高速公路隧道智慧管養(yǎng)信息化應(yīng)用系統(tǒng)

邱民

摘要：文章基于高速公路隧道管養(yǎng)現(xiàn)狀，提出構(gòu)建高速公路隧道智慧管養(yǎng)信息化系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)的功能需求與主要業(yè)務(wù)流程，介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)成及主要應(yīng)用成果。

關(guān)鍵詞：隧道;功能需求;系統(tǒng)設(shè)計(jì);機(jī)電設(shè)備管養(yǎng);信息化

0 引言

隨著我國高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，高速公路的設(shè)施設(shè)備日常養(yǎng)護(hù)作為保障高速公路時(shí)刻處于安全運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要手段，如何做好高速公路設(shè)施設(shè)備特別是隧道機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的管養(yǎng)將顯得特別重要。我國對高速公路隧道的管養(yǎng)制定了一系列的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但目前隧道機(jī)電設(shè)備管養(yǎng)還處在手工或半手工半自動(dòng)化階段，存在管理較為凌亂，提取、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)極不方便，缺乏信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析等問題。如何按規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)今的高速公路隧道養(yǎng)護(hù)實(shí)際情況對隧道機(jī)電設(shè)備設(shè)施進(jìn)行高效的、信息化的管養(yǎng)，開發(fā)設(shè)計(jì)一套智能信息化的隧道管養(yǎng)系是本文研究的主要內(nèi)容?，F(xiàn)如今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)展，移動(dòng)端應(yīng)用技術(shù)GPS定位、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，為智能信息化的隧道機(jī)電設(shè)備管養(yǎng)系統(tǒng)開發(fā)提供了理論和技術(shù)支持。本文就如何利用這些先進(jìn)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，構(gòu)建智能信息化的隧道機(jī)電設(shè)備管養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)行探討，通過開發(fā)本系統(tǒng)應(yīng)用，預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)隧道及隧道機(jī)電設(shè)備的信息庫化管理、日常巡查工作及設(shè)備報(bào)修維修的信息化規(guī)范化管理、運(yùn)維管養(yǎng)數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到減輕員工運(yùn)維工作量，提高管養(yǎng)工作效率的目的。本文研究系統(tǒng)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，必將提高高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的科學(xué)管養(yǎng)水平，使管養(yǎng)過程更高效，管理決策更科學(xué)。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 現(xiàn)狀分析

由于我國公路隧道養(yǎng)護(hù)管理起步較晚，還處于原始的低效率階段。在養(yǎng)護(hù)巡檢的過程中，大多使用人工進(jìn)行紙質(zhì)記錄，對各種各樣的隧道運(yùn)維養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)及報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析大多數(shù)采用人工統(tǒng)計(jì)方式，工作量大、效率低。對巡檢任務(wù)完成情況的跟蹤反饋，只是通過巡查人員手工報(bào)表形式上報(bào)，隧道巡查工作量大，巡查人員是否如實(shí)到現(xiàn)場巡查只能靠巡查人員的職業(yè)素養(yǎng)。設(shè)備的管理較為凌亂，設(shè)備管養(yǎng)數(shù)據(jù)的提取、統(tǒng)計(jì)極不方便，缺乏信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析。

近年來，隨著我國高速公路路網(wǎng)越來越完善，高速公路的建設(shè)管理進(jìn)入運(yùn)營管理階段。而高速公路隧道作為高速交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如何時(shí)刻保障隧道處于安全運(yùn)行的狀態(tài)，使其提供持續(xù)的正常運(yùn)營服務(wù)也越來越重要。與此同時(shí)，高速公路運(yùn)營管理單位對于高速公路管理的信息化建設(shè)也越來越重視，要及時(shí)掌握種類繁多、數(shù)量巨大的隧道設(shè)施及設(shè)備的狀態(tài)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，就必須依托于現(xiàn)代信息技術(shù)。因此，構(gòu)建實(shí)用、高效的隧道機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)信息化系統(tǒng)對高速公路隧道的科學(xué)養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要。

1.2 功能需求分析

高速公路智慧管養(yǎng)信息化系統(tǒng)主要功能需求如下：

（1）建立完善的設(shè)備及隧道基本信息庫，實(shí)現(xiàn)隧道及隧道設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)信息的信息化管理。

（2）巡查任務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)化定時(shí)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)智能化發(fā)布管理，減輕養(yǎng)護(hù)工作量，提高養(yǎng)護(hù)工作效率。

（3）實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端巡查任務(wù)的巡查上報(bào)，自動(dòng)采集上傳巡查點(diǎn)GPS坐標(biāo)。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)巡查任務(wù)完成率，采用直觀簡潔的方式查詢?yōu)g覽當(dāng)前用戶各種巡查任務(wù)的完成進(jìn)度情況以及巡檢問題設(shè)備的修復(fù)情況。

（4）采用“短信+系統(tǒng)消息”的方式實(shí)現(xiàn)工作待辦提醒，實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)發(fā)布、設(shè)備報(bào)修維修過程等各種系統(tǒng)提醒消息推送，讓運(yùn)維人員可以及時(shí)接收信息，及時(shí)出勤，提升工作效率。

（5）采用“二維碼打印+二維碼掃描查詢”功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備及隧道二維碼打印、設(shè)備及隧道二維碼掃描查詢，使設(shè)備管養(yǎng)過程更簡單、更高效、更準(zhǔn)確。

（6）實(shí)現(xiàn)設(shè)備的報(bào)修維修數(shù)據(jù)采集管理，記錄設(shè)備故障上報(bào)、勘察、審批、運(yùn)維人員指派、維修、修復(fù)確認(rèn)等運(yùn)維過程中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，做到運(yùn)維工作留痕，運(yùn)維過程可跟蹤，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維全程數(shù)據(jù)鏈的可追溯性。

（7）實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)備報(bào)修維修數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成各種巡查報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為隧道機(jī)電設(shè)置管養(yǎng)決策提供數(shù)據(jù)支持。

1.3 主要業(yè)務(wù)流程分析

1.3.1 巡查任務(wù)發(fā)布及上報(bào)業(yè)務(wù)流程分析

在整個(gè)隧道管養(yǎng)業(yè)務(wù)中，隧道設(shè)備巡查任務(wù)發(fā)布管理以及對任務(wù)巡查采集上報(bào)是其中最重要的一個(gè)業(yè)務(wù)。巡查任務(wù)由隧道養(yǎng)護(hù)站站長提前制定，制定任務(wù)時(shí)指派巡查人員、確定巡查設(shè)備范圍以及起止日期。任務(wù)發(fā)布后，通過后臺任務(wù)處理程序循環(huán)處理任務(wù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)任務(wù)起始時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)推送消息給巡查人員，巡查人員收到消息后，安排時(shí)間去對任務(wù)中的設(shè)備進(jìn)行巡檢，并填寫巡檢情況。如果在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，則需要對異常情況進(jìn)行采集上報(bào)。設(shè)備巡檢上報(bào)可以通過二維碼掃描以及系統(tǒng)查詢兩種方式進(jìn)入上報(bào)數(shù)據(jù)采集頁面。當(dāng)巡查任務(wù)到達(dá)截止日期時(shí)，當(dāng)前任務(wù)將終止，不可以再進(jìn)行巡查任務(wù)巡查記錄的修改。任務(wù)完成后，系統(tǒng)將自動(dòng)統(tǒng)計(jì)任務(wù)巡查數(shù)據(jù)，生成各種巡查報(bào)表。業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

1.3.2 設(shè)備報(bào)修維修流程分析

設(shè)備從故障上報(bào)到最終修復(fù)確認(rèn)需要經(jīng)過報(bào)修人故障上報(bào)、站長故障審核、勘察員故障勘察以及勘察情況上報(bào)、站長勘察審核、維修人員故障維修及維修情況上報(bào)、站長維修審批、報(bào)修人故障修復(fù)確認(rèn)等多個(gè)步驟。每一個(gè)步驟完成后，通過系統(tǒng)后臺任務(wù)處理程序?qū)⑻幚斫Y(jié)果消息推送給下一流程處理人員。設(shè)備報(bào)修維修業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

高速公路隧道智慧管養(yǎng)信息系統(tǒng)由移動(dòng)端APP子系統(tǒng)、WEB后臺管理端子系統(tǒng)、后臺任務(wù)處理程序子系統(tǒng)等三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。移動(dòng)端APP子系統(tǒng)安裝在具有4G網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)手機(jī)上，WEB后臺管理端子系統(tǒng)以及后臺任務(wù)處理程序系統(tǒng)部署在高速公路管理公司內(nèi)網(wǎng)，通過三層交換機(jī)將服務(wù)器端口衍射到外網(wǎng)，為移動(dòng)端APP子系統(tǒng)提供訪問通道。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.2.1 移動(dòng)端APP子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

通過移動(dòng)端APP子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)查詢?yōu)g覽、設(shè)備巡檢采集上報(bào)、設(shè)備的報(bào)修維修和設(shè)備及隧道信息的查詢?yōu)g覽等。

（1）隧道信息查詢?yōu)g覽：包括隧道信息查詢、詳情瀏覽、隧道二維碼標(biāo)簽打印、隧道二維碼掃描查詢。隧道信息詳情瀏覽功能可以查看包括隧道基礎(chǔ)資料信息、隧道檔案資料（包括設(shè)計(jì)施工圖、設(shè)計(jì)圖紙、檢查報(bào)告）、隧道設(shè)備、隧道建設(shè)及維修記錄等隧道相關(guān)的詳細(xì)信息。通過系統(tǒng)隧道二維碼打印功能，連接藍(lán)牙打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)隧道二維碼標(biāo)簽的打印輸出。

（2）設(shè)備查詢管理：包括設(shè)備添加、修改、查詢?yōu)g覽、設(shè)備二維碼標(biāo)簽打印、設(shè)備二維碼掃描查詢以及設(shè)備歷史巡查記錄、歷史報(bào)修維修記錄查詢?yōu)g覽等。通過設(shè)備二維碼打印功能，可以直接連接藍(lán)牙打印機(jī)，隨時(shí)隨地生成設(shè)備二維碼標(biāo)簽并粘貼到設(shè)備上。通過二維碼掃描查詢能夠更快捷地獲取包括基礎(chǔ)資料、維修記錄、巡檢情況記錄、運(yùn)行情況等詳細(xì)的設(shè)備信息。

（3）巡查任務(wù)查詢?yōu)g覽：包括日常巡查、經(jīng)常性檢查、定期巡查等巡查任務(wù)的查詢?yōu)g覽。通過巡查任務(wù)詳情瀏覽功能，可以查看整個(gè)巡查任務(wù)的巡查進(jìn)度，以及任務(wù)分類下設(shè)備巡檢的完成情況，巡檢上報(bào)內(nèi)容。

（4）巡查任務(wù)巡檢上報(bào)：設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)的采集上報(bào)，包括巡檢圖片、GPS坐標(biāo)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障評定等。

（5）設(shè)備故障上報(bào)管理：包括故障信息采集上報(bào)、故障上報(bào)記錄查詢?yōu)g覽、故障修復(fù)過程跟蹤以及故障修復(fù)確認(rèn)。

（6）設(shè)備維修管理：包括對設(shè)備故障上報(bào)的審核、故障勘察上報(bào)、勘察信息審批、維修上報(bào)、維修上報(bào)審批。

（7）清潔維護(hù)記錄采集管理：包括隧道清潔維護(hù)記錄采集上報(bào)、查詢?yōu)g覽。

（8）執(zhí)勤軌跡：通過電子地圖，實(shí)現(xiàn)用戶執(zhí)勤軌跡的查詢?yōu)g覽。

（9）離線數(shù)據(jù)下載：對于長度過長的隧道，隧道內(nèi)部某些區(qū)域可能沒有移動(dòng)信號，為了便于隧道設(shè)備信息的查詢，需要將隧道設(shè)備信息下載到移動(dòng)端。

（10）系統(tǒng)消息：系統(tǒng)消息查詢、瀏覽。

2.2.2 WEB后臺管理端子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

WEB后臺管理端子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)的發(fā)布管理、巡查任務(wù)巡查記錄查詢?yōu)g覽、設(shè)備及隧道信息查詢管理、設(shè)備報(bào)修維修記錄查詢管理以及各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表查詢打印。

（1）巡查任務(wù)發(fā)布管理：包括各種巡查任務(wù)的發(fā)布、編輯、查詢?yōu)g覽。

（2）定期執(zhí)行計(jì)劃管理：定期執(zhí)行計(jì)劃的添加、修改、執(zhí)行、停止。通過該功能實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)的定時(shí)自動(dòng)發(fā)布。

（3）設(shè)備查詢管理：包括設(shè)備添加、修改、查詢?yōu)g覽，設(shè)備歷史巡查記錄、歷史報(bào)修維修記錄查詢?yōu)g覽。

（4）隧道查詢管理：包括隧道信息添加、修改、查詢?yōu)g覽，隧道歷史維修記錄查詢管理。

（5）設(shè)備報(bào)修維修記錄查詢?yōu)g覽：包括設(shè)備故障上報(bào)記錄、故障上報(bào)的審核記錄、故障勘察上報(bào)記錄、勘察信息審批記錄、維修上報(bào)記錄、維修上報(bào)審批記錄等信息記錄的查詢?yōu)g覽。

（6）清潔維護(hù)記錄查詢管理：包括清潔維護(hù)記錄的添加、修改、刪除以及查詢?yōu)g覽。

（7）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：對APP端采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成管養(yǎng)規(guī)范要求的各種巡查報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以圖表形式進(jìn)行展示。

（8）系統(tǒng)管理：系統(tǒng)基礎(chǔ)管理模塊，包括用戶管理、部門管理、公司管理、崗位管理、權(quán)限角色管理以及用戶權(quán)限配置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典以及系統(tǒng)操作日志的查詢?yōu)g覽。

2.2.3 后臺任務(wù)處理程序子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

后臺任務(wù)處理程序子系統(tǒng)，主要執(zhí)行一些后臺任務(wù)，包括調(diào)用第三方短信接口實(shí)現(xiàn)短信的推送，計(jì)劃巡查任務(wù)的循環(huán)處理等。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法

（1）在WEB后臺管理端的子系統(tǒng)端，為保證系統(tǒng)在安全性、易擴(kuò)展性、易維護(hù)性等方面的要求，我們采用了基于.Net平臺三層應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)架構(gòu)于B/S三層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)上，并采用ASP.NET、Ajax、JQuery等編程技術(shù)與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)，將復(fù)雜的業(yè)務(wù)處理規(guī)則、流程控制和數(shù)據(jù)存取設(shè)計(jì)成不同的程序邏輯層，部署在應(yīng)用服務(wù)器層上實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的存取訪問，以充分保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全可靠訪問。

（2）為保證業(yè)務(wù)處理的流暢性，我們采用基于Android系統(tǒng)的原生開發(fā)方式進(jìn)行移動(dòng)端APP子系統(tǒng)的開發(fā)。由于隧道內(nèi)部可能出現(xiàn)無移動(dòng)信號，系統(tǒng)無法直接連接遠(yuǎn)程服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，因此我們在移動(dòng)端APP子系統(tǒng)中，采用sqlite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行離線數(shù)據(jù)的保存與處理，在有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號的情況下，通過開啟一個(gè)系統(tǒng)后臺線程，自動(dòng)同步上傳本地采集的數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程服務(wù)器。

（3）為提高設(shè)備巡查任務(wù)工作效率，對于一些固定執(zhí)行規(guī)律的巡查任務(wù)，可以采用系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建任務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)的智能自動(dòng)化發(fā)布。我們通過Quartz.NET定時(shí)任務(wù)框架來實(shí)現(xiàn)這類有規(guī)律的常規(guī)巡查任務(wù)的自動(dòng)化發(fā)布。Quartz.NET是一個(gè)開源的功能齊全的作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)框架，它具有數(shù)據(jù)庫支持、集群、插件、支持cron-like表達(dá)式等多種特性，提供了巨大的靈活性而不犧牲簡單性，可以用它來執(zhí)行一個(gè)作業(yè)而創(chuàng)建簡單的或復(fù)雜的調(diào)度。

（4）在移動(dòng)端APP子系統(tǒng)中，借助便攜式藍(lán)牙打印機(jī)提供的Android原生開發(fā)接口，我們集成了二維碼打印功能。該功能能夠通過藍(lán)牙連接便攜式藍(lán)牙打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備二維碼標(biāo)簽隨時(shí)隨地打印。二維碼粘貼在設(shè)備上，通過系統(tǒng)的二維碼掃描識別功能，能夠快速查詢?yōu)g覽設(shè)備或隧道的各種資料信息。

3 主要應(yīng)用成果

目前該系統(tǒng)成果已在部分高速公路隧道較多的路段推廣應(yīng)用，通過一段時(shí)間的應(yīng)用，總體上解決了目前高速公路隧道管養(yǎng)工作中不足的問題，提高了高速公路隧道設(shè)備管養(yǎng)工作效率以及管養(yǎng)水平，實(shí)現(xiàn)了隧道機(jī)電系統(tǒng)科學(xué)的信息化管養(yǎng)。主要應(yīng)用成果如下：

（1）建立了完善的設(shè)備及隧道基本信息庫和隧道設(shè)備二維碼信息數(shù)據(jù)。通過移動(dòng)端二維碼掃描查詢?yōu)g覽功能，可以迅速掌握隧道或設(shè)備的基礎(chǔ)信息、巡檢情況和運(yùn)行狀態(tài)。

（2）巡查計(jì)劃可靈活配置，支持每日、多日、每周或每月等靈活配置的方式，實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)的智能自動(dòng)化創(chuàng)建發(fā)布，起到了減輕了養(yǎng)護(hù)人員工作量，提高養(yǎng)護(hù)工作智能信息化水平的作用。

（3）系統(tǒng)簽入短信推送，配合系統(tǒng)消息，實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)發(fā)布、設(shè)備報(bào)修維修過程等各種系統(tǒng)提醒消息推送，讓工作人員可以及時(shí)接收信息，及時(shí)出勤，提升工作效率。

（4）手機(jī)移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)查詢?yōu)g覽功能，可以隨時(shí)隨地跟蹤巡查任務(wù)的巡檢完成情況。移動(dòng)端巡查記錄采集上報(bào)、GPS位置實(shí)時(shí)上報(bào)以及后臺巡查數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)生成，解決了目前存在的人工紙質(zhì)記錄方式落后，巡查過程難追蹤，報(bào)表統(tǒng)計(jì)工作量大、易出錯(cuò)、效率低等問題。

（5）實(shí)現(xiàn)設(shè)備報(bào)修維修的信息化管理。記錄從設(shè)備故障上報(bào)、勘察、審批、運(yùn)維人員指派、維修、修復(fù)確認(rèn)等運(yùn)維過程中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，做到運(yùn)維工作留痕、運(yùn)維過程可跟蹤，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)維全程數(shù)據(jù)鏈的可追溯。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)是一套結(jié)合現(xiàn)代優(yōu)秀信息技術(shù)的隧道機(jī)電設(shè)備智慧化的電子信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基于我國《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范-JTG_H12-2015》制定的原則和標(biāo)準(zhǔn)，按照規(guī)范要求，結(jié)合目前高速公路隧道管養(yǎng)工作實(shí)際需求進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，同時(shí)采用二維碼掃描識別、GPS定位等多種技術(shù)。本系統(tǒng)的開發(fā)推廣應(yīng)用，解決了現(xiàn)有高速公路隧道設(shè)備養(yǎng)護(hù)遇到的諸多問題，對于減輕隧道管養(yǎng)工作量，提高隧道管養(yǎng)工作效率起到了非常重要的作用。同時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用也極大地提高了高速公路隧道設(shè)備的信息化管養(yǎng)水平，使管養(yǎng)過程更高效，管理決策更科學(xué)。

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