交通工程領(lǐng)域的智慧質(zhì)監(jiān)平臺設(shè)計與應(yīng)用

朱林 鄭驊 唐建亞 徐慧

收稿日期：2023-09-01

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.06.034

摘? 要：當(dāng)代社會對交通工程質(zhì)量和安全監(jiān)督的重要性日益凸顯。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，本文設(shè)計了一種基于大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的智慧質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)監(jiān)理工作的可視化、數(shù)字化和智能化，同時質(zhì)量監(jiān)督人員可以獲得更加全新的工作方式和更高效的工具，使他們能夠更有效地管理和確保交通工程的質(zhì)量和安全性。通過該平臺的應(yīng)用，還驗(yàn)證了現(xiàn)代技術(shù)在質(zhì)監(jiān)領(lǐng)域的前景和優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：智慧質(zhì)監(jiān)；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字化；交通工程

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2024）06-0158-05

Design and Application of Smart Quality Supervision Platform in Traffic Engineering Field

ZHU Lin1， ZHENG Hua1， TANG Jianya2， XU Hui2

（1.Transportation Bureau in Wujiang District， Suzhou City， Suzhou? 215299， China;

2.Jiangsu Zhonglu Information Technology Co.， Ltd.， Nanjing? 211899， China）

Abstract： In contemporary society， the importance of quality and safety supervision in transportation engineering is increasingly prominent. To address this challenge， this paper designs a smart quality supervision system based on technologies such as big data and the Internet of Things. The aim is to achieve the visualization， digitization， and intelligence of supervisory work. At the same time， quality supervision personnel can gain access to new working methods and more efficient tools， enabling them to more effectively manage and ensure the quality and safety of transportation engineering projects. Through the application of this platform， the prospects and advantages of modern technology in the field of quality supervision are also validated.

Keywords： smart quality supervision; Internet of Things; digitalization; transportation engineering

0? 引? 言

隨著政府和公眾對工程質(zhì)量安全監(jiān)督工作的期望值越來越高，業(yè)務(wù)量不斷增加，傳統(tǒng)的工作模式[1]也需要變更創(chuàng)新，有必要建立高效的質(zhì)監(jiān)信息化管理體系[2]。為解決現(xiàn)有質(zhì)量安全監(jiān)督過程中存在的短板，更好的發(fā)揮質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)在工程質(zhì)量監(jiān)督方面強(qiáng)有力的作用，提高工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)管水平，我們提出了交通工程領(lǐng)域的智慧質(zhì)監(jiān)平臺。該平臺著力推動“行政監(jiān)督”向“執(zhí)行監(jiān)督”轉(zhuǎn)變、“行業(yè)管理”向“行業(yè)治理”轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮質(zhì)量安全監(jiān)督在工程建設(shè)過程中的監(jiān)管作用，更好地提高交通工程建設(shè)質(zhì)量和安全監(jiān)督的水平。

1? 智慧質(zhì)監(jiān)平臺需求設(shè)計

智慧質(zhì)監(jiān)平臺的核心是監(jiān)理工作在線化[3]，這主要體現(xiàn)在監(jiān)理工程師采取以巡視為主的方式進(jìn)行施工現(xiàn)場監(jiān)理，將巡視的工作電子化，實(shí)現(xiàn)監(jiān)理工作的高效和規(guī)范。這種方式能夠有效地提高施工質(zhì)量、方便管理、提高信息共享效率、提高監(jiān)理工作效率等好處。通過監(jiān)理工作在線化，質(zhì)量監(jiān)督的職能“前移”，非現(xiàn)場執(zhí)法得以探索并提高比重，從而實(shí)現(xiàn)參建單位與政府監(jiān)督的信息共享，提高監(jiān)理工作的質(zhì)量和效率。

通過前期調(diào)研，智慧質(zhì)監(jiān)管理平臺需求如下：

1）需要將智慧質(zhì)監(jiān)數(shù)據(jù)駕駛艙與智慧交通平臺中心接通，整合重點(diǎn)項(xiàng)目關(guān)鍵數(shù)據(jù)，例如揚(yáng)塵、視頻、監(jiān)理工作等。此外，智慧質(zhì)監(jiān)平臺還需要為后續(xù)重點(diǎn)項(xiàng)目預(yù)留接口，以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接入和跟蹤，從而確保質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)工作可控、可追溯。

2）總監(jiān)、副總監(jiān)、專業(yè)監(jiān)理工程師日常巡視工作中需配置記錄儀，記錄儀通過內(nèi)置聯(lián)網(wǎng)，將監(jiān)理數(shù)據(jù)傳輸?shù)街腔圪|(zhì)監(jiān)平臺，實(shí)現(xiàn)記錄儀與智慧質(zhì)監(jiān)平臺的互聯(lián)。同時，記錄儀內(nèi)置定位和拍攝功能，需要記錄監(jiān)理工程師的行動軌跡、巡視、旁站、平行檢驗(yàn)、隱蔽工程、重要部位和關(guān)鍵工序等[4]，并將數(shù)據(jù)上傳到智慧質(zhì)監(jiān)平臺。由質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)統(tǒng)一審批，督促監(jiān)理人員規(guī)范工作，從而真正落實(shí)監(jiān)督職能。

3）系統(tǒng)開放互聯(lián)，與第三方管理系統(tǒng)融為一體。目前大部分工程項(xiàng)目都開展了相關(guān)質(zhì)量、安全、進(jìn)度等管理系統(tǒng)的建設(shè)，智慧質(zhì)監(jiān)平臺在設(shè)計中需建立規(guī)范接口，可共用已有系統(tǒng)的揚(yáng)塵數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一建設(shè)和共享。

2? 智慧質(zhì)監(jiān)平臺系統(tǒng)設(shè)計

2.1? 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

智慧質(zhì)監(jiān)平臺是一種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工程質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)對工程全生命周期的監(jiān)管和管理。為了滿足該系統(tǒng)的高可用性、高擴(kuò)展性和高性能等要求，需要采用適合的軟件架構(gòu)設(shè)計。

智慧質(zhì)監(jiān)平臺的系統(tǒng)架構(gòu)采用了分布式架構(gòu)，主要包括前端展示層、應(yīng)用層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層四個模塊[5]，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

1）前端展示層：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的用戶界面展示，采用HTML5、CSS3和JavaScript等技術(shù)開發(fā)，提供用戶友好的操作體驗(yàn)。

2）應(yīng)用層：負(fù)責(zé)接收和處理用戶請求，采用Java語言開發(fā)，使用Spring框架和SpringMVC技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的處理和控制。

3）業(yè)務(wù)邏輯層：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯處理，采用Java語言開發(fā)，使用Spring框架和MyBatis技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問和業(yè)務(wù)邏輯的處理。

4）數(shù)據(jù)層：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和管理，采用MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和管理，使用Redis緩存技術(shù)提高系統(tǒng)的性能。

系統(tǒng)采用微服務(wù)架構(gòu)，將不同的業(yè)務(wù)模塊拆分成多個微服務(wù)進(jìn)行部署，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。同時，系統(tǒng)采用Docker容器技術(shù)進(jìn)行部署，方便系統(tǒng)的部署和管理。

圖1? 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2? 技術(shù)選型

為了實(shí)現(xiàn)智慧質(zhì)監(jiān)管理平臺的高性能和可擴(kuò)展性[6]，我們采用了以下技術(shù)：

1）前端技術(shù)：Vue.js框架、Element-UI組件庫、Axios網(wǎng)絡(luò)請求庫等。Vue.js是一款輕量級的MVVM框架，具有高效的渲染速度和靈活的組件化開發(fā)，可以快速構(gòu)建高質(zhì)量的用戶界面。Element-UI是一套基于Vue.js的UI組件庫，包含了常用的UI組件和布局模板，可以大大提高開發(fā)效率。Axios是一款基于Promise的網(wǎng)絡(luò)請求庫，可以輕松地與后端進(jìn)行通信。

2）后端技術(shù)：Spring Boot框架、MyBatis框架、Swagger API文檔等。Spring Boot是一款輕量級的Web應(yīng)用開發(fā)框架，具有快速開發(fā)和簡化配置的特點(diǎn)，可以快速構(gòu)建高效的后端服務(wù)。MyBatis是一款優(yōu)秀的ORM框架，可以輕松實(shí)現(xiàn)Java對象和數(shù)據(jù)庫表的映射。Swagger是一款A(yù)PI文檔生成工具，可以自動生成API文檔，方便開發(fā)者進(jìn)行接口測試和調(diào)試。

3）數(shù)據(jù)庫技術(shù)：MySQL數(shù)據(jù)庫、Redis緩存等。MySQL是一款開源的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有高效的數(shù)據(jù)存儲和管理能力，可以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性。Redis是一款高性能的緩存數(shù)據(jù)庫，可以緩存常用的數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

2.3? 安全架構(gòu)

智慧質(zhì)監(jiān)平臺是一種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工程質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)，其安全架構(gòu)設(shè)計[7]很關(guān)鍵，針對智慧質(zhì)監(jiān)平臺安全性做了以下策略：

2.3.1? 安全原則

最小權(quán)限原則：確保用戶和系統(tǒng)只擁有執(zhí)行其任務(wù)所需的最低權(quán)限級別，以減少潛在攻擊者的利用能力。

防御性編程：使用安全編碼實(shí)踐，如輸入驗(yàn)證和輸出編碼，以防止常見的安全漏洞，如跨站點(diǎn)腳本攻擊（XSS）和SQL注入。

多層防御：采用多層次的安全措施，包括網(wǎng)絡(luò)防火墻、入侵檢測系統(tǒng)（IDS）、入侵防御系統(tǒng)（IPS）、反病毒軟件等。

數(shù)據(jù)加密：對重要的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，包括數(shù)據(jù)在傳輸和存儲時的加密。

安全審計和監(jiān)控：設(shè)置安全審計機(jī)制，實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的活動，及時發(fā)現(xiàn)潛在威脅和入侵嘗試。

2.3.2? 身份認(rèn)證和訪問控制

強(qiáng)化身份認(rèn)證：采用多因素身份認(rèn)證（MFA） 策略，以確保用戶的身份驗(yàn)證更加可靠。

基于角色的訪問控制：將用戶權(quán)限與角色相對應(yīng)，而不是直接給予個體用戶權(quán)限，以簡化管理并減少錯誤配置的可能性。

會話管理：實(shí)施有效的會話管理，包括設(shè)置會話超時和定期重新認(rèn)證等，以減少會話劫持的風(fēng)險。

2.3.3? 網(wǎng)絡(luò)安全

網(wǎng)絡(luò)分段：將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個區(qū)域，根據(jù)安全等級分配資源，并限制跨區(qū)域訪問，以減少橫向移動的可能性。

防火墻：配置網(wǎng)絡(luò)防火墻以控制入站和出站流量，阻止不必要的服務(wù)和端口，并實(shí)施應(yīng)用程序?qū)臃阑饓ΓˋLF）。

安全路由器和交換機(jī)：配置設(shè)備的安全功能，如安全路由、VLAN和端口安全等，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性。

2.3.4? 應(yīng)用程序安全

安全開發(fā)生命周期（SDL）：在應(yīng)用程序開發(fā)過程中實(shí)施安全性，包括代碼審查、安全測試和漏洞修復(fù)。

輸入驗(yàn)證：驗(yàn)證用戶輸入，防止惡意輸入和攻擊。

輸出編碼：在輸出數(shù)據(jù)之前對其進(jìn)行編碼，以防止跨站點(diǎn)腳本攻擊和其他輸出注入漏洞。

2.3.5? 數(shù)據(jù)保護(hù)

數(shù)據(jù)備份：定期備份重要數(shù)據(jù)，并將備份存儲在安全的離線位置，以防止數(shù)據(jù)丟失和勒索軟件攻擊。

數(shù)據(jù)最小化：只收集和保留必要的數(shù)據(jù)，并及時刪除不再需要的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分類：根據(jù)敏感程度對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)措施。

2.3.6? 系統(tǒng)和應(yīng)用程序漏洞管理

安全補(bǔ)丁和更新：及時安裝系統(tǒng)和應(yīng)用程序的安全補(bǔ)丁和更新，以修復(fù)已知漏洞。

漏洞掃描和評估：定期進(jìn)行漏洞掃描和評估，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的安全漏洞。

3? 智慧質(zhì)監(jiān)平臺功能介紹

3.1? 記錄儀介紹

智慧質(zhì)監(jiān)平臺配備了專業(yè)的記錄儀設(shè)備，如圖2所示，用于監(jiān)理人員的日常巡視工作，可以幫助監(jiān)理人員在日常巡視工作中進(jìn)行實(shí)時記錄。智慧質(zhì)監(jiān)平臺配備記錄儀有以下幾個優(yōu)勢：

1）資料收集和保護(hù)：記錄儀可以捕捉施工現(xiàn)場（圖3）的實(shí)際情況，如施工過程、質(zhì)量檢查和安全措施等，有效地收集資料，確保監(jiān)理人員可以對工程質(zhì)量和施工進(jìn)度進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。同時，這些記錄也可以用于保護(hù)監(jiān)理人員和公眾的權(quán)益，防止糾紛和不公平指責(zé)的發(fā)生。

2）透明度和公正性：通過記錄儀上傳的數(shù)據(jù)，監(jiān)理工作的進(jìn)度和質(zhì)量情況可以實(shí)時查看。這提高了監(jiān)督過程的透明度和公正性，不僅監(jiān)理人員可以清晰地展示他們的工作細(xì)節(jié)，也使業(yè)主和其他相關(guān)方能夠?qū)崟r了解施工進(jìn)展和質(zhì)量狀況。

3）及時發(fā)現(xiàn)和處理問題：記錄儀設(shè)備能夠幫助監(jiān)理人員及時發(fā)現(xiàn)施工中的問題，例如施工缺陷、安全隱患等。一旦問題被發(fā)現(xiàn)，信息共享給施工人員可以立即采取行動，避免問題擴(kuò)大和影響工程進(jìn)度。

圖2? 記錄儀? ? ? ? ? ? ? ? ?圖3? 施工現(xiàn)場

3.2? 平臺介紹

在完成上述需求和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)行智慧質(zhì)監(jiān)平臺的開發(fā)和測試工作，實(shí)現(xiàn)的功能主要如下：

1）監(jiān)理巡查資料上傳：在建筑、工程等施工過程中，監(jiān)理人員通過智慧質(zhì)監(jiān)平臺，將巡查、檢查、驗(yàn)收等過程中獲取的相關(guān)資料上傳至平臺。

通過智慧質(zhì)監(jiān)平臺，監(jiān)理人員可以上傳巡查資料，及時發(fā)現(xiàn)并處理施工中的問題，從而提高施工質(zhì)量，確保符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。同時，相關(guān)人員可以方便地查詢、管理和統(tǒng)計巡查資料（如圖4所示），提高管理效率和工作效率，實(shí)現(xiàn)信息共享。巡查資料的上傳還能建立完整的資料庫，方便日后的工程驗(yàn)收、質(zhì)量檢查、維護(hù)等工作的開展。另外，監(jiān)理人員可以通過遠(yuǎn)程巡查功能實(shí)現(xiàn)巡查效率的提升，減少時間和成本。

圖4? 資料查看

2）實(shí)時視頻對講：通過記錄儀，實(shí)現(xiàn)智慧質(zhì)監(jiān)平臺與監(jiān)理人員或多方監(jiān)理人員間的實(shí)時視頻和語音通信的功能，可以提高工作效率和溝通效果，同時增加溝通渠道，為質(zhì)量監(jiān)督工作帶來便捷。

實(shí)時視頻對講可以節(jié)省時間和成本，不需要雙方或多方到同一個地方參加會議，可以通過網(wǎng)絡(luò)或記錄儀進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻對講。此外，實(shí)時視頻對講可以隨時隨地進(jìn)行，不受時間和地域的限制，有助于提高監(jiān)理人員的工作效率。最后，實(shí)時視頻對講可以讓雙方或多方之間建立更為便捷和實(shí)時的溝通渠道，促進(jìn)信息共享和協(xié)作，如圖5所示。

圖5? 實(shí)時視頻對講

3）監(jiān)理排名：智慧質(zhì)監(jiān)平臺通過海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并內(nèi)置相關(guān)算法，統(tǒng)計各監(jiān)理單位排名情況（圖6），評估各監(jiān)理單位工作質(zhì)量，為管理者提供決策依據(jù)。

圖6? 監(jiān)理排名

通過評估監(jiān)理工作方式、效率等，可以發(fā)現(xiàn)監(jiān)理工作中存在的問題并加以解決，推動監(jiān)理工作的不斷提升和完善。這樣更好地實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督的目標(biāo)，確保工程建設(shè)過程中質(zhì)量的可控和穩(wěn)定[4]。

4）視頻、環(huán)保管理：與現(xiàn)有工程項(xiàng)目對接視頻、環(huán)保等數(shù)據(jù)，有效地監(jiān)管施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵情況，減少對周邊環(huán)境和居民的影響。通過視頻監(jiān)控，管理人員可以實(shí)時查看施工現(xiàn)場的情況，及時發(fā)現(xiàn)揚(yáng)塵問題并采取相應(yīng)的措施加以解決，如圖7、圖8所示。這有助于提高監(jiān)理人員的監(jiān)管效率和監(jiān)督能力，同時也保護(hù)了周邊環(huán)境和居民的利益。

4? 結(jié)? 論

本文介紹了交通工程領(lǐng)域的智慧質(zhì)監(jiān)平臺的設(shè)計與應(yīng)用。該平臺采用現(xiàn)代化技術(shù)，如大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)監(jiān)工作的數(shù)字化和智能化，提高了質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)的管理效率和工作質(zhì)量。通過監(jiān)理工作在線化，實(shí)現(xiàn)監(jiān)理工作動態(tài)管理和跟蹤，質(zhì)量監(jiān)督工作全面掌握。智慧質(zhì)監(jiān)平臺配備了記錄儀、實(shí)時視頻對講、監(jiān)理排名、視頻、環(huán)保管理等功能，為監(jiān)管部門提供了全新的工作方式。

該平臺已成功應(yīng)用于吳江區(qū)605省道改擴(kuò)建工程、江陵路快速改造工程、大謝村碼頭等項(xiàng)目，證明了現(xiàn)代化技術(shù)在質(zhì)監(jiān)領(lǐng)域的應(yīng)用前景和優(yōu)勢。通過智慧質(zhì)監(jiān)平臺的推廣和應(yīng)用，我們可以進(jìn)一步提高工程建設(shè)的整體水平和品質(zhì)，推動質(zhì)量安全監(jiān)督工作的不斷完善，為交通工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

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作者簡介：朱林（1989.07—），女，漢族，江蘇徐州人，工程師，碩士研究生，主要研究方向：交通工程。