天津市公路數字化管理系統構建研究

劉銳晶，徐國山，安 睿

（天津市政工程設計研究總院有限公司，天津市 300051）

0 引言

交通運輸是國民經濟基礎性產業，加強其防災養護力度、大力推進信息化，對于實現交通運輸新的跨越式發展具有十分重要的意義。加強公路養護管理，有效治理公路自然災害，進一步提高公路服務水平，能夠穩定提高公路運行狀況，挖掘公路巨強大的客貨運輸潛力，實現交通產業升級，使社會公眾享有更多的信息資源[1]。

為此，天津市公路事業發展服務中心認真貫徹落實《國務院辦公廳關于開展第一次全國自然災害綜合風險普查的通知》（國辦發〔2020〕12 號）和交通運輸部《自然災害綜合風險公路水路承災體普查工作實施方案》（交公路函〔2020〕721 號）精神。由養護管理部牽頭，統籌組織，按照《天津市人民政府辦公廳關于成立天津市第一次全國自然災害綜合風險普查領導小組的通知》（津政辦函2020〕50 號）及《天津市公路交通設施自然災害綜合風險普查方案》（津交發〔2020〕197 號）等有關要求，全面獲取天津市干線公路、橋梁、隧道、高邊坡等設施重要信息，歷史災害信息，重點掌握區域內風險點等情況，建立了天津市普通國省級干線公路數字化管理系統。該系統能夠有效管理與應用第一次全國自然災害綜合風險普查工作成果，提升抗震防洪防災能力，提升信息化管理水平，為公路運營管理提供權威的災害風險信息和科學決策依據；并為政府有效開展自然災害防治和應急管理工作、切實保障社會經濟可持續發展提供權威的災害風險信息和科學決策依據。

1 系統需求分析

從相關政策關注重點、公路信息化管理實際需求、已有研究成果等方面入手進行需求分析，對系統功能進行最優設計。針對相關人員、重點工作工序、特殊事務相關信息化管理需求進行總結、建模，從公路管理與自然災害有效預警等實際工作重點與難點出發，逐步完善、形成數字化管理工具，最終形成天津市普通國省級干線公路數字化管理體系平臺。

該系統應滿足如下需求：

（1）實現對自然災害綜合風險普查成果的本地化存留以及有效、統一管理，并建立長期的數據更新和維護機制，支持自然災害綜合風險普查的持續開展；

（2）實現對公路設施承載體災害風險優先管理，實現公路設施、自然災害信息的有效應用，為公路運營管理提供權威的災害風險信息和科學決策依據；

（3）實現對自然災害風險點位發育情況的持續跟蹤，從注重災后救助向注重災前預防轉變；

（4）通過建設數字化管理平臺實現資源整合，實現基礎數據一次錄入多次采用模式，提高數據資源共享性，減少工作人員的工作量，提高工作效率，并建立施工質量追溯體系；

（5）集成交通行業相關規范，清洗已有數據并規范新進數據輸入；利用規范后數據間的關聯性實現數據自動調用、自動計算、自動繪圖等工作，降低由人工使用數據而產生的錯誤概率，提高工作效率[4]；

（6）根據管理需求定期生成工作報告與臺賬，加強質量控制，實現無紙化辦公；

（7）系統應具備高度的安全性，能夠保證重要數據不泄露、不篡改，實現統一登錄認證、統一接口。

2 系統設計

系統按照當前較為典型的云端架構+系統中臺+多重終端的技術架構[2]，結合普通國省級干線公路數字化管理的實際需求，綜合考慮第一次全國自然災害綜合風險普查的工作內涵[3]，建立系統總體框架，主要包含基礎支撐、綜合應用、安全和運維保障三部分建設內容。天津市普通國省級干線公路數字化管理系統總體框架如圖1 所示。

2.1 基礎支撐

基礎支撐包括數據中臺和服務中臺兩部分，其中：數據中臺為風險普查、路網監測、應急處理、信息發布等公路數字化管理相關應用提供完整的數據支撐。其主要由數據庫和模型庫組成，具備數據采集、數據匯聚、數據處理、數據備份、數據共享等功能，能夠針對各種不同的業務應用系統進行針對性的交換和分發。服務中臺用于為相應工作提供應用服務，包括統一接入服務、共享服務中心、基礎服務中心等。

2.2 綜合應用

綜合應用系統包括數據概覽、總體一張圖以及信息管理三大應用子系統。

（1）數據概覽子系統

主要用于實現天津市公路設施、自然災害風險點的總體及變化情況，包括公路自然災害風險點概覽、公路設施概覽等功能模塊。

公路自然災害風險點概覽用于幫助用戶掌握天津市公路風險點的總體及風險等級變化情況。模塊能夠實現天津市普通國省級干線公路風險點等級、種類、分布態勢等情況的數量及同比、環比統計；能夠按年度、線路、行政區劃等多種角度對風險點分布情況進行統計，實現決策者對于公路災害風險點情況的宏觀掌握。

普通公路設施概覽用于幫助用戶掌握天津市普通公路設施的總體及歷年變化情況。模塊能夠對于公路設施的總體情況進行統計，支持路段、橋梁、隧道、高邊坡、服務設施、地道、下穿點位、護欄等8 類普通公路設施總體情況統計，用戶可通過點擊對象跳轉到相應一張圖查看具體分布及詳情；支持針對公路設施歷史變化情況進行對比，協助用戶掌握設施發展情況；支持多種維度的公路里程統計以及路線附屬設施信息統計分析，以滿足用戶日常養管工作開展中的數據需求。

（2）總體一張圖子系統

以GIS 為核心技術，能夠基于地圖直觀呈現公路設施、自然災害風險點分布圖、區劃圖，為下階段開展防治工作奠定基礎。子系統包括公路一張圖、公路自然災害風險點一張圖等功能模塊。

公路一張圖子系統能夠將普通公路、橋梁、隧道、高邊坡、服務設施、地道、下穿點位等信息按照不同圖層進行組織，用戶通過一張圖既能總覽區域公路現狀，又能根據需求查看某一具體圖層，便于快速獲取現場態勢；支持用戶對于各設施的具體詳情、現場照片進行查看，同時支持不同時間、空間維度的數據查詢；支持用戶對于查詢數據進行標準化下載，滿足用戶相應數據使用需求。

公路自然災害風險點一張圖子系統能夠實現國省道（含高速）的崩塌、水毀等多要素災害風險點分布管理，為開展防治工作奠定基礎。模塊能夠實現崩塌、沉陷與塌陷、滑坡、泥石流、水毀在一張圖的總覽，全面掌握天津市公路設施自然災害風險底數；支持用戶按照路線、行政區劃等不同分類方式查看風險點分布；支持各風險點詳情、現場圖片、歷史記錄查看；支持不同時間、空間維度的查詢、下載。

（3）信息管理子系統

該子系統支持自然災害風險點、公路設施的增刪改查，同步更新到數據庫和系統中，實現自然災害風險點位發育情況的持續跟蹤，包括公路自然災害風險點信息管理、普通公路設施管理、通知公告等內容。

公路自然災害風險點信息管理用于實現崩塌、沉陷與塌陷、滑坡、泥石流、水毀等災害風險點增刪改查，并自動更新到概覽和一張圖。系統支持手動錄入以及批量兩種方式新增數據，系統能夠根據已有規則清洗錄入數據，并根據相應算法自動評定災害等級。

普通公路設施管理用于實現普通公路設施的信息管理，支持設施的信息查詢、CRUD 操作、數據導出、信息有效性檢查等，能夠將修改后的數據同步更新到概覽與一張圖子系統中。

通知公告用于將任何數據的修改信息及時進行公告，方便管理人員及時了解更新信息。

2.3 安全和運維保障

主要包含網絡通信信息安全、數據資源信息安全、業務應用信息安全和一體化運維。網絡通信信息安全，明確網絡結構設計要求、訪問控制設備功能要求、網絡設備防護要求等[5]。業務應用信息安全，明確身份鑒別功能模塊或系統防護軟件要求、授權訪問控制功能模塊或系統防護軟件要求等。一體化運維，主要實現外場機電設備和后臺硬件設備、數據庫、操作系統、網絡設備的運行狀況的統一監管、遠程診斷和一般問題的遠程解決。

3 系統建設與應用

考慮到信息系統的業務需求、穩定性、可靠性及高可用等需求，系統采用微服務架構進行開發。系統中的每一個子系統均作為獨立服務進行開發，每項服務運行在獨立進程中，不同服務通過輕量級交互機制進行通訊。這種具備獨立性、可擴展性、隔離性的架構能夠在保證系統的高可靠性、可用性的同時滿足未來的系統升級、擴展的需求。

系統采用B/S 模式進行搭建，依照標準的MVC模式進行開發，服務器端部署于云端，客戶端通過瀏覽器承載，可良好運行于常規配置個人計算機中，滿足了相關用戶便捷訪問的需求。

經過近兩年的探索與建設，天津市普通國省級干線公路數字化管理系統已成功應用于日常公路養護與管理工作中，為公路運營管理提供權威的災害風險信息和科學決策依據，系統運行界面如圖2所示。

圖2 系統截圖

4 結語

天津市普通國省級干線公路數字化管理系統結合云計算、大數據、GIS 等技術，結合普通國省級干線公路數據化管理的實際需求，充分利用第一次全國自然災害綜合風險普查工作成果，有效提高了相關管理部門及工作人員對于公路養管以及災害應對能力，為進一步提高公路服務水平做出了良好貢獻。下一步將繼續結合公路管理決策相關需求改進升級本系統，將系統從數字化管理平臺逐漸過渡、升級為智慧化管理平臺，從實時監測、輔助決策等角度為天津市交通管理工作提供更大技術支持。