)行審批，審批結(jié)束之后系統(tǒng)通知工作人員對(duì)公路問題進(jìn)行處理。問題處理過程中，巡查管理系統(tǒng)需要針對(duì)更新的信息，及時(shí)給出人工和材料等信息，問題處理好之后進(jìn)行處置信息上報(bào)。公路管理人員應(yīng)根據(jù)工作人員上報(bào)的信息對(duì)公路處理情況進(jìn)行驗(yàn)收。

利用GIS 技術(shù)，Web 地圖可以繪制出巡查工作人員的路線，實(shí)現(xiàn)巡查工作的可視化管理。該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中可以為管理人員提供巡查工作進(jìn)展和養(yǎng)護(hù)服務(wù)情況，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)信息和養(yǎng)護(hù)工作的一體化管理[7]。

在不同等級(jí)公路的養(yǎng)護(hù)過程中，需要根據(jù)公路等級(jí)和養(yǎng)護(hù)手段的不同，采取定額管理和項(xiàng)目管理辦法，對(duì)公路養(yǎng)護(hù)資金進(jìn)行有效管理。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工作人員應(yīng)根據(jù)定額管理辦法，設(shè)計(jì)計(jì)量支付模塊，對(duì)養(yǎng)護(hù)過程中使用的材料、人力、設(shè)備等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，建立數(shù)據(jù)模型，促進(jìn)養(yǎng)護(hù)資金的合理分配，控制公路養(yǎng)護(hù)的成本。

進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)管理工作時(shí)，可以利用信息化管理系統(tǒng)，建立考評(píng)管理模塊，對(duì)公路養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行考評(píng)。在具體工作中，工作人員應(yīng)以數(shù)據(jù)采集車采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立考評(píng)管理模塊，根據(jù)對(duì)公路的養(yǎng)護(hù)情況對(duì)養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行打分，并使用相機(jī)拍照記錄，再利用GPS 定位系統(tǒng)對(duì)道路坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記?？荚u(píng)管理模塊針對(duì)采集車采集的相關(guān)信息進(jìn)行分析，可以自動(dòng)生成公路網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量評(píng)價(jià)內(nèi)容，管理人員可以通過質(zhì)量評(píng)價(jià)了解公路養(yǎng)護(hù)的實(shí)際狀況，同時(shí)對(duì)工作人員進(jìn)行績(jī)效考評(píng)，提高工作的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化。

2.4 系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

設(shè)計(jì)公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)在時(shí)需要開發(fā)出多個(gè)功能模塊，還要與路政系統(tǒng)、建設(shè)系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)平臺(tái)等進(jìn)行連接，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，微服務(wù)架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)解耦，以實(shí)現(xiàn)不同服務(wù)的獨(dú)立部署，使其具有可拓展性，能夠?qū)Ψ?wù)進(jìn)行延展。

單體架構(gòu)的模式無法適應(yīng)當(dāng)前業(yè)務(wù)拓展和模塊功能交互的需求，因此工作人員進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要開發(fā)微服務(wù)技術(shù)，建立彈性接口，以應(yīng)對(duì)多種服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，工作人員可開發(fā)矢量瓦片地圖技術(shù)，可以通過對(duì)金字塔模型的應(yīng)用，對(duì)多分辨率的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，保留屬性數(shù)據(jù)，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)量，實(shí)現(xiàn)地圖響應(yīng)速度的提升[8]。矢量瓦片地圖技術(shù)在應(yīng)用時(shí)主要是通過數(shù)據(jù)分割技術(shù)，將數(shù)據(jù)分割成較小的單元，再進(jìn)行繪制數(shù)據(jù)的傳輸，而繪制數(shù)據(jù)在前端已經(jīng)被定義，可以實(shí)現(xiàn)地圖樣式的配置和圖層分級(jí)。

3 公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 養(yǎng)護(hù)巡查APP

公路養(yǎng)護(hù)人員在日常巡查過程中，使用養(yǎng)護(hù)巡查APP 可以實(shí)現(xiàn)日常數(shù)據(jù)的更新和養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的上報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)人員和管理人員之間的溝通，完善養(yǎng)護(hù)工作計(jì)劃，使公路養(yǎng)護(hù)工作更加科學(xué)、規(guī)范。

養(yǎng)護(hù)巡查APP 的主要功能有公路養(yǎng)護(hù)工作的查詢、上報(bào)和處置，巡查工作人員在使用養(yǎng)護(hù)巡查APP的時(shí)候可以進(jìn)行巡查和工作的創(chuàng)建、巡查地點(diǎn)的確定以及巡查路線的記錄[9]。養(yǎng)護(hù)巡查APP 還可以根據(jù)公路的路況檢測(cè)指數(shù)，結(jié)合巡查數(shù)據(jù)情況，確定養(yǎng)護(hù)類型及養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行拍照上傳，確定工程量信息，然后將其傳輸?shù)较到y(tǒng)中。管理人員可以對(duì)養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行查詢，對(duì)巡查工作人員的工作進(jìn)行驗(yàn)收。養(yǎng)護(hù)巡查APP 工作流程如圖1 所示。

圖1 養(yǎng)護(hù)巡查APP 工作流程圖

3.2 信息采集車

應(yīng)用GIS 技術(shù)對(duì)公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要獲取全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，因此可以進(jìn)行信息采集車的開發(fā)和應(yīng)用，通過車載采集軟件對(duì)公路的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

在具體工作中，信息采集車可以通過車載GPS 系統(tǒng)、編碼器和全景相機(jī)對(duì)公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。首先，需要導(dǎo)入行政區(qū)劃地圖和任務(wù)表；其次，需要利用GPS 系統(tǒng)獲取巡查軌跡和公路定位；最后，根據(jù)公路評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)公路養(yǎng)護(hù)的實(shí)際情況，采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。采集工作結(jié)束以后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)生成扣分表，然后通過Web 端的導(dǎo)入模塊上傳到服務(wù)器進(jìn)行管理。

3.3 養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)

養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)是重要的功能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)巡查工作進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，根據(jù)地圖數(shù)據(jù)，對(duì)巡查軌跡進(jìn)行可視化管理，并對(duì)養(yǎng)護(hù)管理工作進(jìn)行分類，通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用提高公路養(yǎng)護(hù)管理效率[10]。

在養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)中，管理人員可以通過接入地圖服務(wù)對(duì)公路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行展示，并通過GIS 技術(shù)對(duì)巡查工作進(jìn)行分析。資金管理模塊可導(dǎo)入地方養(yǎng)護(hù)定額，以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料單價(jià)的管理，分析資金的使用情況，為地方養(yǎng)護(hù)定額的修訂提供可靠依據(jù)。考評(píng)管理模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的科學(xué)管理和分析，確定扣分情況，統(tǒng)計(jì)扣分信息。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，利用瀏覽器或者服務(wù)器構(gòu)建系統(tǒng)的總體框架，合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層，并開發(fā)系統(tǒng)的巡查管理、資金管理以及考評(píng)管理體系等，建設(shè)基于GIS 技術(shù)的公路養(yǎng)護(hù)管理信息化系統(tǒng)，可為公路的養(yǎng)護(hù)和管理工作提供可靠的信息化服務(wù)。