基于SOA的道路巡查系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：根據(jù)我國(guó)道路養(yǎng)護(hù)巡查共性業(yè)務(wù)需求，以GIS技術(shù)為支撐，采用面向服務(wù)（SOA）思想建立一套集數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析決策于一體的、基于“云+端”模式的道路養(yǎng)護(hù)和路政巡查信息化管理系統(tǒng)。系統(tǒng)能為道路養(yǎng)護(hù)巡查提供直觀、有效的管理手段，能提供及時(shí)、準(zhǔn)確的路況設(shè)施信息，實(shí)現(xiàn)案件快速上報(bào)、快速派發(fā)和快速解決，為道路養(yǎng)護(hù)巡查日常管理和應(yīng)急搶險(xiǎn)提供科學(xué)決策支持，有效地解決了道路養(yǎng)護(hù)巡查過(guò)程中信息集成難、隱患定位難、養(yǎng)護(hù)計(jì)劃難、巡查考核難、調(diào)度指揮難等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：道路養(yǎng)護(hù) 路政巡查 移動(dòng)GIS SOA

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（a）-0005-03

近年來(lái)，我國(guó)道路建設(shè)迅猛發(fā)展，公路運(yùn)輸能力也在不斷提高。準(zhǔn)確、快速定位現(xiàn)場(chǎng)路況，并實(shí)時(shí)獲取相關(guān)道路信息，是道路養(yǎng)護(hù)和路政巡查需要解決的重要問(wèn)題[1，2]。但長(zhǎng)期來(lái)，我國(guó)道路養(yǎng)護(hù)巡查信息化水平較低，管理手段落后，主要表現(xiàn)在：養(yǎng)護(hù)巡查模式落后，“重建輕養(yǎng)”思想嚴(yán)重；巡查養(yǎng)護(hù)缺乏有效的技術(shù)手段，無(wú)法對(duì)路政信息實(shí)時(shí)處理及管理；養(yǎng)護(hù)巡查體系不健全，很大程度上屬于被動(dòng)養(yǎng)護(hù)，整日忙于應(yīng)對(duì)現(xiàn)有道路橋涵的各種病害，缺乏運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的路況調(diào)查、病害預(yù)測(cè)以及適時(shí)養(yǎng)護(hù)決策和養(yǎng)護(hù)規(guī)劃；考核缺乏量化指標(biāo)，對(duì)養(yǎng)護(hù)責(zé)任事故追究不力、監(jiān)管不嚴(yán)、處罰過(guò)輕等問(wèn)題[1，3，4]。隨著公路事業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)管理手段變革和創(chuàng)新的要求日漸緊迫，社會(huì)對(duì)公路服務(wù)水平的要求也日趨嚴(yán)格，現(xiàn)代化的管理在公路事業(yè)發(fā)展中的重要性日益凸現(xiàn)，迫切需要進(jìn)一步提升公路養(yǎng)護(hù)與管理水平，構(gòu)筑現(xiàn)代交通需要的科學(xué)、高效的現(xiàn)代化公路管理體系。

本文以地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)為支撐，采用網(wǎng)格化管理思想，為我國(guó)道路養(yǎng)護(hù)巡查建立一套科學(xué)、高效、智能的信息化系統(tǒng)，幫助管理人員實(shí)時(shí)掌控全局路況信息，實(shí)現(xiàn)案件快速上報(bào)、快速派發(fā)和快速解決，提高作業(yè)人員的工作效率、工作質(zhì)量和巡查工作的自動(dòng)化水平，為道路管理、養(yǎng)護(hù)、規(guī)劃提供直觀而有效的管理手段，為道路稽查人員提供科學(xué)的決策支持。

1 平臺(tái)總體架構(gòu)

當(dāng)前我國(guó)多數(shù)省（市）已建立了公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，全國(guó)絕大部分高速公路都建立了路段監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)道路運(yùn)行管理工作。各省高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由省高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心、路段監(jiān)控分中心、路段基層監(jiān)控單元三層結(jié)構(gòu)組成，實(shí)時(shí)監(jiān)管并掌握路網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、發(fā)展、運(yùn)營(yíng)、管理等數(shù)據(jù)。公路路政管理的地域性和業(yè)務(wù)的多樣性、分布性決定了道路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)是一個(gè)分布式、開(kāi)放式、業(yè)務(wù)敏捷的應(yīng)用系統(tǒng)。從技術(shù)角度看，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)有CORBA、DCOM/COM+、JavaRMI和EJB等組件模型，但這些組件技術(shù)存在一些缺點(diǎn)，它們要求服務(wù)器端和客戶端有明確的同類型、同構(gòu)架的對(duì)等協(xié)議，雖然Java應(yīng)用程序可以使用RMI與CORBA連接，但與DCOM卻無(wú)法通信，從而制約了信息系統(tǒng)的集成。面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）是指為了解決在分布式環(huán)境下業(yè)務(wù)集成的需要，通過(guò)連接能完成特定任務(wù)的獨(dú)立功能實(shí)體實(shí)現(xiàn)的一種軟件系統(tǒng)架構(gòu)。SOA將應(yīng)用程序的不同功能單元通過(guò)服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)，接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言，SOA為分布式、多平臺(tái)的道路養(yǎng)護(hù)巡查業(yè)務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建提供了新的思路和方法。

本文根據(jù)我國(guó)道路養(yǎng)護(hù)和路政巡查共性業(yè)務(wù)需求，以GIS技術(shù)為支撐，提出“云+端”的道路養(yǎng)護(hù)巡查模式，采用面向服務(wù)思想設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了集道路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、發(fā)布、集成、統(tǒng)計(jì)分析、應(yīng)急管理為一體的道路養(yǎng)護(hù)和路政巡查信息系統(tǒng)，系統(tǒng)由應(yīng)用層、服務(wù)層、支撐層、平臺(tái)層組成，其總體架構(gòu)如圖1所示。

其中，移動(dòng)GIS硬件設(shè)備采用中海達(dá)Q系列高精度手持GIS采集器（Q-Star、Q-PAD），GIS軟件基于中海達(dá)GIS平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，該平臺(tái)具有跨平臺(tái)、高性能、可配置、易擴(kuò)展、支持多語(yǔ)言二次開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，其SDK包括HiMap（移動(dòng)端）、HiWebGIS（Web端）。支撐層是整個(gè)系統(tǒng)的中樞單元，由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、服務(wù)管理系統(tǒng)及運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)組成。服務(wù)層由一系列遵循一定規(guī)范的應(yīng)用接口組成，是暴露給應(yīng)用層進(jìn)行集成、擴(kuò)展的應(yīng)用程序接口。應(yīng)用層是以移動(dòng)GIS為工具的數(shù)據(jù)采集、養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)、WebGIS監(jiān)控、展示等系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)作業(yè)、采集上報(bào)、指揮調(diào)度、視頻監(jiān)控、路況監(jiān)控（交通量、平均車速、車流密度、能見(jiàn)度、氣象等）。突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可根據(jù)各種信息進(jìn)行集成分析和綜合判斷，可為管理人員提供預(yù)警、評(píng)估、方案模擬、指揮調(diào)度、資源調(diào)配、應(yīng)急指令下達(dá)和事后處置等提供決策輔助。

2 平臺(tái)主要功能模塊

2.1 數(shù)據(jù)整理接入

基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、道路業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的預(yù)處理是本系統(tǒng)建設(shè)中至關(guān)重要的一環(huán)。由于這些數(shù)據(jù)通常是多源異構(gòu)的，在存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)格式、空間參考等方面存在不確定性，需要提供通用性強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的整理和接入。數(shù)據(jù)預(yù)處理工作主要在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中完成，主要包括與養(yǎng)護(hù)管理相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（道路設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、維護(hù)）、視頻數(shù)據(jù)、路況數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、救援資源等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)變換、拓?fù)錂z查、符號(hào)設(shè)置、緩存制作、壓縮轉(zhuǎn)存等。在數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)綜合考慮桌面系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)精度、顯示分辨率、尋址計(jì)算、I/O速率等方面的差異進(jìn)行全局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如：緩存制作和壓縮轉(zhuǎn)存是為適應(yīng)移動(dòng)端軟硬件環(huán)境，對(duì)空間數(shù)據(jù)（底圖、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）進(jìn)行優(yōu)化處理的模塊，在地圖緩存制作過(guò)程中，同時(shí)輸出多種dpi地圖瓦片數(shù)據(jù)，以適應(yīng)各種顯示終端設(shè)備，并提供松散、緊湊兩種存儲(chǔ)格式，確保數(shù)據(jù)能在桌面端、Web端和移動(dòng)端均能逼真、流暢地展示。

2.2 服務(wù)配置管理

服務(wù)配置管理為應(yīng)用層各類應(yīng)用系統(tǒng)提供底層支撐，包括GIS功能數(shù)據(jù)配置、GIS數(shù)據(jù)服務(wù)配置、空間分析服務(wù)（SA服務(wù)）配置和權(quán)限服務(wù)配置四大部分。一些重要的涉密數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)端，通過(guò)服務(wù)的形式參與業(yè)務(wù)應(yīng)用，既有效地解決數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，也減輕了移動(dòng)端存儲(chǔ)空間和計(jì)算壓力等問(wèn)題。

GIS功能數(shù)據(jù)配置是對(duì)GIS數(shù)據(jù)的組織、顯示、查詢、事件、字段等信息的設(shè)置，通過(guò)GIS服務(wù)契約為各類服務(wù)消費(fèi)者（包括各類嵌入式GIS、WebGIS）提供統(tǒng)一的服務(wù)，主要解決系統(tǒng)快速開(kāi)發(fā)、IT資產(chǎn)積累等問(wèn)題。數(shù)據(jù)服務(wù)配置是對(duì)外提供服務(wù)的空間數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的范圍、展現(xiàn)樣式、元數(shù)據(jù)說(shuō)明等信息的配置；SA服務(wù)包括疊加分析、動(dòng)態(tài)分段、路網(wǎng)分析、地址匹配等服務(wù)。權(quán)限配置采用RABC模型，即通過(guò)用戶、角色、權(quán)限三者之間建立的一對(duì)多、多對(duì)多的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)權(quán)限控制，包括功能權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限的配置。其中對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限的配置實(shí)現(xiàn)了字段級(jí)、記錄級(jí)的精細(xì)化配置，權(quán)限配置信息在用戶登錄時(shí)將存儲(chǔ)在內(nèi)存中，當(dāng)用戶訪問(wèn)受控?cái)?shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)操作層根據(jù)內(nèi)存中的權(quán)限信息進(jìn)行攔截和過(guò)濾，從而有效地保障了數(shù)據(jù)的安全性，也大大降低了開(kāi)發(fā)難度和工作量。

2.3 養(yǎng)護(hù)巡查管理

道路養(yǎng)護(hù)巡查模塊主要由巡查排班、巡查任務(wù)執(zhí)行、巡查監(jiān)督管理、信息填報(bào)發(fā)布、現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度等模塊組成，如圖3所示。

巡查排班采用網(wǎng)格化管理思想，對(duì)轄區(qū)進(jìn)行片區(qū)劃分并責(zé)任到人。系統(tǒng)根據(jù)巡查排班計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)包的自動(dòng)生成，巡查任務(wù)包由一系列子任務(wù)構(gòu)成，每一項(xiàng)子任務(wù)關(guān)聯(lián)著一個(gè)對(duì)象或設(shè)備（圖4）。

不同類型對(duì)象或設(shè)備，其子任務(wù)須填寫的內(nèi)容項(xiàng)通常是不同的，可通過(guò)中海達(dá)手持GIS采集器內(nèi)置軟件Hi-Q進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置。

巡查人員外出作業(yè)時(shí)，在手持GIS采集器客戶端中登錄系統(tǒng)，并獲取其巡查任務(wù)，客戶端根據(jù)巡查人員當(dāng)前位置，自動(dòng)計(jì)算最優(yōu)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(wù)執(zhí)行過(guò)程中，手持GIS采集器將實(shí)時(shí)位置、當(dāng)前狀態(tài)等信息發(fā)送給監(jiān)控中心，并接收來(lái)自監(jiān)控中心的指揮調(diào)度指令（圖5）。

巡查任務(wù)完成后，采用中海達(dá)通信傳輸服務(wù)軟件將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器，為節(jié)省流量用戶可選中將數(shù)據(jù)保存在手持端，在內(nèi)業(yè)整理資料時(shí)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳。監(jiān)控中心WebGIS綜合監(jiān)控模塊基于HiWebGIS引擎開(kāi)發(fā)，具有良好的可擴(kuò)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(diǎn)地區(qū)、重點(diǎn)路段的視頻監(jiān)控進(jìn)行集成展示，實(shí)現(xiàn)路況全方位綜合監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路網(wǎng)運(yùn)行異常情況。信息審核發(fā)布模塊主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(tǒng)計(jì)、巡查違規(guī)立案、病害信息發(fā)布等部分。

3 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)我國(guó)道路養(yǎng)護(hù)和路政巡查的共性業(yè)務(wù)需求，以GIS技術(shù)為支撐，利用成熟的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，以面向服務(wù)（SOA）思想設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了集道路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、發(fā)布、集成、統(tǒng)計(jì)分析、應(yīng)急管理為一體的道路養(yǎng)護(hù)和路政巡查信息系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了“云+端”的新型、高效、安全的道路養(yǎng)護(hù)巡查現(xiàn)代化作業(yè)模式。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）跨平臺(tái)、一體化的GIS SDK，以及豐富的配套軟件產(chǎn)品，使得軟、硬件兼容性、穩(wěn)定性和性能都達(dá)到最佳，強(qiáng)固手持終端和穩(wěn)健的通信傳輸為惡劣環(huán)境下戶外日常作業(yè)和應(yīng)急搶險(xiǎn)提供了堅(jiān)強(qiáng)保障。

（2）服務(wù)式GIS能有效集成各種空間、非空間數(shù)據(jù)，通過(guò)運(yùn)行時(shí)聚合各種獨(dú)立的、具有語(yǔ)義的元服務(wù)，能滿足需求的無(wú)限擴(kuò)展性，通過(guò)可視化界面進(jìn)行服務(wù)配置，可有效提高開(kāi)發(fā)效率；“云+端”的路政巡查模式能有效解決移動(dòng)作業(yè)和大數(shù)據(jù)分析兩種現(xiàn)實(shí)的業(yè)務(wù)需求問(wèn)題。將業(yè)務(wù)有關(guān)的海量數(shù)據(jù)以云存儲(chǔ)的形式存儲(chǔ)，客戶端通過(guò)調(diào)用服務(wù)實(shí)現(xiàn)“按需檢索”，既解決了某些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全性問(wèn)題，又較好地解決了移動(dòng)端設(shè)備存儲(chǔ)、計(jì)算能力有限的瓶頸問(wèn)題。

（3）GIS技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，使得分析和管理大量復(fù)雜的道路路政管理數(shù)據(jù)變成現(xiàn)實(shí)。網(wǎng)格化管理使巡查工作變被動(dòng)為主動(dòng)，地毯式巡查使隱患得以快速、及時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)道路養(yǎng)護(hù)的安全預(yù)警，從而延緩大修周期，降低道路管理養(yǎng)護(hù)成本，提高了路政巡檢工作效率。移動(dòng)GIS內(nèi)置的高精度定位模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)執(zhí)法人員作業(yè)路線的監(jiān)控，通過(guò)設(shè)置電子?xùn)艡趯?shí)現(xiàn)對(duì)巡查線路的約束，一旦超出設(shè)定路線或者越出設(shè)定區(qū)域，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，從而提高了作業(yè)地點(diǎn)的精準(zhǔn)率。

（4）統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化巡查流程和監(jiān)控機(jī)制，最大程度上統(tǒng)一了各機(jī)構(gòu)辦事流程和信息共享，大大提高了道路問(wèn)題的處理效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙維裕.高速公路日常養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)（FMMS）的建設(shè)與應(yīng)用[J].交通時(shí)間， 2010，9.

[2] 趙仲華.高速公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)一體化管理信息系統(tǒng)研究[D].天津大學(xué)，2006.

[3] 丘建棟.基于SuperMap GIS的公路養(yǎng)護(hù)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].廣東公路交通，2007（4）：44-48.

[4] 李明，李鐵強(qiáng).基于GIS的路面管理系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，24（5）：34-38.