基于SOA的道路巡查系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

摘 要：根據(jù)我國道路養(yǎng)護巡查共性業(yè)務需求，以GIS技術(shù)為支撐，采用面向服務（SOA）思想建立一套集數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、分析決策于一體的、基于“云+端”模式的道路養(yǎng)護和路政巡查信息化管理系統(tǒng)。系統(tǒng)能為道路養(yǎng)護巡查提供直觀、有效的管理手段，能提供及時、準確的路況設施信息，實現(xiàn)案件快速上報、快速派發(fā)和快速解決，為道路養(yǎng)護巡查日常管理和應急搶險提供科學決策支持，有效地解決了道路養(yǎng)護巡查過程中信息集成難、隱患定位難、養(yǎng)護計劃難、巡查考核難、調(diào)度指揮難等問題。

關(guān)鍵詞：道路養(yǎng)護 路政巡查 移動GIS SOA

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0005-03

近年來，我國道路建設迅猛發(fā)展，公路運輸能力也在不斷提高。準確、快速定位現(xiàn)場路況，并實時獲取相關(guān)道路信息，是道路養(yǎng)護和路政巡查需要解決的重要問題[1，2]。但長期來，我國道路養(yǎng)護巡查信息化水平較低，管理手段落后，主要表現(xiàn)在：養(yǎng)護巡查模式落后，“重建輕養(yǎng)”思想嚴重；巡查養(yǎng)護缺乏有效的技術(shù)手段，無法對路政信息實時處理及管理；養(yǎng)護巡查體系不健全，很大程度上屬于被動養(yǎng)護，整日忙于應對現(xiàn)有道路橋涵的各種病害，缺乏運營過程中的路況調(diào)查、病害預測以及適時養(yǎng)護決策和養(yǎng)護規(guī)劃；考核缺乏量化指標，對養(yǎng)護責任事故追究不力、監(jiān)管不嚴、處罰過輕等問題[1，3，4]。隨著公路事業(yè)的快速發(fā)展，人們對管理手段變革和創(chuàng)新的要求日漸緊迫，社會對公路服務水平的要求也日趨嚴格，現(xiàn)代化的管理在公路事業(yè)發(fā)展中的重要性日益凸現(xiàn)，迫切需要進一步提升公路養(yǎng)護與管理水平，構(gòu)筑現(xiàn)代交通需要的科學、高效的現(xiàn)代化公路管理體系。

本文以地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)為支撐，采用網(wǎng)格化管理思想，為我國道路養(yǎng)護巡查建立一套科學、高效、智能的信息化系統(tǒng)，幫助管理人員實時掌控全局路況信息，實現(xiàn)案件快速上報、快速派發(fā)和快速解決，提高作業(yè)人員的工作效率、工作質(zhì)量和巡查工作的自動化水平，為道路管理、養(yǎng)護、規(guī)劃提供直觀而有效的管理手段，為道路稽查人員提供科學的決策支持。

1 平臺總體架構(gòu)

當前我國多數(shù)?。ㄊ校┮呀⒘斯佛B(yǎng)護管理系統(tǒng)，全國絕大部分高速公路都建立了路段監(jiān)控中心，負責道路運行管理工作。各省高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由省高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心、路段監(jiān)控分中心、路段基層監(jiān)控單元三層結(jié)構(gòu)組成，實時監(jiān)管并掌握路網(wǎng)規(guī)劃、建設、發(fā)展、運營、管理等數(shù)據(jù)。公路路政管理的地域性和業(yè)務的多樣性、分布性決定了道路養(yǎng)護巡查系統(tǒng)是一個分布式、開放式、業(yè)務敏捷的應用系統(tǒng)。從技術(shù)角度看，構(gòu)建分布式應用系統(tǒng)有CORBA、DCOM/COM+、JavaRMI和EJB等組件模型，但這些組件技術(shù)存在一些缺點，它們要求服務器端和客戶端有明確的同類型、同構(gòu)架的對等協(xié)議，雖然Java應用程序可以使用RMI與CORBA連接，但與DCOM卻無法通信，從而制約了信息系統(tǒng)的集成。面向服務的體系結(jié)構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）是指為了解決在分布式環(huán)境下業(yè)務集成的需要，通過連接能完成特定任務的獨立功能實體實現(xiàn)的一種軟件系統(tǒng)架構(gòu)。SOA將應用程序的不同功能單元通過服務之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來，接口是采用中立的方式進行定義的，獨立于實現(xiàn)服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，SOA為分布式、多平臺的道路養(yǎng)護巡查業(yè)務系統(tǒng)的構(gòu)建提供了新的思路和方法。

本文根據(jù)我國道路養(yǎng)護和路政巡查共性業(yè)務需求，以GIS技術(shù)為支撐，提出“云+端”的道路養(yǎng)護巡查模式，采用面向服務思想設計并實現(xiàn)了集道路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、發(fā)布、集成、統(tǒng)計分析、應急管理為一體的道路養(yǎng)護和路政巡查信息系統(tǒng)，系統(tǒng)由應用層、服務層、支撐層、平臺層組成，其總體架構(gòu)如圖1所示。

其中，移動GIS硬件設備采用中海達Q系列高精度手持GIS采集器（Q-Star、Q-PAD），GIS軟件基于中海達GIS平臺進行二次開發(fā)，該平臺具有跨平臺、高性能、可配置、易擴展、支持多語言二次開發(fā)等特點，其SDK包括HiMap（移動端）、HiWebGIS（Web端）。支撐層是整個系統(tǒng)的中樞單元，由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、服務管理系統(tǒng)及運行維護系統(tǒng)組成。服務層由一系列遵循一定規(guī)范的應用接口組成，是暴露給應用層進行集成、擴展的應用程序接口。應用層是以移動GIS為工具的數(shù)據(jù)采集、養(yǎng)護巡查系統(tǒng)、WebGIS監(jiān)控、展示等系統(tǒng)構(gòu)成，實現(xiàn)移動作業(yè)、采集上報、指揮調(diào)度、視頻監(jiān)控、路況監(jiān)控（交通量、平均車速、車流密度、能見度、氣象等）。突發(fā)事件發(fā)生時，可根據(jù)各種信息進行集成分析和綜合判斷，可為管理人員提供預警、評估、方案模擬、指揮調(diào)度、資源調(diào)配、應急指令下達和事后處置等提供決策輔助。

2 平臺主要功能模塊

2.1 數(shù)據(jù)整理接入

基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、道路業(yè)務數(shù)據(jù)的預處理是本系統(tǒng)建設中至關(guān)重要的一環(huán)。由于這些數(shù)據(jù)通常是多源異構(gòu)的，在存儲方式、數(shù)據(jù)格式、空間參考等方面存在不確定性，需要提供通用性強的數(shù)據(jù)處理模塊，實現(xiàn)對業(yè)務數(shù)據(jù)的整理和接入。數(shù)據(jù)預處理工作主要在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中完成，主要包括與養(yǎng)護管理相關(guān)的業(yè)務數(shù)據(jù)（道路設計、施工、驗收、維護）、視頻數(shù)據(jù)、路況數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、救援資源等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預處理主要包括格式轉(zhuǎn)換、坐標變換、拓撲檢查、符號設置、緩存制作、壓縮轉(zhuǎn)存等。在數(shù)據(jù)處理中，應綜合考慮桌面系統(tǒng)和嵌入式應用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)精度、顯示分辨率、尋址計算、I/O速率等方面的差異進行全局的優(yōu)化設計，如：緩存制作和壓縮轉(zhuǎn)存是為適應移動端軟硬件環(huán)境，對空間數(shù)據(jù)（底圖、業(yè)務數(shù)據(jù)）進行優(yōu)化處理的模塊，在地圖緩存制作過程中，同時輸出多種dpi地圖瓦片數(shù)據(jù)，以適應各種顯示終端設備，并提供松散、緊湊兩種存儲格式，確保數(shù)據(jù)能在桌面端、Web端和移動端均能逼真、流暢地展示。

2.2 服務配置管理

服務配置管理為應用層各類應用系統(tǒng)提供底層支撐，包括GIS功能數(shù)據(jù)配置、GIS數(shù)據(jù)服務配置、空間分析服務（SA服務）配置和權(quán)限服務配置四大部分。一些重要的涉密數(shù)據(jù)存儲在服務端，通過服務的形式參與業(yè)務應用，既有效地解決數(shù)據(jù)安全問題，也減輕了移動端存儲空間和計算壓力等問題。

GIS功能數(shù)據(jù)配置是對GIS數(shù)據(jù)的組織、顯示、查詢、事件、字段等信息的設置，通過GIS服務契約為各類服務消費者（包括各類嵌入式GIS、WebGIS）提供統(tǒng)一的服務，主要解決系統(tǒng)快速開發(fā)、IT資產(chǎn)積累等問題。數(shù)據(jù)服務配置是對外提供服務的空間數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)的范圍、展現(xiàn)樣式、元數(shù)據(jù)說明等信息的配置；SA服務包括疊加分析、動態(tài)分段、路網(wǎng)分析、地址匹配等服務。權(quán)限配置采用RABC模型，即通過用戶、角色、權(quán)限三者之間建立的一對多、多對多的關(guān)系來實現(xiàn)權(quán)限控制，包括功能權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限的配置。其中對數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的配置實現(xiàn)了字段級、記錄級的精細化配置，權(quán)限配置信息在用戶登錄時將存儲在內(nèi)存中，當用戶訪問受控數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)庫操作層根據(jù)內(nèi)存中的權(quán)限信息進行攔截和過濾，從而有效地保障了數(shù)據(jù)的安全性，也大大降低了開發(fā)難度和工作量。

2.3 養(yǎng)護巡查管理

道路養(yǎng)護巡查模塊主要由巡查排班、巡查任務執(zhí)行、巡查監(jiān)督管理、信息填報發(fā)布、現(xiàn)場指揮調(diào)度等模塊組成，如圖3所示。

巡查排班采用網(wǎng)格化管理思想，對轄區(qū)進行片區(qū)劃分并責任到人。系統(tǒng)根據(jù)巡查排班計劃，實現(xiàn)巡查任務包的自動生成，巡查任務包由一系列子任務構(gòu)成，每一項子任務關(guān)聯(lián)著一個對象或設備（圖4）。

不同類型對象或設備，其子任務須填寫的內(nèi)容項通常是不同的，可通過中海達手持GIS采集器內(nèi)置軟件Hi-Q進行動態(tài)配置。

巡查人員外出作業(yè)時，在手持GIS采集器客戶端中登錄系統(tǒng)，并獲取其巡查任務，客戶端根據(jù)巡查人員當前位置，自動計算最優(yōu)巡查線路及巡查次序，并以圖、文、音、像等多種形式展示給用戶。在任務執(zhí)行過程中，手持GIS采集器將實時位置、當前狀態(tài)等信息發(fā)送給監(jiān)控中心，并接收來自監(jiān)控中心的指揮調(diào)度指令（圖5）。

巡查任務完成后，采用中海達通信傳輸服務軟件將數(shù)據(jù)實時上傳至數(shù)據(jù)服務器，為節(jié)省流量用戶可選中將數(shù)據(jù)保存在手持端，在內(nèi)業(yè)整理資料時通過互聯(lián)網(wǎng)上傳。監(jiān)控中心WebGIS綜合監(jiān)控模塊基于HiWebGIS引擎開發(fā)，具有良好的可擴展性，可將路況的交通量、平均車速、車流密度、氣象等路況信息和重點地區(qū)、重點路段的視頻監(jiān)控進行集成展示，實現(xiàn)路況全方位綜合監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)路網(wǎng)運行異常情況。信息審核發(fā)布模塊主要是對現(xiàn)場采集信息的核查、分析與處理，包括巡查信息審核、巡查信息統(tǒng)計、巡查違規(guī)立案、病害信息發(fā)布等部分。

3 結(jié)語

本文根據(jù)我國道路養(yǎng)護和路政巡查的共性業(yè)務需求，以GIS技術(shù)為支撐，利用成熟的計算機網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和無線通信技術(shù)，以面向服務（SOA）思想設計并實現(xiàn)了集道路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、發(fā)布、集成、統(tǒng)計分析、應急管理為一體的道路養(yǎng)護和路政巡查信息系統(tǒng)，開創(chuàng)了“云+端”的新型、高效、安全的道路養(yǎng)護巡查現(xiàn)代化作業(yè)模式。實踐表明，該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點。

（1）跨平臺、一體化的GIS SDK，以及豐富的配套軟件產(chǎn)品，使得軟、硬件兼容性、穩(wěn)定性和性能都達到最佳，強固手持終端和穩(wěn)健的通信傳輸為惡劣環(huán)境下戶外日常作業(yè)和應急搶險提供了堅強保障。

（2）服務式GIS能有效集成各種空間、非空間數(shù)據(jù)，通過運行時聚合各種獨立的、具有語義的元服務，能滿足需求的無限擴展性，通過可視化界面進行服務配置，可有效提高開發(fā)效率；“云+端”的路政巡查模式能有效解決移動作業(yè)和大數(shù)據(jù)分析兩種現(xiàn)實的業(yè)務需求問題。將業(yè)務有關(guān)的海量數(shù)據(jù)以云存儲的形式存儲，客戶端通過調(diào)用服務實現(xiàn)“按需檢索”，既解決了某些業(yè)務數(shù)據(jù)安全性問題，又較好地解決了移動端設備存儲、計算能力有限的瓶頸問題。

（3）GIS技術(shù)和計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，使得分析和管理大量復雜的道路路政管理數(shù)據(jù)變成現(xiàn)實。網(wǎng)格化管理使巡查工作變被動為主動，地毯式巡查使隱患得以快速、及時反饋，實現(xiàn)道路養(yǎng)護的安全預警，從而延緩大修周期，降低道路管理養(yǎng)護成本，提高了路政巡檢工作效率。移動GIS內(nèi)置的高精度定位模塊實現(xiàn)了對執(zhí)法人員作業(yè)路線的監(jiān)控，通過設置電子柵欄實現(xiàn)對巡查線路的約束，一旦超出設定路線或者越出設定區(qū)域，系統(tǒng)將會自動報警，從而提高了作業(yè)地點的精準率。

（4）統(tǒng)一的標準化巡查流程和監(jiān)控機制，最大程度上統(tǒng)一了各機構(gòu)辦事流程和信息共享，大大提高了道路問題的處理效率。

參考文獻

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