基于SOA的道路巡查系統設計與實現

摘 要：根據我國道路養護巡查共性業務需求，以GIS技術為支撐，采用面向服務（SOA）思想建立一套集數據采集、傳輸、存儲、分析決策于一體的、基于“云+端”模式的道路養護和路政巡查信息化管理系統。系統能為道路養護巡查提供直觀、有效的管理手段，能提供及時、準確的路況設施信息，實現案件快速上報、快速派發和快速解決，為道路養護巡查日常管理和應急搶險提供科學決策支持，有效地解決了道路養護巡查過程中信息集成難、隱患定位難、養護計劃難、巡查考核難、調度指揮難等問題。

關鍵詞：道路養護 路政巡查 移動GIS SOA

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0005-03

近年來，我國道路建設迅猛發展，公路運輸能力也在不斷提高。準確、快速定位現場路況，并實時獲取相關道路信息，是道路養護和路政巡查需要解決的重要問題[1，2]。但長期來，我國道路養護巡查信息化水平較低，管理手段落后，主要表現在：養護巡查模式落后，“重建輕養”思想嚴重；巡查養護缺乏有效的技術手段，無法對路政信息實時處理及管理；養護巡查體系不健全，很大程度上屬于被動養護，整日忙于應對現有道路橋涵的各種病害，缺乏運營過程中的路況調查、病害預測以及適時養護決策和養護規劃；考核缺乏量化指標，對養護責任事故追究不力、監管不嚴、處罰過輕等問題[1，3，4]。隨著公路事業的快速發展，人們對管理手段變革和創新的要求日漸緊迫，社會對公路服務水平的要求也日趨嚴格，現代化的管理在公路事業發展中的重要性日益凸現，迫切需要進一步提升公路養護與管理水平，構筑現代交通需要的科學、高效的現代化公路管理體系。

本文以地理信息系統（GIS）技術為支撐，采用網格化管理思想，為我國道路養護巡查建立一套科學、高效、智能的信息化系統，幫助管理人員實時掌控全局路況信息，實現案件快速上報、快速派發和快速解決，提高作業人員的工作效率、工作質量和巡查工作的自動化水平，為道路管理、養護、規劃提供直觀而有效的管理手段，為道路稽查人員提供科學的決策支持。

1 平臺總體架構

當前我國多數省（市）已建立了公路養護管理系統，全國絕大部分高速公路都建立了路段監控中心，負責道路運行管理工作。各省高速公路聯網監控系統主要由省高速公路聯網監控中心、路段監控分中心、路段基層監控單元三層結構組成，實時監管并掌握路網規劃、建設、發展、運營、管理等數據。公路路政管理的地域性和業務的多樣性、分布性決定了道路養護巡查系統是一個分布式、開放式、業務敏捷的應用系統。從技術角度看，構建分布式應用系統有CORBA、DCOM/COM+、JavaRMI和EJB等組件模型，但這些組件技術存在一些缺點，它們要求服務器端和客戶端有明確的同類型、同構架的對等協議，雖然Java應用程序可以使用RMI與CORBA連接，但與DCOM卻無法通信，從而制約了信息系統的集成。面向服務的體系結構（Service-Oriented Architecture，SOA）是指為了解決在分布式環境下業務集成的需要，通過連接能完成特定任務的獨立功能實體實現的一種軟件系統架構。SOA將應用程序的不同功能單元通過服務之間定義良好的接口和契約聯系起來，接口是采用中立的方式進行定義的，獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言，SOA為分布式、多平臺的道路養護巡查業務系統的構建提供了新的思路和方法。

本文根據我國道路養護和路政巡查共性業務需求，以GIS技術為支撐，提出“云+端”的道路養護巡查模式，采用面向服務思想設計并實現了集道路養護數據采集、傳輸、存儲、發布、集成、統計分析、應急管理為一體的道路養護和路政巡查信息系統，系統由應用層、服務層、支撐層、平臺層組成，其總體架構如圖1所示。

其中，移動GIS硬件設備采用中海達Q系列高精度手持GIS采集器（Q-Star、Q-PAD），GIS軟件基于中海達GIS平臺進行二次開發，該平臺具有跨平臺、高性能、可配置、易擴展、支持多語言二次開發等特點，其SDK包括HiMap（移動端）、HiWebGIS（Web端）。支撐層是整個系統的中樞單元，由數據管理系統、通信傳輸系統、服務管理系統及運行維護系統組成。服務層由一系列遵循一定規范的應用接口組成，是暴露給應用層進行集成、擴展的應用程序接口。應用層是以移動GIS為工具的數據采集、養護巡查系統、WebGIS監控、展示等系統構成，實現移動作業、采集上報、指揮調度、視頻監控、路況監控（交通量、平均車速、車流密度、能見度、氣象等）。突發事件發生時，可根據各種信息進行集成分析和綜合判斷，可為管理人員提供預警、評估、方案模擬、指揮調度、資源調配、應急指令下達和事后處置等提供決策輔助。

2 平臺主要功能模塊

2.1 數據整理接入

基礎地圖數據、道路業務數據的預處理是本系統建設中至關重要的一環。由于這些數據通常是多源異構的，在存儲方式、數據格式、空間參考等方面存在不確定性，需要提供通用性強的數據處理模塊，實現對業務數據的整理和接入。數據預處理工作主要在數據管理系統中完成，主要包括與養護管理相關的業務數據（道路設計、施工、驗收、維護）、視頻數據、路況數據、氣象數據、救援資源等數據。數據預處理主要包括格式轉換、坐標變換、拓撲檢查、符號設置、緩存制作、壓縮轉存等。在數據處理中，應綜合考慮桌面系統和嵌入式應用系統在數據精度、顯示分辨率、尋址計算、I/O速率等方面的差異進行全局的優化設計，如：緩存制作和壓縮轉存是為適應移動端軟硬件環境，對空間數據（底圖、業務數據）進行優化處理的模塊，在地圖緩存制作過程中，同時輸出多種dpi地圖瓦片數據，以適應各種顯示終端設備，并提供松散、緊湊兩種存儲格式，確保數據能在桌面端、Web端和移動端均能逼真、流暢地展示。

2.2 服務配置管理

服務配置管理為應用層各類應用系統提供底層支撐，包括GIS功能數據配置、GIS數據服務配置、空間分析服務（SA服務）配置和權限服務配置四大部分。一些重要的涉密數據存儲在服務端，通過服務的形式參與業務應用，既有效地解決數據安全問題，也減輕了移動端存儲空間和計算壓力等問題。

GIS功能數據配置是對GIS數據的組織、顯示、查詢、事件、字段等信息的設置，通過GIS服務契約為各類服務消費者（包括各類嵌入式GIS、WebGIS）提供統一的服務，主要解決系統快速開發、IT資產積累等問題。數據服務配置是對外提供服務的空間數據、業務數據的范圍、展現樣式、元數據說明等信息的配置；SA服務包括疊加分析、動態分段、路網分析、地址匹配等服務。權限配置采用RABC模型，即通過用戶、角色、權限三者之間建立的一對多、多對多的關系來實現權限控制，包括功能權限和數據權限的配置。其中對數據訪問權限的配置實現了字段級、記錄級的精細化配置，權限配置信息在用戶登錄時將存儲在內存中，當用戶訪問受控數據時數據庫操作層根據內存中的權限信息進行攔截和過濾，從而有效地保障了數據的安全性，也大大降低了開發難度和工作量。

2.3 養護巡查管理

道路養護巡查模塊主要由巡查排班、巡查任務執行、巡查監督管理、信息填報發布、現場指揮調度等模塊組成，如圖3所示。

巡查排班采用網格化管理思想，對轄區進行片區劃分并責任到人。系統根據巡查排班計劃，實現巡查任務包的自動生成，巡查任務包由一系列子任務構成，每一項子任務關聯著一個對象或設備（圖4）。

不同類型對象或設備，其子任務須填寫的內容項通常是不同的，可通過中海達手持GIS采集器內置軟件Hi-Q進行動態配置。

巡查人員外出作業時，在手持GIS采集器客戶端中登錄系統，并獲取其巡查任務，客戶端根據巡查人員當前位置，自動計算最優巡查線路及巡查次序，并以圖、文、音、像等多種形式展示給用戶。在任務執行過程中，手持GIS采集器將實時位置、當前狀態等信息發送給監控中心，并接收來自監控中心的指揮調度指令（圖5）。

巡查任務完成后，采用中海達通信傳輸服務軟件將數據實時上傳至數據服務器，為節省流量用戶可選中將數據保存在手持端，在內業整理資料時通過互聯網上傳。監控中心WebGIS綜合監控模塊基于HiWebGIS引擎開發，具有良好的可擴展性，可將路況的交通量、平均車速、車流密度、氣象等路況信息和重點地區、重點路段的視頻監控進行集成展示，實現路況全方位綜合監控，及時發現路網運行異常情況。信息審核發布模塊主要是對現場采集信息的核查、分析與處理，包括巡查信息審核、巡查信息統計、巡查違規立案、病害信息發布等部分。

3 結語

本文根據我國道路養護和路政巡查的共性業務需求，以GIS技術為支撐，利用成熟的計算機網絡技術、數據庫技術和無線通信技術，以面向服務（SOA）思想設計并實現了集道路養護數據采集、傳輸、存儲、發布、集成、統計分析、應急管理為一體的道路養護和路政巡查信息系統，開創了“云+端”的新型、高效、安全的道路養護巡查現代化作業模式。實踐表明，該系統具有如下優點。

（1）跨平臺、一體化的GIS SDK，以及豐富的配套軟件產品，使得軟、硬件兼容性、穩定性和性能都達到最佳，強固手持終端和穩健的通信傳輸為惡劣環境下戶外日常作業和應急搶險提供了堅強保障。

（2）服務式GIS能有效集成各種空間、非空間數據，通過運行時聚合各種獨立的、具有語義的元服務，能滿足需求的無限擴展性，通過可視化界面進行服務配置，可有效提高開發效率；“云+端”的路政巡查模式能有效解決移動作業和大數據分析兩種現實的業務需求問題。將業務有關的海量數據以云存儲的形式存儲，客戶端通過調用服務實現“按需檢索”，既解決了某些業務數據安全性問題，又較好地解決了移動端設備存儲、計算能力有限的瓶頸問題。

（3）GIS技術和計算機技術的緊密結合，使得分析和管理大量復雜的道路路政管理數據變成現實。網格化管理使巡查工作變被動為主動，地毯式巡查使隱患得以快速、及時反饋，實現道路養護的安全預警，從而延緩大修周期，降低道路管理養護成本，提高了路政巡檢工作效率。移動GIS內置的高精度定位模塊實現了對執法人員作業路線的監控，通過設置電子柵欄實現對巡查線路的約束，一旦超出設定路線或者越出設定區域，系統將會自動報警，從而提高了作業地點的精準率。

（4）統一的標準化巡查流程和監控機制，最大程度上統一了各機構辦事流程和信息共享，大大提高了道路問題的處理效率。

參考文獻

[1] 趙維裕.高速公路日常養護管理系統（FMMS）的建設與應用[J].交通時間， 2010，9.

[2] 趙仲華.高速公路建設和養護一體化管理信息系統研究[D].天津大學，2006.

[3] 丘建棟.基于SuperMap GIS的公路養護信息系統設計[J].廣東公路交通，2007（4）：44-48.

[4] 李明，李鐵強.基于GIS的路面管理系統總體框架設計[J].重慶交通學院學報，2005，24（5）：34-38.