農村公路建設與養護項目信息化管理平臺的開發與應用

摘要 為探究信息化技術在農村公路建設與養護項目中的應用效果，文章設計并開發了面向農村公路建設與養護項目的信息化管理平臺，分析了用戶需求，設計了平臺功能，將平臺分為數據層、業務層、通訊層和界面層，實現了項目狀態監控、項目進度跟蹤、成本預算管理、養護工作管理等系統功能。結果表明，各功能均得到有效實現，各功能數據準確率分別為99.68%、98.62%、97.10%、95.55%，證明信息化管理系統能有效提升農村公路建設與養護項目的管理質量。

關鍵詞 農村公路；公路建設；公路養護；項目管理；信息化管理平臺

中圖分類號 U418.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0167-03

0 引言

隨著數字化轉型的深入發展，信息化管理已成為提升農村公路建設與養護項目效率和質量的關鍵。傳統的項目管理模式常面臨數據分散、進度跟蹤困難、資源配置不均等問題，影響項目執行效率，導致成本無謂增加。當前農村公路建設與養護項目管理主要存在數據處理效率低、實時監控能力不足、決策支持系統的缺乏等問題。這些問題往往導致項目進度延誤、成本超支，甚至出現質量安全隱患[1]。基于此，農村公路建設與養護項目信息化管理平臺應運而生，運用大數據分析、云計算、物聯網（IoT）技術等為項目管理提供了實時數據收集、高效處理和智能決策支持。平臺可有效提高數據的處理效率，確保項目信息的實時更新和準確性。該研究旨在為農村公路建設與養護項目提供全面高效的信息化解決方案，為相關決策者提供準確的數據支持。

1 需求分析

用戶使用需求包括項目狀態監控、進度跟蹤、成本預算管理及養護工作管理等需求。首先，項目狀態監控需求涉及實時數據的獲取與分析，以提供項目的即時狀態反饋。這需要集成數據采集系統、傳感器網絡和移動數據采集設備，實時監測工程質量、環境條件等關鍵指標[2]。其次，項目進度跟蹤需求關注于項目進展，確保項目按照既定時間表進行。這包括工程路基施工、路面鋪設等階段的進度管理、資源分配和人力調度工作，利用信息化項目管理工具有效規劃和監控項目進度。再次，成本預算管理需要平臺具有處理海量財務數據的功能，以完成農村公路建設項目的成本預算控制。其功能需包括成本估算、預算編制、資金流管理、財務報告生成，旨在優化資金使用效率，防止超支。最后，養護工作管理需專注于道路的長期維護和保養。平臺需要提供定期檢查的計劃、維修工作的安排以及養護活動的記錄。這包括對路面磨損、排水系統、標志和護欄等進行監測，以及維修材料和人力資源的管理[3]。

2 系統設計

2.1 系統架構設計

農村公路建設與養護項目信息化管理平臺的系統架構采用分層結構，分為數據層、業務層、通訊層和界面層共4層。系統結構如圖1所示。

2.1.1 數據層

平臺利用關系型數據庫管理系統（RDBMS）進行數據存儲和管理，支持SQL查詢優化，確保數據的完整性和一致性。此層還集成了數據倉庫技術以支持大數據分析，包括歷史數據和實時數據的存儲與處理，如施工進度數據、成本數據和養護記錄等。RDBMS設計支持SQL查詢優化，可利用索引加快數據檢索速度、減少查詢延遲，采取適當的緩存機制提高頻繁查詢的響應速度。此層集成了數據倉庫技術，支持更復雜的數據分析和挖掘需求。平臺能夠處理包括施工進度數據、成本數據和養護記錄等多種數據類型。

2.1.2 業務層

業務層是系統的核心，負責處理具體的業務邏輯。這一層采用模塊化設計，將不同的業務流程，如項目管理、成本控制、進度跟蹤和維護管理等，劃分為獨立模塊。每個模塊通過API（應用程序接口）與其他層進行交互，確保了系統的靈活性和可擴展性，允許CRM系統、ERP系統等外部系統無縫集成。每個模塊通過應用程序接口（API）與數據層、表示層以及外部系統進行交互。基于API的架構確保了系統的靈活性和可擴展性，使系統能夠輕松適應不斷變化的業務需求。業務實現邏輯采用Java EE技術棧提供數據庫及其他開發工具，簡化復雜業務邏輯的開發。為更有效地處理業務規則，該研究決定使用業務規則引擎（BRE）讓非技術人員以聲明方式管理和更新業務邏輯，滿足頻繁更新業務規則數據的系統模塊需求。

2.1.3 通訊層

通訊層負責系統內外部的數據傳輸和消息交換。采用RESTful API和SOAP Web服務，確保數據傳輸的安全性和可靠性，同時支持多種數據格式，以滿足不同端點的需求。此層還負責與外部系統的集成，以實現數據共享和業務協同。RESTful API基于HTTP/HTTPS協議，可提供一種輕量級的方式來實現不同系統間的交互。它支持JSON、XML等數據格式，允許客戶端和服務器之間進行有效的數據交換。RESTful API的無狀態特性和緩存機制可以提高系統的伸縮性和性能。SOAP Web服務則提供了更為正式和結構化的通信方式。該服務基于XML格式，支持事務管理和安全性協議（如WS-Security）等復雜的消息傳遞模式，實現了通訊層功能。

2.1.4 界面層

界面層為用戶提供交互接口，包括Web端和移動端界面。這一層采用響應式設計，確保在不同設備上的兼容性和用戶體驗。該層通過使用HTML5、CSS3和JavaScript等前端技術，實現了直觀且功能豐富的用戶界面。界面層提供數據儀表板和報表的可視化展示，包括在線表單提交和進度更新等交互式功能，以支持用戶高效地進行項目管理和決策制定。數據可視化報表整合了數據可視化庫，將復雜的數據轉換為易于理解的圖表和圖形，集成交互式報表生成器，用戶可靈活地進行自定義報表的創建和展示。該層包括在線表單提交和實時進度更新等交互功能，支持用戶高效進行項目管理和決策制定[4]。

2.2 系統功能設計

2.2.1 項目狀態監控

項目狀態監控功能旨在實現對項目狀態的實時監控和數據分析，確保項目能夠按照預定計劃順利進行。首先，從數據采集角度出發，系統將集成多種傳感器網絡和移動數據采集設備，通過物聯網（IoT）技術實現工程現場的實時數據獲取，包括環境參數、施工進度、設備運行狀態等關鍵指標的收集。這些數據將通過消息隊列（Message Queue）技術傳輸至中央數據處理中心，系統采用大數據處理框架來處理海量的實時數據，根據數據清洗、轉換和聚合結果為后續的分析和決策提供支持。數據存儲采用NoSQL數據庫應對大規模數據的存儲和高速讀寫需求。在數據分析層面，系統將運用復雜事件處理（Complex Event Processing， CEP）和數據挖掘技術來分析這些數據，實現項目狀態的智能監控，應用決策樹、聚類分析等機器學習算法預測潛在的風險和問題[5]。系統將應用規則引擎（Rule Engine）來定義閾值報警、進度偏差等業務規則，實現自動化的異常檢測和報警。

2.2.2 項目進度跟蹤

項目進度跟蹤功能設計的目標是提供全面、精確的項目進度監控和預測能力。首先，此功能模塊基于敏捷開發原則，采用迭代和增量的開發方式，確保快速響應項目管理需求的變化。在數據采集方面，系統集成了時間記錄工具和移動端數據輸入接口，實現工作現場數據的即時輸入和更新。在數據處理與分析層面，系統采用流處理框架處理實時更新的進度數據，保證數據的時效性和準確性。通過復雜事件處理（CEP）引擎分析各項施工活動的時間節點，及時發現任何偏離預定計劃的情況。系統運用線性回歸和時間序列分析等機器學習算法進行進度趨勢預測和風險評估。在信息存儲方面，系統選擇使用關系型數據庫（PostgreSQL）和時序數據庫（InfluxDB）存儲結構化的進度數據和時間序列數據。數據庫選擇確保了數據的高效查詢和存儲性能，支持復雜的數據關聯查詢。為實現有效的進度跟蹤和展示，系統設計基于Web的交互式進度儀表板。

2.2.3 成本預算管理

成本預算管理功能需實現對整個項目成本的精確控制和預算的有效管理。功能設計首先考慮數據模型的構建，確保可以準確反映項目成本的各個方面。系統采用關系型數據庫（如Oracle或MySQL）存儲結構化的財務數據，處理資金流、成本條目、預算分配和歷史財務記錄。數據處理層面，系統設計了一個復雜的業務邏輯處理模塊，使用服務器端編程語言Java實現成本估算、預算編制和監控等功能。此模塊利用線性規劃算法，提供精確的成本預測和預算規劃。基于成本預算管理的實時性和動態性，系統采用了事件驅動架構（Event-Driven Architecture）即時響應項目成本變化和預算調整，使用實時數據流處理技術監控財務數據的實時變化，觸發相應的預算調整和警報。最后，為保證數據的安全性和完整性，系統在成本預算管理模塊中加入了數據安全和權限控制機制，使用TLS/SSL安全協議進行數據傳輸加密，實施基于角色的訪問控制（RBAC），確保只有授權用戶才能訪問敏感的財務信息。

2.2.4 養護工作管理

養護工作管理功能核心是提供高效智能的養護作業規劃與執行平臺。在數據層面，系統首先需要集成各類傳感器和監測設備數據，利用物聯網（IoT）技術實現實時數據采集，采用時序數據庫（InfluxDB）存儲數據，以支持對時間敏感數據的高效查詢和分析。業務邏輯處理層，系統采用模塊化的微服務架構，通過Spring Boot框架實現靈活的服務部署和管理。養護工作管理模塊具體負責道路狀況評估、養護任務的生成、調度和追蹤。通過應用規則引擎（Drools），結合專家系統和機器學習模型，系統能夠自動分析道路狀況數據，智能生成養護工作計劃和優先級排序。在任務調度方面，系統利用遺傳算法安排養護資源和人力，優化工作計劃的效率和成本。系統提供了基于地理信息系統（GIS）的可視化工具，展示養護任務的地理位置和進度狀態，方便管理人員進行地理空間分析和決策支持。系統設計了工作流管理機制，通過工作流引擎（如Camunda或Activiti）管理養護工作的訂單創建、審批、執行和反饋收集環節。

3 系統測試

為全面評估農村公路建設與養護項目信息化管理平臺的性能和功能，該研究設計了一系列細致的測試實驗。實驗運用了高配置服務器（配備Intel Xeon CPU、64GB RAM、1TB SSD）。服務器操作系統為Linux CentOS，客戶端包含Windows 10、iOS和Android三種主流系統用以測試真實使用環境。該研究選取了約10萬條數據記錄，數據內容包括結構化數據（成本記錄、進度更新）、半結構化數據（維修日志）及非結構化數據（圖像和視頻），80%用于訓練和調優系統，剩余20%用于實際的性能測試和驗證。編程語言上，后端采用Java，前端使用JavaScript，系統框架選擇了Spring Boot（后端）、React（前端）和MySQL（數據庫）。測試指標包括項目狀態監控、項目進度跟蹤、成本預算管理、養護工作管理四項功能指標。項目狀態監控測試數據實時更新率、系統響應時間、數據準確性。項目進度跟蹤測試進度跟蹤精度、進度更新速度、用戶交互響應時間。成本預算管理測試預算報告生成速度、預算跟蹤準確性、成本數據處理速度。養護工作管理測試養護任務調度效率、養護記錄更新速度、養護效果評估準確性，測試結果如表1所示。結果顯示，各功能均得到有效實現，系統性能屬于較佳水平，具有較強的推廣價值。

4 結語

農村公路建設與養護項目信息化管理平臺實現了項目管理的信息化、自動化和智能化。平臺具有較強的實時數據處理能力、高效的資源調度、精準的項目監控與分析功能，利用大數據技術、云計算和物聯網（IoT）對海量數據進行實時采集、存儲和分析，確保項目信息的及時更新和決策的科學性。在功能測試中，該研究對系統進行了全面的性能和功能評估。測試結果顯示，系統在各項指標上表現優異，數據實時更新率、系統響應時間和數據準確性等均達到預期目標，充分證明了平臺的穩定性和可靠性，期望能對未來的信息化建設提供經驗和參考。相關工作人員可繼續探索利用人工智能技術賦能鄉村項目管理的實踐路徑，推動農村項目管理數智化發展。

參考文獻

[1]柏魯甬， 石家福， 汪海年， 等. 農村公路瀝青路面養護智能決策系統研究[J]. 運輸經理世界， 2021（10）： 96-98.

[2]馬建芳. 基于人工智能技術的浦東新區農村公路智慧檢評系統研究[J]. 上海公路， 2022（2）： 96-100.

[3]劉軍， 李文， 李權謀. 多層級農村公路養護管理系統架構研究[J]. 運輸經理世界， 2020（3）： 125-128.

[4]于麗麗， 趙連鈞. 甘肅省農村公路信息管理平臺系統架構及功能分析[J]. 交通世界， 2020（3）： 4-5.

[5]程斌. 農村公路建設發展與路面管理系統在其的應用[J]. 科技創新與應用， 2019（26）： 193-194.