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摘要：為實現高速公路的科學管理、養護、決策，將高速公路基礎設施的結構健康檢測數據、使用性能數據、交通視頻監控數據等匯聚到一個云平臺上，構建基于云平臺的高速公路健康監測與運營管理系統。實現了交通基礎設施數據的數據字典標準化、健康狀況分析、養護決策應用及運行監視展示。系統能為高速公路基礎設施運行安全提供保障，對于提高高速公路基礎設施的健康監測以及高速公路運營管理具有意義。
關鍵詞：高速公路；健康監測；運營管理；大數據；云平臺
0引言
2016年末，全國公路總里程469.63萬km，其中高速公路里程13.10萬km，公路養護里程459.00萬km，占公路總里程97.7%，全國公路橋梁80.53萬座、4916.97萬m，全國公路隧道為15181處、1403.97萬m[1]。我國公路里程，公路橋梁、隧道規模達到了世界前列。然而，相比于我國的交通基礎設施的建設增長速度，其管理、養護、決策以及信息化水平較低，各個系統相互孤立，信息孤島嚴重。云計算、大數據等先進技術的出現，為解決這些問題提供了技術保障。云計算作為分布式計算的一種特殊形式，它引入效用模型來遠程供給可擴展和可測量的資源[2]。交通運輸信息化“十三五”發展規劃[3]指出，交通運輸信息化建設正處于從分散轉向集約、從孤立封閉轉向共享開放、從以政府推動為主轉向政企合作推進的重要轉型期，即將邁入全面聯網、業務協同、智能應用的新階段。要積極推動移動互聯網、云計算、大數據等。將云技術運用到高速公路的健康監測與運營管理中，可提高資源共享。劉文峰[4]等應用現代傳感、網絡通訊、云計算等信息技術，結合現代結構健康監測技術，對安定高速公路結構群健康監測平臺進行設計；張明月等[5]對高速公路聯網機電系統運維管理體系進行了研究與探討；余飛等[6]基于云計算的高速公路多源信息服務平臺進行了研究。本文對基于云平臺的高速公路健康監測與運營管理系統研究，構建了基于云平臺的高速公路健康監測與運營管理系統，實現了高速公路基礎設施數據的數據字典標準化、健康狀況分析、養護決策應用及運行監視展示等功能。
1系統建立必要性及可行性
在高速公路、橋梁、隧道等交通基礎設施養護、運營管理的各個環節中，不少高速公路運營管理單位雖然運用了一些數據采集設備，建立了一些管理系統，但養護管理精細化程度不高，公路管理信息化、智能化水平偏低，各系統、各環節相互獨立，數據不能進行統一處理、應用，還無法滿足科學運營、管理、維護的需要。建立統一的云平臺，將交通設施、交通設備、結構健康、路面健康等交通靜態數據以及速度、占有率、行車時間、擁堵狀況、交通事件環境數據等交通動態數據匯聚到平臺上，進行分析，為管理者提供輔助決策支持。技術發展趨勢決定需要采用云平臺方式進行基礎環境集中建設。從集約化管理、移動互聯的發展以及降本增效角度出發，云平臺架構是信息系統架構演進的必然趨勢。高速公路管理對象多、匯聚數據信息大、管理的靈活性要求高。管理的對象包括交通靜態數據以及交通動態數據；所采集的數據包括養護數據、運行數據、財務數據、視頻、圖片、文字、關系記錄等結構化、非結構化數據，數據量可達到TB級；管理部門涉及不同的管理單位及部門，服務資源需求高。為此，平臺需要強大的處理能力、良好的兼容能力、優秀的安全性能以及靈活的管理能力。根據高速公路管理的實際需求，選擇采用云平臺方式進行基礎環境集中建設，以便應對海量數據的大數據分析的需要。
2系統的構建
系統建立統一的計算資源平臺，能夠實現云計算管理服務的各個層次。同時，設置核心交換網絡，可以支持內網以及Internet訪問，支持與高速公路現有養護管理、運營維護等系統的通信。匯聚的數據包括系統業務涉及大量的信息，如運行實時檢測記錄、養護人工記錄數據、文件資料、圖片、錄像等，數據種類繁多。系統預留了核心交換接口，可以擴展配置后同移動監測車載系統、各養護單元數據系統對接需求。
2.1云平臺及網絡系統架構
高速公路健康監測與運營管理系統借助云技術，依托先進產品建設領先的新型云平臺，提供統一的云主機、云存儲、核心數據庫等資源池。為各類應用系統提供計算服務、存儲服務、網絡服務、數據處理、網絡信息安全和系統管理等服務。針對系統的建設需求，云平臺由計算資源池、存儲資源池、網絡資源池、核心數據庫以及云資源管理平臺幾大組成部分。云平臺及網絡系統架構如圖2所示。
2.2軟件平臺架構
系統軟件架構分四層，從底層起依次為：數據層、數據交換層、系統邏輯層、應用層，如圖3所示。數據層包括路橋隧等設施信息、養護信息、管理組織信息、健康監測信息，設備運行信息以及交通參數等信息。數據交換層將數據層的各類數據源整合起來，為系統的業務邏輯層提供統一的數據服務。系統邏輯層利用數據交換層提供的數據服務為系統應用功能提供所需的數據統計、數據查詢、數據分析、消息響應、報表服務、日志服務等各種業務邏輯服務。應用層提供健康監測與運營管理中心，基于B/S的人機交互界面，系統結合GIS實現的地圖瀏覽、公路實時監測、查詢定位、專題圖統計分析、空間量算監測報警等功能；同時，應用層為系統管理人員提供歷史業務的統計分析功能輔助用戶決策。整個系統平臺采用統一的授權認證，并提供豐富的接口，支持多種協議，為以后系統的擴展和升級預留充分的空間。
2.3各子模塊構建
2.3.1數據采集及匯聚
數據采集支持ADO、WebService接口方式。通過對數據情況的掌握，形成結構監控數據采集表、路面健康數據表、車流量數據表，作為數據采集規范。系統能夠將路橋隧的各類信息匯集在一起，實現數據匯聚功能，數據匯聚是云平臺的核心功能；同時，能夠提供數據接入服務，可以同移動監測車載系統、各高速公路養護單位數據系統對接。數據匯聚的建設為了解決各數據供應端及外部系統的信息共享，實現各級系統之間的數據交換，并實現了平臺信息系統和資源的整合與綜合利用，避免信息化建設的重復投資。數據匯聚流程如圖4所示。
2.3.2數據分類與存儲
系統具有統一的計算資源平臺，實現了云計算管理服務的各個層次。能夠根據實際業務需求將不同類型信息分類存儲，如空間地理信息、設備設施信息、運行信息、養護信息等。另外，由于系統涉及的數據種類相當繁多且龐大，為了統一存取與處理，需要建立標準，對數據進行標準、規范表示，并對建設過程中涉及到的數據信息提供編碼標準及分類表示的方案，形成通用的數據字典，不僅保證項目順利執行，還可以在更大的層面進行擴展。
2.3.3數據管理
系統能夠針對數據接入、存儲、、共享，提供數據管理服務，如：接入管理、存儲管理、權限管理、時效管理等。以權限管理為例，云平臺可以對整個平臺各個業務系統中所有類型數據、應用業務、用戶操作等一系列資源進行統一訪問授權管理。通過權限對象、角色對象、用戶組對象、用戶對象及其關系管理可定義多種權限組合。權限控制到數據訪問、文檔、業務數據和其他資源等。
2.3.4綜合展示
將高速公路已建的各種應用系統的軟件、數據等重新部署至基于云平臺的高速公路健康監測與運營管理系統上，完成各個子系統的綜合展示，例如基于GIS平臺進行靜態數據、監測數據的綜合展示功能。系統還能夠提供各類數據的統計報表及數據的業務關聯分析等。應用軟件支持內網桌面系統操作，支持切換至大屏系統展示。展示控制系統一般選擇基于分布式的大屏幕顯示控制系統，分布式系統是純數字化系統，具備更強的顯示處理能力、以及更靈活的擴展能力。
3系統實現的主要功能
3.1數據接入管理
增刪改查，增加采集點，增加采集接口；提供可視化頁面，實現對接入對象和接入表的管理；可以添加接入點，可以對表進行維護；并可對接入的任務進行配置、調度。
3.2健康預警
結構健康分析軟件移植，使得本平臺具備對路橋隧的結構健康檢測數據分析功能，通過該分析功能，可獲得與專項系統一致的評估結論。從高速公路集中管理層面考慮，全面掌握下轄各路橋隧的健康狀況，通過結構健康預警、路面健康預警、設備監控預警3個層面，全方位展示路橋隧各方面健康狀況。在地圖上，進行健康狀況圖層在路段的覆蓋，用來直觀展示路橋隧的健康狀況。
3.3能耗分析
高速公路主要耗能設施包括隧道、收費站、營運管理中心、養護中心、服務區以及沿線設施等，對耗能設施中各時段、各種類能耗數據進行匯總分析，為運營成本估算提供決策參考，促進高速公路運營向節能、綠色發展。
3.4車流量分析
根據匯聚的高速公路出入口匝道以及路段檢測器采集的流量信息，能夠獲取某時間段內的交通擁堵情況，幫助用戶直觀清晰了解當前高速公路交通通行情況。
3.5設備故障率分析
根據設備損壞信息，和設備基礎信息，統計出設備損壞率，便于維護檢測人員維護檢測設備。頁面提供查詢條件，用戶快速查找到需要查看的設備損壞率信息。
3.6GIS綜合信息展示
通過GIS引擎搭建，綜合展示所需地理信息，保證匯聚數據展示效果合并?；诎俣鹊貓DAPI的標準化地圖服務引擎，能夠為平臺首頁、數據中心系統、健康預警系統提供統一的GIS地圖數據服務，確保在信息共享方面的基礎一致。
4結語
論文對基于云平臺的高速公路健康監測與運營管理系統進行了研究，指出了系統建立的必要性及可行性，構建了云平臺及網絡系統、軟件平臺架構，對數據匯聚、數據分類與存儲、數據管理以及綜合展示子模塊分別進行了研究，系統能夠實現數據接入管理、健康預警、能耗分析、車流量分析、設備故障率分析以及GIS綜合信息展示等功能。基于云平臺的高速公路健康監測與運營管理系統能為高速公路基礎設施運行安全提供保障，對于提高高速公路基礎設施的健康監測以及高速公路運營管理具有意義。
參考文獻：
[1]交通運輸部.2016年交通運輸行業發展統計公報[R].2017,04,17.
[2]交通運輸部.交通運輸信息化“十三五”發展規劃[R].2016,04.
[3]劉文峰，孔禹，蔣豐軍.安定高速公路結構群健康監測平臺設計[J].公路隧道，2016(3):145-148.
[4]張明月，韓彬.高速公路聯網機電系統運維管理體系研究與探討[J].公路交通科技：應用技術版，2013(10).
[5]余飛，陳楚江，王麗園.基于云計算的高速公路多源信息服務平臺研究[J].中國交通信息化，2015(9):75-77.
作者:沈明 單位:上海市城市建設設計研究(集團)有限公司