基于WebGL的城市慢行交通設施可視化運維管理系統研究

摘要 為優化城市非機動車道管理流程，提高數據驅動與智能輔助決策水平，文章設計了城市慢行交通設施可視化運維管理系統，提出了城市慢行交通設施服役狀態評估層次結構，并基于AHP-模糊綜合評價算法進行了設施狀態綜合評估與輔助決策，實現慢行交通設施服役狀態數據全流程的結構化存儲、智能化分析與可視化呈現，可有效提高城市慢行交通設施運維的智能化水平，保障城市居民安全便捷地運用慢行交通，踐行并推動綠色出行理念。

關鍵詞 城市慢行交通設施；運維管理；綜合評估；輔助決策

中圖分類號 U491 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0004-03

0 引言

隨著城市化率的不斷提升，因城市發展而產生的“城市病”日益突出，交通擁堵、生態污染持續加劇，亟待推行綠色出行方式，以促進可持續發展。慢行交通，包括步行和自行車出行，因其低碳、健康等特點，被視為緩解城市交通壓力、提升居民生活質量的有效途徑[1-2]。

隨著綠色出行需求的不斷增長，慢行交通系統管理養護存在不足，基礎設施對綠色交通的支撐與保護作用不夠，許多城市慢行交通設施運營狀況欠佳，如出現路面破損、配套設施損壞等問題[3]，影響居民出行體驗和安全。此外，城市交通系統的信息化水平尚待提升，運維人員在日常的巡查、巡檢和養護維修工作中存在大量的重復性勞動，需要通過信息化手段進行優化。在以人為本的交通發展理念推動下，應確保與居民日常生活密切相關的慢行交通系統的良好運營WE9tpvOPw+xa/0mZQHDLnTmdZiDjlZBLTzFLElNPWmI=。借助BIM+GIS、人工智能、設施服役狀態綜合評估等[4]先進技術，可以為城市慢行交通運維質量的提升提供堅實的理論和實踐支持。

該文將充分結合城市慢行交通的使用實際需求與慢行交通設施服役狀態的影響因素，基于B/S架構研發融合BIM+GIS的城市慢行交通設施可視化管理平臺，進一步提高運維管理效率、保障設施設備服務質量，為城市居民提供安全的交通環境。

1 城市慢行交通基礎設施狀態評估與輔助決策

1.1 城市慢行交通系統組成

城市慢行交通系統的主要組成部分如圖1所示：

1.2 基于AHP-模糊分析法的狀態評估

根據城市慢行交通管理需求及管理模式，將設施分為點、線、面、網等四個級別，實現各層級范圍設施的狀態評估，為輔助決策提供依據。城市慢行交通系統狀態評估結構體系如圖2所示：

平臺采用基于AHP-模糊綜合評價的綜合評估算法，進行設施服役狀態的逐層評估，指導城市慢行交通系統的養護維修[5]。

首先，根據調研評價得出點級設施的分項得分，計算每種點級設施的得分矩陣。計算公式如下：

Szb=Σn j=1Sj （1）

式（1）中，Szb——第z個設備的得分，z可選圖1中所示的各類組成部分；n——第z個設備的缺陷種類數量；Sj——單一設備不同缺陷的評分。

根據每種點級設施的缺陷得分，計算各條道路的得分矩陣：

Spm=fp（Spb）·Wp （2）

式（2）中，Spm——第p條道路的得分矩陣，取得分矩陣中最不利值作為該條道路的評價等級；fp——第p個里程的隸屬度函數；Spb——第p個里程包含的設備綜合得分矩陣；Wp——第p個里程下各個設備的權重矩陣。

同理，根據每條道路的得分矩陣，計算每個街道所有慢行道的得分矩陣，進而計算縣級單位的得分矩陣：

Sqg=Sqm·Wq （3）

Syc=Syg·Wy （4）

式中，Sqg——第q個街道的得分矩陣；Sqm——第q個街道下所有道路的綜合得分矩陣；Wq——第q個街道下各個道路的權重矩陣；Syc——第y個縣級單位的得分矩陣；Syg——第y個縣級單位下所有街道的綜合得分矩陣；Wy——第y個縣級單位下各個街道的權重矩陣。

由此，便可得到城市慢性交通系統的四級分層評估結果，評估結果以得分矩陣呈現。

1.3 城市慢行交通設施養護維修輔助決策體系

基于城市慢行交通設施服役狀態的評估結果，結合城市慢行交通系統的維護需求，建立針對城市人行道和自行車道的養護維修評估數據庫，以輔助城市慢行交通設施的維護決策。數據庫主要包括維修計劃、評估建議及養護措施等三類：維修計劃庫主要包含針對嚴重損壞設施的大修計劃和一般損壞的維修計劃，根據設施的損壞程度和重要性制定相應的維修策略；評估建議庫則提供基于設施評估結果的定制化建議，以指導具體的維護行動；養護措施庫匯集了各種養護和修復措施，根據設施的具體狀況推薦合適的養護方案。

輔助決策技術能夠基于評估系統所反饋的各類損傷結果，自動檢索匹配系統內置的處置方式，并可詳細對比每種方案的實施成本、預期達到的維護效果，以及養護后設施的預期使用壽命，以提高城市慢行交通設施養護的及時性，達到成本與收益間的動態平衡。這樣的系統設計旨在提高城市慢行交通設施的維護效率和質量，確保市民的安全和舒適出行。

2 平臺設計

2.1 總體架構

平臺總體架構可以分為用戶訪問層、業務應用層、基礎服務層、數據資源層和設施層，如圖3所示：

2.2 技術架構

如圖4所示，該系統采用了先進的技術架構：Vue3框架。為了增強數據的可視化和交互性，系統在傳統的Web開發基礎上，融合了Cesium.js和Echart.js技術，分別實現了三維和二維的數據可視化功能，從而提升數據的可用性。

3平臺功能

3.1 結構物檢查與缺陷管理

平臺整合了城市慢行交通系統的維護規則和缺陷分類標準，優化了缺陷數據的采集流程。依據城市交通維護規范及評估體系，實現了對慢行交通設施缺陷的標準化管理。平臺基于統一時空基準對缺陷進行管理，通過一張圖便可實現缺陷定位、信息查詢及維護處理。

平臺內置了城市慢行交通設施中所有常見的缺損類型數據庫，針對不同缺損設計了準確完備的信息采集表單，可通過移動終端應用進行相關數據的填報。系統將調用移動終端定位功能，自動獲取缺損所在位置坐標，為后續基于統一時空基準的融合評估提供支撐。數據管理功能支持缺陷信息的增加、刪除、查詢和修改操作。同時，允許批量選擇缺陷進行維修計劃安排，并能根據維修結果更新缺陷狀態，確保城市慢行交通系統的高效運行和維護。

3.2 輔助決策模塊

該評估工具以層次分析法（AHP）和模糊綜合評價為核心，能夠根據不同區域的特點和需求，構建相應的慢行交通設施維護狀態評估模型。基于平臺的評估結果，城市慢行交通維護決策系統提供了針對“點”“線”“面”“網”四個層級的定制化決策支持，其中“點”層級提供具體設施缺陷的維修建議，以支持日常養護和即時修復的決策；“線”層級則根據特定路段內的缺陷情況，提供綜合維護建議，以支撐中長期的道路維護規劃；“面”層級展示局部片區的慢行交通設施服役狀態概覽，幫助區域管理人員全面了解并把握所轄區域內的慢行交通狀況；“網”層級為所評估區域的所有慢行交通的綜合狀態。這樣的分層決策支持系統，為城市慢行交通的維護和管理提供了精準有效的決策工具。

3.3 二、三維耦合可視化表達

采用傾斜攝影+激光點云+BIM逆向建模構建的三維數字孿生模型為底座，利用Cesium.js開發的Web端三維管理系統，基于統一時空基準將城市慢行交通設施缺陷數據，以及綜合評估結果附加在數字孿生模型上，集成展示人行道和自行車道的評估結果、巡檢缺陷數據及外觀狀況。同時，利用Echart.js開發的二維可視化圖表功能，將復雜詳細數據進行統計分析與可視化，實現了在“一張圖”上直觀管理城市慢行交通設施的目標，簡化了操作流程，提高了決策效率。

4 結語

該文針對城市慢行交通系統管理養護的現狀與挑戰，設計并開發了一個基于BIM+GIS的城市慢行交通設施的可視化管理平臺。該平臺以城市慢行交通的實際需求為出發點，進行了全面的功能、邏輯和技術架構設計。通過構建層次耦Is3Dm6AR2k+fCsSL6uMzMQ==合的設施評估體系，平臺實現了對慢行交通設施狀態的精細化數據采集和綜合評估，采用AHP-模糊綜合評價法為設施的養護維修提供了科學的輔助決策依據。同時，平臺利用Cesium.js等三維可視化技術，實現了全局人機交互的可視化，有效打通了城市慢行交通管理的數據孤島，實現了設施服役狀態的智能感知、智能分析與智能決策。這一系統的實施，將顯著提升城市慢行交通設施的管理效率和服務質量，為市民提供更安全、更舒適的出行環境，對于推動城市可持續發展具有重要意義。

參考文獻

[1]王月濤，田昭源，薛濱夏，等.城市建成環境綠色交通系統優化方法研究綜述[J].上海城市規劃，2023（6）：11-17.

[2]肖書影，楊闖，劉娜，等.城市道路非機動車道快慢分行騎行質量研究[J].市政技術，2024（1）：35-40.

[3]王延娟.城市道路人行道病害成因分析[J].交通工程，2021（2）：33-37.

[4]車德福，邱柯寒，師鵬飛，等.基于GIS的公路養護管理信息化系統的設計與實現[J].公路，2022（12）：362-367.

[5]謝明逸，凌宏偉.基于層次分析法的非機動車道安全性評價[J].城市道橋與防洪，2023（9）：122-125+17.

收稿日期：2024-06-22

作者簡介：劉驚灝（1997—），男，碩士研究生，助理工程師，主要從事公路及市政道路設計及交通信息化系統研究工作。