高速公路建設項目綜合管控系統的研究與實現

鄒群 鄒國平

摘要：針對高速公路建設項目管理的特點及現有工程建設管理信息系統的局限性，研究了高速公路建設項目綜合管控系統，介紹了系統總體框架、功能和組成；基于SOA架構，采用B/S結構模式，開發了系統的統一管控平臺。該系統在江西奉銅高速公路建設管理中得以實施并應用，結果表明：該系統能夠對項目全方位進行實時管控，對提高管理效率、確保工程質量、加快應急反應速度、保障施工安全等方面起到十分重要的作用。

關鍵詞：高速公路建設項目管理；綜合管控系統；面向服務的架構；管理效率

中圖分類號：U415.1文獻標志碼：B

0引言

高速公路建設項目具有項目規模大、投資金額高、建設周期長、分布范圍廣、參建單位多、施工人員雜、工程風險大、影響因素多等特點，因此項目管理必須借助信息化手段來對建設的質量、進度、資金、環境等方面實施有效的監督管控，從而提高高速公路項目建設的質量及效益?，F有的工程建設管理信息系統主要側重于文檔處理、數據統計、報表上報、計量匯總、OA辦公等，個別建設項目雖然在一些工程節點上設置了視頻監控系統，但由于手段單一，仍然不能形象、直觀、全面地反映項目建設的諸多實際情況；且沒有相應的技術手段來實現關鍵信息及數據的實時自動采集和傳輸，大量的信息及數據仍采用人工采集錄入的方式，不能保證數據的真實性和實效性[12]。因此，通過先進的信息技術手段，建立一套能夠遠程、全面、實時、直觀地反映并記錄項目建設的實際情況，實現數據自動采集、傳輸、存儲、處理，具有實時視頻監控、設備定位追蹤、工程質量監測、試驗數據監控、遠程指揮調度、電子沙盤顯示、項目匯報演示等實時綜合管控功能的工程管理信息系統具有十分重要的意義。

1系統建設目標

（1） 通過對視頻數據、施工過程監測數據、實驗室試驗數據、拌和站生產及質量數據、人員考勤信息、機械運行信息等工程管控綜合數據信息的監控及管理，改變現行的工程建設管理信息系統僅以視頻監控為管理手段的單一管理模式，實現對高速公路建設項目現場的重要施工地段、關鍵施工部位、重點施工工序、事故易發區域及主要參建人員等進行全方位、全過程的數字化遠程實時管控。

（2） 實現工程管控綜合信息的自動采集、傳輸、分析、預警，整個過程無人工干預，確保工程管控綜合信息的實時、真實、可靠，達到工程實時綜合管控的效能，真正實現在線監控、在線指揮調度的管理目的。

（3） 將工程管控綜合信息與項目地理信息相結合，建立一個能夠涵蓋項目建設全過程、展示項目建設全景、形象反映即時建設成果的數字化沙盤。

（4） 統一管控平臺軟件基于SOA構建，采用B/S模式，功能齊全，運行穩定，用戶界面友好，操作簡單，維護方便。

2系統總體架構

圖1實時綜合管控系統總體架構

系統由前端數據采集、中間網絡傳輸、末端運營管控三部分組成。其中數據采集部分包括視頻圖像數據采集、設備目標定位數據采集、人員考勤數據采集、工程監測數據采集、工程管理數據采集、質量監控數據采集、試驗數據采集等；網絡傳輸部分包括網絡信號覆蓋、網絡數據傳輸；運營管控部分包括數據收發、統計分析、信息檢索、遠程監控、聯動預警、指揮調度、演示匯報、系統管理等。圖1為實時綜合管控系統總體架構。

3系統組成及功能

3.1網絡傳輸子系統

網絡傳輸子系統由兩部分組成：第一部分的組網方式是由項目辦、總監辦（實驗室）、高駐辦和各施工單位的局域網通過公網利用VPN技術組成通信專網，為實時綜合管控系統提供數據傳輸通道；第二部分的組網方式是由基于無線Mesh技術的通信設備把外場視頻監控點（預制廠、隧道口、實驗室、拌和站、重點工段等）的視頻圖像傳至附近的公網基站，再租用運營商2MbpsIP鏈路或2M E1鏈路把視頻圖像傳到項目辦的指揮調度中心（如果監控點附近有施工單位的項目部，且其項目部已接VPN專網，那么這些監控點的視頻就可以通過無線通信設備傳到附近項目部，再通過VPN專網傳到項目辦的指揮調度中心），第二部分網絡為視頻監控子系統提供視頻及控制信號的傳輸通道。

3.2視頻監控子系統

視頻監控子系統主要是對預制廠、隧道口、實驗室、拌和站、特大橋、重點工段等現場情況進行視頻監控，它由前端的音視頻采集系統、網絡傳輸系統和后端的視頻監控平臺系統組成，遠程客戶也可以通過登錄VPN專網對系統進行訪問及控制，隨時掌握現場情況。視頻監控子系統主要的業務功能有圖像監控、存儲回放、報警聯動、音視頻對講等。基于Mesh無線網絡的視頻監控子系統的架構如圖2所示。

圖2基于無線Mesh技術的視頻監控子系統架構

3.3GPS子系統

在大型機械設備（如壓路機、攤鋪機）、工程指揮車輛上安裝GPS遠端模塊，獲取設備或車輛的定位信息。系統連接 GPS服務器，抽取GPS數據，回放設備或車輛行駛軌跡，實時監控設備或車輛行駛路線，從而實現對重點設備或車輛的實時管控；同時，對大型機械設備也可以實現施工質量的過程控制[3]。

3.4實驗室數據監測子系統

該子系統結合交通工程實驗室的特點，對實驗室儀器設備進行技術改造，實現了試驗數據的自動采集、分析及業務流程的自動監管?？梢宰詣硬杉瘮祿脑囼炘O備包括：壓力機、萬能試驗機、馬歇爾試驗儀、軟化點試驗儀、針入度試驗儀、延度試驗儀、抗折試驗儀、燃燒試驗儀等。試驗過程和結果數據可通過VPN專網上傳到網絡服務器，項目辦、總監辦可以進行遠程監管。

3.5工程質量監測子系統

3.5.1預應力張拉壓力和位移監測

預應力張拉壓力和位移監測技術主要用于實時監測并記錄預應力梁板在張拉過程中的拉力和位移數據。該子系統既能實現對預應力梁板的單端張拉數據監測，又可以同步監測對稱張拉過程中兩端的拉力和位移數據，實現對張拉過程的全程監測記錄；同時，運用3G技術將監測數據無線上傳到網絡服務器，實現施工質量的遠程監測控制。預應力張拉測試結果如圖3所示。

圖3預應力張拉測試數據

3.5.2智能壓實質量監測

智能壓實質量監測設備是集傳感技術、嵌入式系統、計算機技術于一身的新一代車載式壓實質量控制儀[4]。該儀器實現了對壓實質量、振動頻率、

碾壓速度的實時及連續監測控制，為改良碾壓工藝和壓實質量檢測提供了完整的過程數據，能夠明顯提高工作效率，保證路基壓實度的施工質量。路基壓實度測試數據如圖4所示。

圖4路基壓實度測試數據

3.5.3瀝青混合料動態質量監控

瀝青混合料動態質量監控子系統是在已有拌和樓質量控制系統的基礎上，進一步開發的瀝青混合料質量實時監測系統[5]。該系統具有自動采集數據、數據分析、圖表生成、超限提醒等功能，可以及時糾正拌和過程中的操作問題，實現網絡遠程監控，并由事后檢測向過程監控轉變，有助于提高瀝青路面的質量控制水平。奉銅高速瀝青混合料動態質量監控系統如圖5所示。

圖5奉銅高速瀝青混合料動態質量監控系統

3.6視頻會議子系統

借助系統建立的VPN通信專網，開發了一套基于軟件的視頻會議系統。該系統相對基于硬件的會議系統，具有對網絡的適應能力強、移動性較強、安裝部署方便、易擴容和升級等優點[6]。項目參建各方可借助該系統召開各種工地視頻會議，對提高工作效率、降低工程管理成本發揮較大作用。

3.7人員考核識別子系統

為了對參建各方的重要人員（如總監辦的總監、副總監、實驗室主任、各部部長，以及各標段的項目經理、副經理、項目總工、專業工程師等）進行考勤管理，開發了一套人員考核識別子系統，該系統具有遠程指紋打卡、休假考勤管理、人員考勤查詢和人員考勤補錄等功能。

3.8綜合展現子系統

以電子沙盤為核心，綜合展現子系統全面展現項目建設管理過程中的全方位信息，包括項目及工程概況展示、形象進度展示、中央天氣預報查看、質量數據展示等。系統利用GIS技術，在路網地圖的基礎上建立模擬電子沙盤，直觀反映項目建設區域地形、標段分布、設計狀態、工程狀況等信息；同時，電子沙盤可作為項目建設演示匯報的平臺，通過鼠標點擊該沙盤相應位置，利用動態模型、圖形圖表、現場視頻等，可實時反映該位置各項工作的開展情況。奉銅高速的電子沙盤如圖6所示。

圖6奉銅高速公路電子沙盤

4統一管控平臺軟件的開發

4.1技術架構

如上所述，高速公路建設項目實時綜合管控系統由多個子系統構成，且大部分子系統均可獨立運行；但是，在實際的應用中不可能分別進入到各個子系統中實現綜合管控的各業務功能，而必須在各子系統上建立統一的管控平臺軟件才能實現單點登錄、統一管控。

由于各子系統設計與建設的時期和業務模式不同，缺乏統一的設計標準與總體規劃，導致這些獨立、異構、封閉的子系統間的信息交互與共享困難，存在大量的“信息孤島”和“流程孤島”。所以，本系統中要建立的統一管控平臺，其實就是各子系統的信息集成平臺，其目的是為了有效整合分散異構的信息資源，消除“信息孤島”現象，以統一的方式實現各系統間不同結構、不同格式數據的相互轉換，并由協調引擎統一協調各個信息系統間的數據傳輸與消息通信。

面向服務的架構（ServiceOriented Architecture，SOA） 是當前一種比較先進的組件模型，將應用程序的不同功能單元轉化成服務，并通過定義服務之間良好的接口和契約將系統聯系起來，這些接口采用中立的方式定義，獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言，使得系統之間可以以一種通用、統一、簡便的方式進行交互。利用 SOA 可以實現功能與業務的分離，提高服務的可重用性，實現服務間的松耦合[7]。 因此，統一管控平臺軟件的開發采用SOA設計理念，基于J2EE開放平臺，利用Web Services技術實現。具體開發平臺采用普元EOS6.0，它是全球第一個基于SCA/SDO/SOA的面向構件中間件產品；Web應用服務器選用Tomcat，它是一個開放源代碼、運行servlet和JSP Web應用軟件的基于Java的Web應用軟件容器；數據庫平臺選用Oracle 10g數據庫。

統一管控平臺采用B/S結構，分為3層：表示層Web、業務邏輯層BLL和數據訪問層DAL。其中最關鍵的是業務邏輯層。在基于SOA的統一管控平臺軟件中，業務邏輯層必須對各子系統的主要功能模塊按照合適的粒度進行抽象和封裝，形成符合SOA規范的服務，并注冊到企業服務總線（Enterprise Service Bus，ESB），通過服務組合與編排實現系統業務邏輯的控制。

4.2功能模塊

統一管控平臺由三大功能模塊組成：綜合展示、項目管理和系統管理[8]。其中綜合展示包括項目及工程概況展示、形象進度展示、中央天氣預報查看、質量數據展示、車輛行為管理展示、實時視頻監控等；項目管理包括人員考勤管理、工程信息管理、工程進度管理和工程質量管理等；系統管理包括組織機構管理、權限管理、授權認證、工作流、業務字典管理等。

5系統的主要特點

（1） 系統通過先進的信息化技術手段，建立了一個能夠全面、實時、直觀反映并綜合記錄項目建設實際情況，遠程實施組織指揮與調度的管控平臺；系統的應用在一定程度上提高了高速公路建設項目監控管理的效率和質量，有效地降低了管理成本，促進了高速公路建設管理的規范化、制度化和專業化。

（2） 系統結合工程數據自動采集、遠程數字通信傳輸、衛星定位追蹤、計算機信息處理控制等技術，實現數據自動采集、傳輸、處理，具有實時的視頻監控、設備定位追蹤、工程質量監測、試驗數據監控、遠程指揮調度、電子沙盤顯示、項目匯報演示等綜合管控功能。

（3） 統一管控平臺軟件基于SOA架構，采用B/S框架結構，具有更好的可擴展性、可重用性和可維護性。