淺談基于地理信息系統（GIS）的高速公路信息化建設

劉斌

摘 要 以遂渝高速路公司基于GIS開發的鐵建高速云服務系統為例，簡要闡述結合GIS技術進行高速公路信息化建設的設計思想和應用情況，并介紹了遂渝高速公路信息化建設取得的進展和后續的建設思路。

關鍵詞 高速公路;信息化;GIS;平臺

引言

隨著高速公路路網的不斷完善，高速公路外場設備種類和數量日益增大，這對高速公路外場設備的運營、維護能力提出了更高的要求。為實現高速公路機電管理的信息化、協同化，提高高速公路機電資產管理水平，增強突發事件的應急處置能力，重慶鐵發遂渝高速公路有限公司（以下簡稱“鐵發遂渝公司”）進行了基于地理信息系統（GIS）的高速公路信息化建設項目，圍繞鐵建億聯云服務平臺，實現全公司機電管理信息化管理的總體目標。

本次信息建設針對鐵發遂渝公司管理現狀及相關信息化應用存在的缺陷，通過分析不同用戶對高速公路項目信息的基本需求，明確高速公路項目管理信息系統在機電管理過程中信息分類，以及不同用戶所需數據的處理方法。并在此基礎上提出了一套科學合理的管理信息系統解決方案。項目使用地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）為基礎軟件，以鐵發遂渝公司管轄路段作為研究對象，對高速公路涉及的各類資產信息進行數據結構化處理形成標準化數據庫。利用GIS強大的空間數據與屬性數據的一體化管理能力，實現路面管理的可視化，在此基礎上開發能夠實現日常業務操作的應用軟件，實現綜合信息的發布與收集。旨在方便、快捷地滿足各類應用系統調用公路數據，全面提高高速公路管理現代化水平。

1GIS概念

GIS的發展可以追溯到20世紀60年代，1963年，加拿大測量學家R.F.Tomlinson第一次提出了“地理信息系統”（Geographic Information System，簡稱GIS）這一概念。如今，GIS已經發展成為一種特定的空間信息系統，它采用現代化的方法采集、存儲、分析、管理和顯示、模擬與地理空間分布有關的數據和圖形。

我國GIS雖然起步較晚，但發展至今也已初步實現了產業化，并在許多部門和領域得到了應用，特別是在城市建設規劃、110報警聯動、數字地圖、鐵路運輸、航空導航、金融等方面，GIS系統得到了極大的發展。而相對于我國高速公路的飛速發展，專用GIS系統在高速公路上的應用卻相對滯后。

隨著網絡時代的來臨，如何將先進的計算機、通信技術結合GIS系統更有效的管理高速公路，充分發揮其高速、便捷的特點，使之更好地服務于社會大眾，是此次信息化建設研究的重點。下面以億聯云服務平臺為例，簡要介紹鐵發遂渝公司信息化建設的思路和成果[1]。

2億聯云服務平臺

億聯云服務平臺是根據鐵發遂渝公司的自身特點，基于路段級資源整合、數據共享的基礎上結合當今先進的計算機通信技術、物聯網以及大數據技術所構建而成，同時借鑒了國內外相關軟件優缺點，從全公司業務管理的角度考慮，總體建設將充分滿足路段級信息化管理，以及一線運維末梢的各種需求，整合公司各職能部門在高速公路管理中的機電管理業務。系統總體結構如圖1所示。

2.1 軟硬件平臺

本系統硬件由業務數據服務器，業務操作界面，傳感器等幾部分組成。軟件運行和開發環境采用微軟的Windows平臺，數據庫采用的是Mysql，程序開發語言主要采用了Java、HTML、JavaScript、Spring等。

整個開發過程嚴格遵循國家、重慶地區有關法律法規、地方規定、行業標準以及工業標準，采用高標準性的技術，應用軟件開發符合國家標準《信息技術軟件生存周期過程》（GB/T8566 一2001），代碼設計符合通用的國際標準以及國家標準。同時充分考慮本次總體建設的多部門、多業務系統、多數據接口數據交互的現狀，采用基于云計算中心的數據交換與SOA相結合的設計方案，保證系統結構完整性和信息一致性。

2.2 人機界面

該平臺分為Web端和移動端，具有獨立的人機交互界面，具有直觀、形象、友好等特點。例如系統采用GIS技術分別在Web端和移動端對路段進行標注，并能顯示收費站、服務區等各種構造物信息，利用BIM+GIS技術對隧道進行建模，以最直觀的方式展示地理圖形。

2.3 系統功能

億聯云服務平臺結合GIS技術，提供了路段設備信息展示，機電設備管理，機電維修，隧道監測，工程管理，評價考核等多種功能，涵蓋了高速公路管理，運營的多個業務流程。

（1）路段信息展示。億聯云服務平臺Web端和移動端利用GIS技術，將鐵發遂渝公司管轄的高速公路路段地理位置信息明確的顯示在主界面上，并可選擇查看路段上各種構建物和重要設備，如收費站，服務區，情報板，攝像頭，路段施工和事故地點等，點擊收費站可以查看收費站設備完好率等數據，點擊攝像頭可查看實時視頻，點擊事故地點可以查看事故具體情況數據。

除了路段信息查看，平臺還提供了定位和導航功能。平臺移動端可以在地圖上顯示車輛當前所在路段位置，當行駛到服務區或隧道等地方，系統會自動顯示出該服務區或隧道設備信息，便于駕駛員了解該服務區或隧道的情況。

（2）機電設備管理。機電設備管理主要包含了二維碼管理和機電設備庫房管理。二維碼的使用便于路段設備管理與維護，根據編碼規則對設備進行唯一編碼管理。庫房管理主要是對設備基礎信息、庫存、出入庫、處置等設備全生命周期進行管理。設備采購后會通過庫房管理的入庫功能進行系統，系統會根據制定好的規則自動為每個設備分配唯一的二維碼，該二維碼會伴隨機電設備出庫，安裝直到報廢。工作人員通過移動APP掃碼功能可以方便查看該設備的名稱，型號，出入庫以及安裝的時間等基礎信息，并能查看該設備的歷史安裝記錄和歷史維修記錄，使維修工作高效化，實現設備從入庫-安裝-維護-報廢的全生命周期管理。如在庫存盤點時發現某一設備丟失，可根據二維碼追蹤設備使用記錄，找到最后責任人;根據二維碼分析各廠商設備質量情況、成本情況;通過掃描設備二維碼，可快速了解設備詳細信息，可提高報修的準確性和及時性等等。

（3）機電維修管理。機電維修管理是結合鐵發遂渝公司機電部實際情況，對維修流程進行了優化后開發而成。維修流程主要包含了故障上報，故障確認及分配，故障維修，維修確認等幾個步驟，所有操作都能做到有據可查，通過掃描設備二維碼，可以查看該設備的歷史維修情況，包括每一次的維修人員，故障圖片和描述，維修詳情等信息，為維修人員提供參考，提高了維修效率，規范了維修流程。

（4）隧道監測。隧道監測主要包含隧道機電設備監測和隧道病理監測。

隧道機電設備監控通過安裝傳感器，定時對隧道照明、風機和攝像機等重要設備進行監測，主要監測相關的設備的電流值，光照度等指標，通過后臺算法自動判斷設備的工作狀態是否正常，并根據多天的數據生成趨勢圖，并為設備運行狀態評分，為管理人員篩選出運行狀態不太好的設備，提前進行排查，避免應機電設備故障引發的安全事故，同時減少了人工維護的難度，提高了隧道機電設備完好率。

隧道病理監測主要依托GIS+BIM技術對重要隧道進行建模，利用掃描技術、攝影技術、圖像比對技術等實現對整隧段的養護數據的采集、清洗、加工、入庫。基于典型構造物（隧道）的養護基礎數據進行構建方法研究，為養護信息化提供數據支撐。

（5）工程管理。工程管理是針對高速公路上各種工程施工的管理。主要解決工程現場監管資源不足，紙質記錄難查、施工監管不及時等問題。工程管理主要包含合同信息錄入，技術交底，施工申請，施工監控，施工審批，工程驗收，結算資料等流程，通過流程圖查看功能可以很清楚了解工程目前流程情況，流程中各個用戶處理事件效率、提交資料情況等，使工程管理流程化，規范化。

（6）評價考核。評價考核主要通過系統中的設備信息和維修數據對供應商和維修人員進行評價考核。通過數據分析，減少人為判斷，使考核評價更加準確科學。

供應商評價體系主要是根據系統中相同類型的設備一定時間內故障次數，使用壽命等數據，根據相應的加權算法，對不同的供應商進行評分管理，從而為以后的供應商選擇提供數據支撐。

機電績效考核是根據系統中維修人員的維修工單數量，維修難度等級，工資參數，通過加權算法，統計出當月維修人員的績效得分和績效獎金。

2.4 系統特點

（1）先進性與高效性。緊密結合目前高速公路管理實際情況，選用先進成熟的技術、開發方法和工具（GIS，Java，BIM，Windows），這些技術能夠順應當今技術的發展趨勢，同時采用的技術適度超前，滿足未來五到十年的發展需求。保證系統能夠按時、按質、按量的提供營運管理者使用。

（2） 可行性與易用性。由于信息化整體建設的各大業務系統的用戶絕大多數不是計算機專業人員，而是業務管理人員、各個層次的領導者及相關崗位的工作人員，他們對計算機的使用不像計算機專業人員那樣熟悉，因此本次信息化總體建設的各務系統設計以人機交互友好性為基本設計原則。在設計時，系統廣泛采用現在流行且證明行之有效的圖表、窗口界面，菜單驅動，快速功能按鈕、下拉選擇框等界面與接口技術，方便管理者學習與使用，提高其工作效率，充分發揮系統功能。

（3）開放性與安全性。采用具有開放性及符合標準的軟、硬件技術及通用網絡協議和成熟的、在業界被廣泛采用的主流數據庫管理系統，能夠與各主要計算機、網絡廠商的系統產品互聯，支持市場主流的服務器、操作系統、中間件、數據庫產品，可以方便地與其他廠家同類型應用系統進行軟、硬平臺互連，便于系統未來的擴展。

系統在設計和部署時，釆用了嚴格的安全保障措施，充分保證數據安全和應 用系統安全。系統安全主要從設備、網絡、操作系統、數據庫、應用軟件、用戶 （使用者）和安全保障制度（包括運行制度、使用制度、保密制度等）等方面都予以充分重視，此外，雙機熱備、應用系統和數據的備份機制、網絡數據加密、數字簽名、用戶身份認證等技術也在本次建設中得以充分體現[2]。

3信息化平臺的意義

鐵建億聯運維平臺項目的建設重點是研發如何將GIS、通信和物聯網等高新技術和鐵發遂渝公司管理運營實際情況相結合，運用到高速公路信息化、智能化建設中，不但提升公司管理水平和日常運營能力，提高員工工作效率，同時也提升了公眾對高速公路服務的滿意度，主要體現在以下方面：

3.1 面向管理

（1）辦公靈活、便捷，提升應急反應速率。平臺除了采用B/S（網頁版）架構外，還提供了移動端APP，移動端運用流媒體技術，GIS，物聯網等技術，將多種應用功能集成到一起，突破了時間和空間的限制，讓管理者可以隨時隨地全面掌控所需的信息。

例如，移動端接入的高清視頻查看功能，讓管理人員實時了解道路情況，當G93沙坪壩收費站路段發生擁堵，擁堵情況如何？管理人員不管身處何處，通過一部手機就能實時監控高速全線收費站、路段、隧道、服務區的情況。

（2）位置服務，管理便捷。通過對GIS+信息化平臺的建設，大大提高管理者的數據獲取效率和準確性。管理者除了在任何地點、時間能通過系統獲取各項信息外，還可通過在道路上巡查自動獲取周圍信息。如：進入服務區范圍后，平臺APP會自動推送當前服務區信息給管理者，包括服務區當前營收情況、服務區商家位置信息及經營期限、熱賣商品、人流數量信息、機電設備完好率等等;進入隧道后，平臺APP自動推送當前隧道機電完好率、當日車流量、隧道能見度、CO濃度、隧道綜合評分等信息。大大方便管理信息獲取。

（3）固化業務流程，提高運營管理水平。信息化的基礎是結合計算機編程技術將業務流程信息化，實現無紙化辦公。鐵發遂渝公司將各部門業務流程進行優化整合，結合GIS，通信，物聯網等技術通過編程，以系統的形式呈現出來，一個環節都必須根據制定的流程執行，并生成相應的表單，做到有據可查，避免人為原因造成的誤操作、亂操作，使數據更加準確更加安全，同時使管理更加規范。

平臺著重對維修流程，庫房管理流程，工程管理流程進行了流程優化和開發。以機電維修為例，平臺將故障報修到故障維修確認整個流程整合到維修管理平臺，維修記錄中包含有現場照片、維修期限和定位信息，確保維修人員現場處理，提升維修人員積極性，減少設備維修周期。

（4）數據直觀豐富，輔助決策。平臺基于GIS，物聯網等技術可以為管理人員提供豐富的數據支持，例如通過傳感器采集隧道機電設備運行數據;通過機電維修管理收集各收費站等重要構造物機電設備完好率，故障數;通過庫存管理系統提供設備庫存數等，并在數據展示頁面生成柱狀圖、趨勢圖、扇形圖，便于橫向和縱向分析，同時還能根據收集到的基礎數據進行數據加工，得到供應商評價和維修人員績效考核等數據，為管理人員的決策提供科學，準確的數據支撐。

（5）實現高速公路資產的可見、可查詢、可追溯。高速路沿途各項外場設備型號繁雜，數量眾多，日常管理及維護是個大問題。針對這個難題，億聯云服務平臺通過開發二維碼管理系統和庫存管理系統，將資產信息和GIS地圖相整合，在地圖上能查看路段上各位置的外場設備基礎信息以及故障狀態信息。并且建立電子庫存，對設備進行全生命周期的監控，設備從采購入庫，到領用出庫，領用人，用于哪次維修都有記錄，實現了資產的可見、可查詢、可追溯。

3.2 面向一線員工

（1）高集成高效率。億聯云服務平臺是一個高集成化系統，平臺還集成了日常工作督辦、工程項目監管、工作績效考核等日常管理應用，為一線工作者帶來不少便利。工作人員通過一個平臺能做多種操作，避免了重復填報、多端操作，提高了辦公效率。

（2）設備全生命周期管理，提升故障排查速率。億聯云服務平臺采用設備全生命周期管理的思想，將設備從采購入庫到報廢整個生命周期信息結合二維碼技術運用到日常設備運維工作中，維修人員用手機掃描故障設備二維碼，設備使用時長、維修記錄等信息就躍然手機屏幕之上，還可以自動與機電維修系統相連，對維修方法進行指導提示。僅如此，該平臺智能化的路段運行感知體系，能夠精確提示車行路段的設備信息，便于開展全覆蓋檢修，大大提升了運維人員對設備的維修和巡查效率。

（3）績效考核，提高工作積極性。平臺維修管理對上報的故障進行了維修難度分類，并設置維修期限，系統根據維修人員故障維修數量，工作參數，結合加權算法，自動生成員工當月的績效，如果員工希望能提供績效工資，需要完成難度更大，數量更多的工單。系統還借鑒了滴滴快車的搶單模式提供了搶單功能，讓維修人員從以前的被動接受維修任務，到主動接單的工作模式的轉變，大大提高了一線員工的工作積極性。

3.3 面向公眾

（1）安全保障。平臺通過GIS+的方式，在APP上面向公眾顯示沿路所有安全及救援設備信息，包括高速公路的機電設備、安全設施、周邊醫院等等。如：在隧道發生緊急情況時，公眾可通過APP查看附近的重要設備的位置信息，包括消費設施、緊急電話、橫通門、安全通道等等信息，提高公眾安全保障質量。

平臺為公眾提供了定位救援功能。當出現事故時，如上報人員不確定自己所處位置信息（特別是在夜晚時），可以通過撥打監控中心電話，點擊監控中心發送的短信，系統將自動定位救援地點，并實時發送救援信息到最近的救援車輛，大大提高救援的準確性和及時性。

公眾在高速上行駛，可通過APP提交發現的任何問題，系統自動跟進處理，并將處理結果反饋給公眾用戶。如發現設備不牢固，公眾可通過APP直接提交信息，可提交信息可包括圖片、視頻等信息，APP自動定位報警位置。如果是機電設備還可直接通過掃描二維碼提交問題。平臺建設時充分考慮操作便捷度，系統盡量自動獲取設備信息、位置信息等等，降低公眾操作工作量，方便公眾操作。

（2）通行導航。平臺具備導航功能，相比于百度或者高德等常見的導航系統，億聯云平臺針對下轄的路段，更詳細的展示沿路的重要設施或其他信息。包括隧道、橋梁、服務區、安全通道、消防設施、道路施工信息、封道信息、周邊特產等等，提供的數據范圍更廣、效率更高、數據更準確。

（3）優質服務。平臺通過展示周邊的配套設施，提高了公眾的快捷性和滿意度。如：公眾可以通過平臺，提前了解服務區的售賣商品，了解服務區的商家布局、衛生間及休息室位置信息、車位信息、人流量信息;提前了解高速擁堵情況、大霧封道信息;通過公眾視頻，查看高速公路的實時視頻信息，了解高速公路通行情況等等。大大提高公眾的信息獲取渠道，方便公眾對高速公路的使用。

4結束語

鐵發億聯云服務平臺，利用物聯網技術，GIS與大數據理念對高速公路各項業務進行有機優化和聚合，加強內部管理與高速公路運營能力，提高了鐵發遂渝公司高速公路管理的信息化水平，增強了高速公路通行保障能力、應急處置能力。同時，響應國家號召，提高高速公路安全保障，為公眾提供更多更好更及時的優質服務，帶動高速沿線經濟發展。億聯云服務平臺的建設完成，是鐵發遂渝公司在高速公路信息化的道路上邁出的重要一步，后續我們將持續探索如何將其他先進技術和理念運用到高速公路信息化建設中，不斷完善，持續發展。

參考文獻

[1] 張斌，程良明，潘梁，等.基于GIS的高速公路聯網數據應用管理平臺設計[C].中國高速公路信息化研討會.第十八屆中國高速公路信息化研討會論文集.南京：中國公路學會，2016：71-76.

[2] 劉彬，陸璐.基于地理信息系統的高速公路監控管理新模式的研究與應用[J].西部交通科技，2019（6）：142-144.