高速公路隧道智慧管養信息化應用系統

邱民

摘要：文章基于高速公路隧道管養現狀，提出構建高速公路隧道智慧管養信息化系統，分析了該系統的功能需求與主要業務流程，介紹了系統設計構成及主要應用成果。

關鍵詞：隧道;功能需求;系統設計;機電設備管養;信息化

0 引言

隨著我國高速公路建設的飛速發展，高速公路的設施設備日常養護作為保障高速公路時刻處于安全運行狀態的一個重要手段，如何做好高速公路設施設備特別是隧道機電系統設備的管養將顯得特別重要。我國對高速公路隧道的管養制定了一系列的養護標準和規范，但目前隧道機電設備管養還處在手工或半手工半自動化階段，存在管理較為凌亂，提取、統計數據極不方便，缺乏信息數據的統計分析等問題。如何按規范要求，結合現今的高速公路隧道養護實際情況對隧道機電設備設施進行高效的、信息化的管養，開發設計一套智能信息化的隧道管養系是本文研究的主要內容。現如今，隨著計算機技術高度發展，移動端應用技術GPS定位、大數據統計分析等應用技術已經日漸成熟，為智能信息化的隧道機電設備管養系統開發提供了理論和技術支持。本文就如何利用這些先進的計算機應用技術，構建智能信息化的隧道機電設備管養系統進行探討，通過開發本系統應用，預期能夠實現隧道及隧道機電設備的信息庫化管理、日常巡查工作及設備報修維修的信息化規范化管理、運維管養數據自動統計分析，達到減輕員工運維工作量，提高管養工作效率的目的。本文研究系統的開發及推廣應用，必將提高高速公路隧道機電系統的科學管養水平，使管養過程更高效，管理決策更科學。

1 系統需求分析

1.1 現狀分析

由于我國公路隧道養護管理起步較晚，還處于原始的低效率階段。在養護巡檢的過程中，大多使用人工進行紙質記錄，對各種各樣的隧道運維養護數據及報表統計分析大多數采用人工統計方式，工作量大、效率低。對巡檢任務完成情況的跟蹤反饋，只是通過巡查人員手工報表形式上報，隧道巡查工作量大，巡查人員是否如實到現場巡查只能靠巡查人員的職業素養。設備的管理較為凌亂，設備管養數據的提取、統計極不方便，缺乏信息數據的統計、分析。

近年來，隨著我國高速公路路網越來越完善，高速公路的建設管理進入運營管理階段。而高速公路隧道作為高速交通網絡中的關鍵節點，如何時刻保障隧道處于安全運行的狀態，使其提供持續的正常運營服務也越來越重要。與此同時，高速公路運營管理單位對于高速公路管理的信息化建設也越來越重視，要及時掌握種類繁多、數量巨大的隧道設施及設備的狀態，并對數據進行有效分析，就必須依托于現代信息技術。因此，構建實用、高效的隧道機電設備養護信息化系統對高速公路隧道的科學養護至關重要。

1.2 功能需求分析

高速公路智慧管養信息化系統主要功能需求如下：

（1）建立完善的設備及隧道基本信息庫，實現隧道及隧道設施設備基礎信息的信息化管理。

（2）巡查任務系統自動化定時發布，實現巡查任務智能化發布管理，減輕養護工作量，提高養護工作效率。

（3）實現移動端巡查任務的巡查上報，自動采集上傳巡查點GPS坐標。自動統計巡查任務完成率，采用直觀簡潔的方式查詢瀏覽當前用戶各種巡查任務的完成進度情況以及巡檢問題設備的修復情況。

（4）采用“短信+系統消息”的方式實現工作待辦提醒，實現巡查任務發布、設備報修維修過程等各種系統提醒消息推送，讓運維人員可以及時接收信息，及時出勤，提升工作效率。

（5）采用“二維碼打印+二維碼掃描查詢”功能，實現設備及隧道二維碼打印、設備及隧道二維碼掃描查詢，使設備管養過程更簡單、更高效、更準確。

（6）實現設備的報修維修數據采集管理，記錄設備故障上報、勘察、審批、運維人員指派、維修、修復確認等運維過程中每一個節點信息，做到運維工作留痕，運維過程可跟蹤，實現設備運維全程數據鏈的可追溯性。

（7）實現巡查任務數據、設備報修維修數據的統計分析，自動生成各種巡查報表、統計報表，為隧道機電設置管養決策提供數據支持。

1.3 主要業務流程分析

1.3.1 巡查任務發布及上報業務流程分析

在整個隧道管養業務中，隧道設備巡查任務發布管理以及對任務巡查采集上報是其中最重要的一個業務。巡查任務由隧道養護站站長提前制定，制定任務時指派巡查人員、確定巡查設備范圍以及起止日期。任務發布后，通過后臺任務處理程序循環處理任務，當到達任務起始時間時，系統自動推送消息給巡查人員，巡查人員收到消息后，安排時間去對任務中的設備進行巡檢，并填寫巡檢情況。如果在巡檢過程中發現設備異常，則需要對異常情況進行采集上報。設備巡檢上報可以通過二維碼掃描以及系統查詢兩種方式進入上報數據采集頁面。當巡查任務到達截止日期時，當前任務將終止，不可以再進行巡查任務巡查記錄的修改。任務完成后，系統將自動統計任務巡查數據，生成各種巡查報表。業務流程如圖1所示。

1.3.2 設備報修維修流程分析

設備從故障上報到最終修復確認需要經過報修人故障上報、站長故障審核、勘察員故障勘察以及勘察情況上報、站長勘察審核、維修人員故障維修及維修情況上報、站長維修審批、報修人故障修復確認等多個步驟。每一個步驟完成后，通過系統后臺任務處理程序將處理結果消息推送給下一流程處理人員。設備報修維修業務流程如圖2所示。

2 系統設計

2.1 系統構成

高速公路隧道智慧管養信息系統由移動端APP子系統、WEB后臺管理端子系統、后臺任務處理程序子系統等三個子系統構成。移動端APP子系統安裝在具有4G網絡的移動手機上，WEB后臺管理端子系統以及后臺任務處理程序系統部署在高速公路管理公司內網，通過三層交換機將服務器端口衍射到外網，為移動端APP子系統提供訪問通道。系統網絡拓撲結構如圖3所示。

2.2 系統功能設計

2.2.1 移動端APP子系統功能設計

通過移動端APP子系統，主要實現巡查任務查詢瀏覽、設備巡檢采集上報、設備的報修維修和設備及隧道信息的查詢瀏覽等。

（1）隧道信息查詢瀏覽：包括隧道信息查詢、詳情瀏覽、隧道二維碼標簽打印、隧道二維碼掃描查詢。隧道信息詳情瀏覽功能可以查看包括隧道基礎資料信息、隧道檔案資料（包括設計施工圖、設計圖紙、檢查報告）、隧道設備、隧道建設及維修記錄等隧道相關的詳細信息。通過系統隧道二維碼打印功能，連接藍牙打印機可以實現隧道二維碼標簽的打印輸出。

（2）設備查詢管理：包括設備添加、修改、查詢瀏覽、設備二維碼標簽打印、設備二維碼掃描查詢以及設備歷史巡查記錄、歷史報修維修記錄查詢瀏覽等。通過設備二維碼打印功能，可以直接連接藍牙打印機，隨時隨地生成設備二維碼標簽并粘貼到設備上。通過二維碼掃描查詢能夠更快捷地獲取包括基礎資料、維修記錄、巡檢情況記錄、運行情況等詳細的設備信息。

（3）巡查任務查詢瀏覽：包括日常巡查、經常性檢查、定期巡查等巡查任務的查詢瀏覽。通過巡查任務詳情瀏覽功能，可以查看整個巡查任務的巡查進度，以及任務分類下設備巡檢的完成情況，巡檢上報內容。

（4）巡查任務巡檢上報：設備巡檢數據的采集上報，包括巡檢圖片、GPS坐標、設備運行狀態、故障評定等。

（5）設備故障上報管理：包括故障信息采集上報、故障上報記錄查詢瀏覽、故障修復過程跟蹤以及故障修復確認。

（6）設備維修管理：包括對設備故障上報的審核、故障勘察上報、勘察信息審批、維修上報、維修上報審批。

（7）清潔維護記錄采集管理：包括隧道清潔維護記錄采集上報、查詢瀏覽。

（8）執勤軌跡：通過電子地圖，實現用戶執勤軌跡的查詢瀏覽。

（9）離線數據下載：對于長度過長的隧道，隧道內部某些區域可能沒有移動信號，為了便于隧道設備信息的查詢，需要將隧道設備信息下載到移動端。

（10）系統消息：系統消息查詢、瀏覽。

2.2.2 WEB后臺管理端子系統功能設計

WEB后臺管理端子系統，主要實現巡查任務的發布管理、巡查任務巡查記錄查詢瀏覽、設備及隧道信息查詢管理、設備報修維修記錄查詢管理以及各種數據的統計分析、報表查詢打印。

（1）巡查任務發布管理：包括各種巡查任務的發布、編輯、查詢瀏覽。

（2）定期執行計劃管理：定期執行計劃的添加、修改、執行、停止。通過該功能實現巡查任務的定時自動發布。

（3）設備查詢管理：包括設備添加、修改、查詢瀏覽，設備歷史巡查記錄、歷史報修維修記錄查詢瀏覽。

（4）隧道查詢管理：包括隧道信息添加、修改、查詢瀏覽，隧道歷史維修記錄查詢管理。

（5）設備報修維修記錄查詢瀏覽：包括設備故障上報記錄、故障上報的審核記錄、故障勘察上報記錄、勘察信息審批記錄、維修上報記錄、維修上報審批記錄等信息記錄的查詢瀏覽。

（6）清潔維護記錄查詢管理：包括清潔維護記錄的添加、修改、刪除以及查詢瀏覽。

（7）數據統計分析：對APP端采集的各種數據進行統計分析，生成管養規范要求的各種巡查報表、統計報表，并對設備運行狀態的數據進行統計分析，以圖表形式進行展示。

（8）系統管理：系統基礎管理模塊，包括用戶管理、部門管理、公司管理、崗位管理、權限角色管理以及用戶權限配置、系統數據字典以及系統操作日志的查詢瀏覽。

2.2.3 后臺任務處理程序子系統功能設計

后臺任務處理程序子系統，主要執行一些后臺任務，包括調用第三方短信接口實現短信的推送，計劃巡查任務的循環處理等。

2.3 關鍵技術及實現方法

（1）在WEB后臺管理端的子系統端，為保證系統在安全性、易擴展性、易維護性等方面的要求，我們采用了基于.Net平臺三層應用系統結構。系統架構于B/S三層應用體系結構上，并采用ASP.NET、Ajax、JQuery等編程技術與面向對象程序設計技術，將復雜的業務處理規則、流程控制和數據存取設計成不同的程序邏輯層，部署在應用服務器層上實現對數據庫的存取訪問，以充分保證數據庫系統的安全可靠訪問。

（2）為保證業務處理的流暢性，我們采用基于Android系統的原生開發方式進行移動端APP子系統的開發。由于隧道內部可能出現無移動信號，系統無法直接連接遠程服務器獲取數據，因此我們在移動端APP子系統中，采用sqlite數據庫進行離線數據的保存與處理，在有移動網絡信號的情況下，通過開啟一個系統后臺線程，自動同步上傳本地采集的數據至遠程服務器。

（3）為提高設備巡查任務工作效率，對于一些固定執行規律的巡查任務，可以采用系統自動創建任務的方式實現巡查任務的智能自動化發布。我們通過Quartz.NET定時任務框架來實現這類有規律的常規巡查任務的自動化發布。Quartz.NET是一個開源的功能齊全的作業調度系統框架，它具有數據庫支持、集群、插件、支持cron-like表達式等多種特性，提供了巨大的靈活性而不犧牲簡單性，可以用它來執行一個作業而創建簡單的或復雜的調度。

（4）在移動端APP子系統中，借助便攜式藍牙打印機提供的Android原生開發接口，我們集成了二維碼打印功能。該功能能夠通過藍牙連接便攜式藍牙打印機，實現設備二維碼標簽隨時隨地打印。二維碼粘貼在設備上，通過系統的二維碼掃描識別功能，能夠快速查詢瀏覽設備或隧道的各種資料信息。

3 主要應用成果

目前該系統成果已在部分高速公路隧道較多的路段推廣應用，通過一段時間的應用，總體上解決了目前高速公路隧道管養工作中不足的問題，提高了高速公路隧道設備管養工作效率以及管養水平，實現了隧道機電系統科學的信息化管養。主要應用成果如下：

（1）建立了完善的設備及隧道基本信息庫和隧道設備二維碼信息數據。通過移動端二維碼掃描查詢瀏覽功能，可以迅速掌握隧道或設備的基礎信息、巡檢情況和運行狀態。

（2）巡查計劃可靈活配置，支持每日、多日、每周或每月等靈活配置的方式，實現巡查任務的智能自動化創建發布，起到了減輕了養護人員工作量，提高養護工作智能信息化水平的作用。

（3）系統簽入短信推送，配合系統消息，實現巡查任務發布、設備報修維修過程等各種系統提醒消息推送，讓工作人員可以及時接收信息，及時出勤，提升工作效率。

（4）手機移動端實現巡查任務查詢瀏覽功能，可以隨時隨地跟蹤巡查任務的巡檢完成情況。移動端巡查記錄采集上報、GPS位置實時上報以及后臺巡查數據報表自動統計生成，解決了目前存在的人工紙質記錄方式落后，巡查過程難追蹤，報表統計工作量大、易出錯、效率低等問題。

（5）實現設備報修維修的信息化管理。記錄從設備故障上報、勘察、審批、運維人員指派、維修、修復確認等運維過程中的每一個節點信息，做到運維工作留痕、運維過程可跟蹤，實現了設備運維全程數據鏈的可追溯。

4 結語

本系統是一套結合現代優秀信息技術的隧道機電設備智慧化的電子信息管理系統。系統基于我國《公路隧道養護技術規范-JTG_H12-2015》制定的原則和標準，按照規范要求，結合目前高速公路隧道管養工作實際需求進行開發設計，同時采用二維碼掃描識別、GPS定位等多種技術。本系統的開發推廣應用，解決了現有高速公路隧道設備養護遇到的諸多問題，對于減輕隧道管養工作量，提高隧道管養工作效率起到了非常重要的作用。同時，系統的實際應用也極大地提高了高速公路隧道設備的信息化管養水平，使管養過程更高效，管理決策更科學。

參考文獻：

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