道路塌陷信息綜合管理平臺設計

施興華，李顯超

（1.中國電子科技集團公司第二十二研究所，山東 青島 266107；2.西安交通大學，陜西 西安 710049）

0 引 言

隨著國民經濟的快速發展，我國公路事業得到長足的發展，各種等級的公路網絡不斷加密，根據交通部的統計公報顯示，到2021年末，我國公路總里程達到519萬千米。但是大部分的公路還沒達到設計年限就需要大修，并普遍發生了早期病害。如何快速高效的查明病害產生的原因和病害的大小是公路日常養護檢測的最重要任務。

同時由于城市人類活動的加劇，塌陷、沉降事故頻發，對人民出行和生命財產安全構成了極大的威脅。如何在不損壞路面結構和不影響車輛正常行駛速度的前提下，快速準確獲取路面及路下信息，及時發現道路下方的病害并做出預警，掌握公路的質量狀況顯得尤為重要。目前最常用的道路塌陷無損檢測手段為探地雷達設備。以車輛為平臺，以探地雷達為核心，融合高清攝像系統，輔以GPS和里程定位技術，對道路表面及內部缺陷進行探測。具有高速采集、精準定位、多通道、全斷面檢測等優點 。

通過車載檢測系統采集的數據主要有：多個通道的雷達數據、路表面的照片、路兩邊的視頻圖像、GPS信息、樁號信息。道路塌陷信息管理平臺將上述多種數據進行融合顯示，綜合利用無損檢測、GIS、大數據平臺及人工智能等新一代信息技術，掌握城市道路的健康狀態，監控地表、地下、管線病害體的發生發育過程。形成對城市道路病害體進行多源、多尺度、多時段“四維一體”的“CT”掃描、病害智能診斷分析、智能監測預警為一體的綜合系統。

1 系統設計

平臺總體上將遵循“專業理論—關鍵技術解決—程序實現—應用檢驗”的思路，對構建道路塌陷信息綜合管理平臺的基本條件、關鍵技術問題的逐一解決，綜合運用多種技術等研發一套基于網絡環境條件下的集道路塌陷信息展示、信息查詢、智能分析、預警為一體的智能綜合監測預警平臺。

（1）實現道路塌陷監測預警的目標。對危害等級高的病害直接報警，危害等級較低的病害納入監測范圍。利用多次檢測結果比對，對病害發展趨勢進行評估，對發展較快的病害進行報警。對危害等級高，發展快的病害位置安排人工復測，并根據病害類型上報不同部門，合理規劃城市道路養護，防范重大塌陷災害的發生。

（2）實現道路塌陷信息的綜合展示。通過人工巡檢、自動監測等方式整合道路塌陷數據，并進行智能診斷得到分析結果，將數據結果借助成熟的GIS技術以文字、圖表、視頻、圖像的方式綜合展現在桌面上。提供道路塌陷的動態和實時監測情況，為危險區域劃分、危險等級劃分、防治對策選擇提供依據。

2 系統架構

系統總體架構可分為：感知層，數據中心層，綜合應用系統層。系統通過感知層采集各類塌陷災害信息，構建統一的塌陷災害數據中心；基于數據中心層提供的統一數據模型和數據服務，構建塌陷災害綜合應用系統。利用綜合應用系統為塌陷災害的防治提供各種服務。具體架構如圖1所示。

圖1 總體架構圖

2.1 感知層

主要完成原始數據的采集，通過從不同的人工檢測設備中提取數據源，如陣列探地雷達的數據、手持式探地雷達的數據（檢測地下情況），攝像頭、照相機的數據（檢測地表情況），管網機器人的數據（檢測管網情況）、GPS的數據以及基本的地形圖數據、道路名稱位置數據等一系列的原始數據；通過自動監測設備實時采集地面沉降信息；感知層是整個平臺的基礎。各個設備采集的數據通過移動網絡上傳到數據中心層。

2.2 數據中心層

數據中心層整合道路屬性數據、實時沉降數據、雷達檢測數據、視頻錄像數據、高清照相數據、基礎設施數據、管線數據，通過磁盤管理、分布式存儲等數據存儲技術，把結構化數據、非結構化數據進行有效組織，形成一個原始數據的數據庫。數據中心層有一個重要的功能就是數據的智能分析處理，從原始數據庫中讀取原始文件，將不同的設備采集的數據利用不同的處理方法，得到病害的特征屬性列表，最終形成專門存放所有病害信息的病害數據庫，作為綜合應用層的主要數據來源。

2.3 綜合應用系統層

根據數據中心層中處理后的病害數據庫和應用支撐層中獲得的其他信息來形成對塌陷隱患的綜合判斷，為用戶提供事前科學定期監測預警、事中有效處置、事后有效服務的動態管理機制。

事前科學定期監測預警：通過“監測預警”來完成對所得到的病害數據和其他信息綜合分析，發現可能存在的塌陷隱患、空洞、以及存在管道淤積、破損等易發生塌陷的位置信息。并在“塌陷一張圖”上展示。

事中有效處置：當發生塌陷災害時，利用“應急指揮和信息發布”和“綜合管理”根據塌陷發生的位置、大小，進行責任判別，并對塌陷整治給出意見。

事后有效服務：定期對已發生塌陷點進行復查檢測，防止再次發生塌陷災害。發布定期檢測任務。

3 系統功能模塊

道路塌陷信息綜合管理平臺主要分為系統信息管理、基本信息管理、業務信息管理、地圖信息管理、統計報表等幾大功能模塊，如圖2所示。

圖2 系統功能結構圖

3.1 系統信息管理

3.1.1 用戶管理

對于登錄用戶進行管理，對用戶的密碼進行加密處理，可對用戶信息進行增加、刪除、修改、查詢、停用、啟用及重新設置角色等的操作。

3.1.2 角色管理

將權限資源按照角色統一進行功能權限的管理，采用RBAC的權限管理方式，節省了同種類型用戶重復分配權限和權限修改時所產生的大量工作。

3.1.3 分組管理

可按照訪問系統的部門等級及組織架構進行分級處理，通過分組可更好的進行擴展的實現，為以后形成系統平臺打下基礎。

3.1.4 數據備份

可分別進行各個不同多媒體文件、原始資料文件、數據庫文件的備份問題。在設計時可根據數據量進行數據結構存儲的分區化，在以時間為前提分區形式下可使歷史數據達到合理的備份存檔的目的。對于病害等特殊信息更可以進行特殊保護處理，保證系統分析的合理性。

3.1.5 數據導入

按照分區進行數據的快速導入，數據采用附加的方式放入到指定的分區內容中。

3.1.6 文件管理

可對現有存在于服務器上的文件進行完整的展示，可通過創建時間等信息進行排序、分類匯總，及時發現遺漏的文件信息。

3.2 基本信息管理

3.2.1 車輛信息管理

公路檢測車輛信息的管理維護，包括增、刪、改、查操作。車牌號、車型、配套設備、駕駛員、聯系方式等基本信息。對于對應的設備可通過存儲設備標示等信息可擴展的查找到信息來源。

3.2.2 病害信息管理

可以記錄病害的基本類型、分類名稱、病害等級等信息，作為基本分類信息的依據。

3.2.3 公路路線管理

可對公路路線進行存儲，存儲公路路線的長度、路線線段、關鍵信息點、所在區域、公路等級、車流量等級等信息，可更好地輔助分析病害發生原因及發展情況預期。

3.3 業務信息管理

3.3.1 檢測工程管理

檢測工程管理可建立檢測工程基本檔案，包含工程名稱、覆蓋范圍、計劃執行時間等信息進行建檔，以檔案為基礎包括對檢測計劃、檢測執行情況、檢測結果的導入進行管理，根據公路路線信息作為基礎信息進行綜合的統計分析。最終可分析檢測工程的執行率信息。

3.3.2 檢測計劃管理

根據檢測工程的計劃執行時間對檢測任務進行細分，精確到天，通過路線設定、檢測內容設定等信息制定資源信息調配計劃。

3.3.3 檢測執行管理

通過對檢測計劃的執行情況可選擇從檢測計劃進行導入，形成完整的工作流，對于執行信息進行詳細記錄，通過對車輛、執行人等信息記錄可形成人員績效考核統計。

在實際執行完成后可將最終的采集信息進行導入處理，根據執行情況生成具體的信息分類存儲數據庫，方便在分析中進行調用。檢測信息的保存需按照實際的數據量的產生情況進行分類入庫，并進行合理優化，提高執行效率，提升用戶體驗。導入到的數據結構按照時間的順序建立索引，并對應路線信息進行存儲，形成時間、路線雙關聯。

3.3.4 檢測結果分析

在檢測執行完成并導入完成后，可對具體的檢測結果進行結合電子地圖的統計分析工作。

（1）工程綜合分析，可對信息按照工程集合進行聚類分析，將以工程為單位的所有的檢測結果進行匯總，在地圖上展現每個執行結果的基本信息，可根據在工程中的路線分別進行繪制，并根據采集到的病害類型形成不同的圖層，一次性在地圖上展現所有的工程病害信息。在點擊具體病害信息點時可將檢測行駛圖片（正面、側面）、檢測視頻、雷達檢測數據、路面高清圖像、GPS信息等可選擇的進行播放與展示。通過不同的顏色標記道路的不同厚度信息形成圖層進行展示。

（2）路線綜合分析，可按照檢測的路線進行檢測信息的展示，通過列表的方式將此路線中的所有病害信息進行分析，方便準確的定位到病害點。

（3）病害發生發展過程分析，可結合歷史病害信息，在病害信息點調取所有的病害歷史記錄信息形成以時間為主軸的災害情況列表，并結合病害路段的厚度信息進行分析。

（4）歷史路線分析，可對歷史檢測過的路線進行回放功能，可選展示多個地圖界面（不超過6個），形成對于現路線情況和歷史路線情況的信息比對。展示以時間為基準的路線列表，可設置歷史路線的顏色。

（5）路線、關鍵點自定義，可根據病害類型、路面厚度等信息設定不同的展現顏色，并在地圖旁邊加以列表性注釋，使信息展示更加直觀。

（6）病害點、病害路線收藏，可將所關注的信息進行收藏夾式的收藏功能，在對比查詢的時候可直接調取收藏夾中的相關信息即可完成對于信息的快捷調取。

3.4 地圖信息管理

包括地圖的添加和關閉，地圖的基本操作（放大、縮小、漫游、居中、測距、選中、描點、劃線、鷹眼等基本操作），地圖顯示圖標、線型和文字的配置等。可以多種方式查詢數據（行政區域、經緯度、道路名）。可以在GIS平臺上顯示數據的空間分布情況。并可對于結構層破碎、斷裂、含水、沉降等多種災害分類信息自定義顯示圖標。對于路線的顏色可進行實時的設置。

3.5 統計報表

統計報表可從病害統計報表、病害發生發展過程報表、人員績效報表、計劃執行率報表等角度進行綜合的統計分析，結合餅狀圖、柱狀圖的方式進行綜合展示。

病害統計報表可通過歷史路段病害信息進行疊加對比處理，形成完整的分析情況的餅狀圖，結合地形信息為道路保養決策提供依據。

病害發生發展過程報表可通過歷史點病害發生發展情況結合道路地形情況及流量負載等因素分析病害處理等級。

4 結 論

針對城市道路地陷隱患探測的復雜性，信息量大，為滿足城市塌陷探測預警的需求。通過專業數據庫平臺及智能分析處理，對道路病害的位置、深度、類型等情況進行風險分級，綜合病害的多種影響因素，從技術手段上改進了塌陷預警和檢測。

在綜合運用數據庫管理技術、地理信息技術、三維切片技術等現代信息技術手段的基礎上，以有關規范標準為指導，從時間軸、空間域的病害數據進行有機開發和集成管理，構建了一個與塌陷有關的較全面的道路塌陷信息綜合管理平臺，實現塌陷信息的監控和及時預警，為管理部門定期開展對隱患點的排查處理、制定科學合理的養護維修計劃提供了直觀準確的依據。