基于智能手機(jī)的干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)

薛鵬濤，馮志慧，許金良，牛玉欣，4

(1．長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安710064;2．河南省公路管理局，河南鄭州450016;3．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與管理科學(xué)學(xué)院，河南鄭州450002;4．中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京100078)

公路養(yǎng)護(hù)工程是公路管理的重要組成部分［1］．公路養(yǎng)護(hù)巡查是為及時(shí)掌握和收集公路路況信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)公路及其附屬設(shè)施損壞情況，確保公路安全暢通，更好地保持公路路面的使用性能，及時(shí)采取必要的預(yù)防性措施，以延長公路使用壽命．近年來，多個(gè)省相繼開發(fā)了公路管理信息系統(tǒng)［2～5］，實(shí)現(xiàn)了道路的信息化管理．隨著智能手機(jī)的普及，公路日常養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的采集也從原來的紙質(zhì)記錄轉(zhuǎn)變?yōu)橛芍悄苁謾C(jī)實(shí)現(xiàn)錄入、計(jì)算和上傳，減少了中間環(huán)節(jié)，提高了數(shù)據(jù)采集效率［6，7］．目前，公路養(yǎng)護(hù)管理部門對于公路大中修項(xiàng)目進(jìn)展情況及路面突發(fā)狀況的了解仍需親臨現(xiàn)場，其弊端是不能保證信息的準(zhǔn)確性和延誤突發(fā)狀況的處理．因此，本研究旨在開發(fā)出基于手機(jī)的干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)，以在巡查過程中詳細(xì)記錄施工進(jìn)度和災(zāi)害發(fā)生的具體位置，準(zhǔn)確描述發(fā)現(xiàn)的問題;及時(shí)上傳現(xiàn)場采集的圖片信息;利用手機(jī)的GPS模塊抽取出經(jīng)緯度坐標(biāo)，為公路大、中修巡查及道路突發(fā)狀況提供一種實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集方案，以加快公路管理工作人員制訂決策方案．

1 干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)分析

河南地處中原，是國內(nèi)重要的交通樞紐，河南省公路局通過18個(gè)市公路局、10個(gè)直管縣和110多個(gè)縣級公路養(yǎng)護(hù)單位實(shí)現(xiàn)對全省1．78萬km國道、省道的養(yǎng)護(hù)與管理，包括公路的日常養(yǎng)護(hù)和大中修工程的管理工作．為完善各項(xiàng)管理制度，建立起一套公路養(yǎng)護(hù)工程管理、評價(jià)辦法和檢查制度，如公路養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目管理、公路養(yǎng)護(hù)企業(yè)資質(zhì)管理、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢查以及數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［8］等，使公路管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行工程管理和行業(yè)管理時(shí)能夠有章可循、有法可依，減少管理中的人為因素，提高管理和決策水平．日前已建立起基于GIS的河南省道路信息管理系統(tǒng)并投入使用［5］．但干線公路巡查數(shù)據(jù)的采集還停留在人工方法，對于大中修項(xiàng)目現(xiàn)狀和突發(fā)狀況的處理，仍需省級養(yǎng)護(hù)管理工作人員親臨現(xiàn)場后才能提出決策方案．基于智能手機(jī)的干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)應(yīng)作為河南省道路信息管理系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，為整個(gè)系統(tǒng)提供及時(shí)、可靠的道路數(shù)據(jù)，為公路養(yǎng)護(hù)工作人員提供便捷的數(shù)據(jù)采集方案．

河南省公路養(yǎng)護(hù)管理實(shí)行在交通行政主管部門領(lǐng)導(dǎo)下的省、市、縣按行政區(qū)域分級管理、分級負(fù)責(zé)的養(yǎng)護(hù)管理模式．干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)的服務(wù)對象主要包括省、市、縣3級養(yǎng)護(hù)工作人員．1)縣級養(yǎng)護(hù)工作人員．利用此系統(tǒng)可及時(shí)將養(yǎng)護(hù)巡查中采集到的路況信息上傳至服務(wù)器．路況信息包括路面養(yǎng)護(hù)、橋梁養(yǎng)護(hù)、水毀等．2)市級養(yǎng)護(hù)工作人員．利用此系統(tǒng)可隨時(shí)查詢大中修項(xiàng)目和所轄區(qū)域內(nèi)的路況信息，并可采集并及時(shí)上傳大中修路段施工現(xiàn)場和突發(fā)狀況圖片．3)省級養(yǎng)護(hù)工作人員．利用此系統(tǒng)可隨時(shí)查詢或采集省內(nèi)各大中修路段現(xiàn)狀及緊急突發(fā)事故現(xiàn)場圖片，有助于及時(shí)制訂決策方案．為滿足上述人員的工作需求，干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)應(yīng)采用C/S(Client/Server)模式+智能手機(jī)終端的系統(tǒng)架構(gòu)．C/S模式中，所有客戶機(jī)與服務(wù)器相連，服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，客戶端負(fù)責(zé)同用戶交互，并向后臺服務(wù)器發(fā)出請求．該模式可合理均衡事務(wù)處理，充分保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性;智能手機(jī)具有無線接入互聯(lián)網(wǎng)的能力、PDA的功能、開放性的操作系統(tǒng)可安裝更多的應(yīng)用程序、功能強(qiáng)大、擴(kuò)展性能強(qiáng)等特點(diǎn)［3］．為保證所上傳的圖片能在道路信息管理系統(tǒng)的GIS地圖中的對應(yīng)路段上顯示出來，安裝干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)的智能手機(jī)還需內(nèi)置有GPS功能．

2 干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2．1 干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)對道路信息的實(shí)時(shí)采集、上傳、GPS定位坐標(biāo)提取等功能，系統(tǒng)同時(shí)要兼顧省、市、縣各級單位的需求，并為道路養(yǎng)護(hù)對策決策分析提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)．干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)分為功能表現(xiàn)層、邏輯應(yīng)用層和數(shù)據(jù)服務(wù)層(圖1)．

圖1 干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)Fig．1 The logical structure of the arterial highway maintenance patrol system

手機(jī)版的功能表現(xiàn)層中提供一套友好美觀的用戶界面．邏輯應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能應(yīng)用的核心層，采用GPS組件、數(shù)據(jù)訪問組件、用戶組件完成系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)，組件之間通過接口互相調(diào)用．?dāng)?shù)據(jù)服務(wù)層提供數(shù)據(jù)存儲管理的功能，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)．

2．2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

建立合理、完善的數(shù)據(jù)庫體系對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有重要的意義．Microsoft SQL Server 2005是一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它具有高可用性和高安全性等特點(diǎn)．道路信息管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫由路面管理數(shù)據(jù)庫、橋梁管理數(shù)據(jù)庫、養(yǎng)護(hù)工程管理、應(yīng)急項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫、GIS數(shù)據(jù)庫5部分組成．本系統(tǒng)在原有數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，增加了用戶管理數(shù)據(jù)庫和圖片數(shù)據(jù)庫．其中用戶管理數(shù)據(jù)庫由養(yǎng)護(hù)單位數(shù)據(jù)、各級養(yǎng)護(hù)人員用戶名密碼數(shù)據(jù)、所轄路段數(shù)據(jù)等組成;圖像數(shù)據(jù)庫存放工程施工現(xiàn)場圖片、災(zāi)害圖片和由GPS定位功能提取出的經(jīng)緯度坐標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)與GIS數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)．

2．3 干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)的功能模塊

2．3．1 用戶登錄 根據(jù)省、市、縣用戶的級別來分配巡查和大中修路段的權(quán)限，即每級養(yǎng)護(hù)工作人員只能對所轄區(qū)域內(nèi)的路段進(jìn)行操作．

2．3．2 日常巡查 交通部頒發(fā)的JTG H20—2007《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定:應(yīng)加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)工作，以確保公路完好、安全、舒適、快捷、暢通．公路水毀是因雨、雪等自然災(zāi)害而引起的，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情隱患苗頭，必須及時(shí)處理整治，杜絕事故的發(fā)生．日常巡查模塊可對干線公路路段對應(yīng)樁號的路面、橋梁、水毀等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢或采集，采集后的信息可保存后上傳．

2．3．3 GPS定位坐標(biāo)提取 該模塊在運(yùn)行系統(tǒng)后，自動調(diào)用智能手機(jī)的GPS定位功能，提取出經(jīng)緯度坐標(biāo)，可與系統(tǒng)所采集到的圖片信息一同上傳致數(shù)據(jù)庫服務(wù)器．

2．3．4 大中修項(xiàng)目管理 大修工程是對公路設(shè)施的較大損壞進(jìn)行周期性的綜合治理，以全面恢復(fù)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，或在原技術(shù)等級范圍內(nèi)進(jìn)行局部改善和個(gè)別增建以逐步提高公路通行能力的工程項(xiàng)目;中修工程是對公路工程設(shè)施的一般性磨損和局部損壞進(jìn)行定期的修理加固，以恢復(fù)原狀的小型工程項(xiàng)目［1］．為了解工程進(jìn)度、確保工程質(zhì)量，大中修項(xiàng)目管理模塊可進(jìn)行項(xiàng)目查詢、下載、進(jìn)度、數(shù)據(jù)及圖片采集和上報(bào)等功能．

3 干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)以VS 2008為開發(fā)平臺，以C#為編程工具進(jìn)行編程，與本系統(tǒng)采用的SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫平臺結(jié)合使用．

3．1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

手機(jī)版巡查軟件主要有4個(gè)功能．1)巡查數(shù)據(jù)及大中修項(xiàng)目的下載．2)數(shù)據(jù)采集功能，主要是路面、橋涵檢測數(shù)據(jù)采集，以及病害及大中修工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集．3)信息報(bào)送功能，能夠?qū)崿F(xiàn)施工現(xiàn)場、突發(fā)事件、水毀塌方等數(shù)據(jù)、圖片的實(shí)時(shí)上報(bào)．4)提取出圖片采集地的GPS坐標(biāo)信息，可在公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的GIS地圖中顯示上報(bào)信息．該軟件通過GPRS無線通訊或3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的連接，從而實(shí)現(xiàn)與中心數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互．

干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示．在內(nèi)置有GPS功能的智能手機(jī)上安裝過干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)后，需在登錄界面中正確輸入用戶名和密碼后方可進(jìn)入系統(tǒng)主界面，主界面中的“功能”菜單可實(shí)現(xiàn)測試GPS、采集信息上傳、停止上傳、操作日志、清空記錄、當(dāng)前記錄統(tǒng)計(jì)等操作．

圖2 干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)Fig．2 The overall structure of the arterial highway maintenance patrol system

干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)的部分運(yùn)行界面如圖3所示．“大中修項(xiàng)目管理”可實(shí)現(xiàn)大中修項(xiàng)目下載、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢功能，大中修項(xiàng)目下載可根據(jù)輸入的年度進(jìn)行選擇下載，類型有招投資標(biāo)、開工、工程節(jié)點(diǎn)、竣工、完工、交工和其他;數(shù)據(jù)采集可完成圖片的拍攝、輸入工程情況的文字說明及提取到的定位點(diǎn)坐標(biāo)的上報(bào);數(shù)據(jù)查詢則可根據(jù)項(xiàng)目名稱查詢到進(jìn)度等相關(guān)信息．

“日常巡查”中的數(shù)據(jù)采集需要先輸入路段代碼和相應(yīng)的樁號，選擇“路面”、“橋梁”、“水毀”或“其他”等類型，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)、文字、圖片的錄入和采集，最后對采集到的信息可保存后上傳至數(shù)據(jù)庫或作廢重新輸入．

采集到的信息若因網(wǎng)絡(luò)原因未能上傳成功，則所有信息暫存于手機(jī)存儲卡等待下次登錄系統(tǒng)后上傳．

圖3 手機(jī)干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)部分運(yùn)行界面Fig．3 The operating interface of the arterial highway maintenance patrol system

3．2 GPS定位坐標(biāo)提取

GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置［9］．GPS模塊完成對GPS衛(wèi)星的搜索跟蹤和定位速度等數(shù)據(jù)采集工作．手機(jī)內(nèi)置的GPS模塊在同時(shí)收到3顆以上衛(wèi)星信號后，經(jīng)過運(yùn)算可獲得正確的定位數(shù)據(jù)，如果同時(shí)通訊的衛(wèi)星顆數(shù)越多，模塊就能更快更準(zhǔn)確地獲取定位數(shù)據(jù)［10］．

系統(tǒng)主要通過API函數(shù)GPSGetPosition來獲取GPS經(jīng)緯度信息，GetPosition實(shí)現(xiàn)方法如下:定義GpsPosition對象，初始值為空;調(diào)用 Utils類的LocalAlloc方法定義GPS信息存放的指針;設(shè)置對象的dwVersion屬性;將GpsPosition結(jié)構(gòu)初始化為指針;讀取GPS模塊中的經(jīng)緯度信息到內(nèi)存;讀取成功時(shí)將指針轉(zhuǎn)換為 GpsPosition結(jié)構(gòu)，檢測數(shù)據(jù)的有效性，如果GpsPosition對象的時(shí)間不正確或者當(dāng)前時(shí)間減去最大時(shí)間大于GpsPosition對象的時(shí)間，則無效，釋放指針．

4 結(jié)語

隨著中國公路通車?yán)锍痰目焖僭鲩L、道路服務(wù)年限的增加，中國公路已進(jìn)入建設(shè)與養(yǎng)護(hù)并重的時(shí)期，部分公路已進(jìn)入周期性的養(yǎng)護(hù)高峰期，再加上交通量的持續(xù)增長，給養(yǎng)護(hù)管理工作帶來了更大的壓力．因此，做好公路養(yǎng)護(hù)巡查工作是保持公路及其設(shè)施的完好狀態(tài)、保證行車安全的基本手段之一．本研究將帶有GPS功能的智能手機(jī)運(yùn)用到公路養(yǎng)護(hù)巡查工作中，實(shí)現(xiàn)了日常巡查和大中修項(xiàng)目數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢、現(xiàn)場采集和上傳，為各級公路管養(yǎng)部門提供了及時(shí)的路況信息，使用效果表明該系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)、操作方便、穩(wěn)定可靠且高效等特點(diǎn)．其對路況信息的實(shí)時(shí)采集實(shí)現(xiàn)了公路巡查作業(yè)的移動辦公，進(jìn)一步加強(qiáng)了公路養(yǎng)護(hù)管理的信息化，提高了公路管理的質(zhì)量和效率．系統(tǒng)提取的GPS經(jīng)緯度信息可與河南省道路信息管理系統(tǒng)中的GIS地圖坐標(biāo)關(guān)聯(lián)并顯示，因?yàn)楣肥潜┞队谧匀唤绲娜斯?gòu)造物，系統(tǒng)中手機(jī)GPS定位的精度僅受天氣原因的影響，經(jīng)測試系統(tǒng)中提取到的經(jīng)緯度信息精確度在10 m以內(nèi)，能滿足現(xiàn)場圖片與采集點(diǎn)路段的一致性校驗(yàn)．

［1］ 趙大軍，沈艷東，崔 巖，等．公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)［M］．北京:北京理工大學(xué)出版社，2009．

［2］ 趙仲華，趙黎明，鄭江波．基于地理信息系統(tǒng)的公路管理信息系統(tǒng)［J］．長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25(1):69－72．

［3］ 王 歡．公路管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］．北京:北京工業(yè)大學(xué)，2007．

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［5］ 馮志慧．河南省道路信息管理系統(tǒng)［D］．武漢:華中科技大學(xué)，2006．

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