基于WebGL的城市慢行交通設(shè)施可視化運(yùn)維管理系統(tǒng)研究

摘要 為優(yōu)化城市非機(jī)動(dòng)車(chē)道管理流程，提高數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與智能輔助決策水平，文章設(shè)計(jì)了城市慢行交通設(shè)施可視化運(yùn)維管理系統(tǒng)，提出了城市慢行交通設(shè)施服役狀態(tài)評(píng)估層次結(jié)構(gòu)，并基于AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)算法進(jìn)行了設(shè)施狀態(tài)綜合評(píng)估與輔助決策，實(shí)現(xiàn)慢行交通設(shè)施服役狀態(tài)數(shù)據(jù)全流程的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)、智能化分析與可視化呈現(xiàn)，可有效提高城市慢行交通設(shè)施運(yùn)維的智能化水平，保障城市居民安全便捷地運(yùn)用慢行交通，踐行并推動(dòng)綠色出行理念。

關(guān)鍵詞 城市慢行交通設(shè)施；運(yùn)維管理；綜合評(píng)估；輔助決策

中圖分類(lèi)號(hào) U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）20-0004-03

0 引言

隨著城市化率的不斷提升，因城市發(fā)展而產(chǎn)生的“城市病”日益突出，交通擁堵、生態(tài)污染持續(xù)加劇，亟待推行綠色出行方式，以促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。慢行交通，包括步行和自行車(chē)出行，因其低碳、健康等特點(diǎn)，被視為緩解城市交通壓力、提升居民生活質(zhì)量的有效途徑[1-2]。

隨著綠色出行需求的不斷增長(zhǎng)，慢行交通系統(tǒng)管理養(yǎng)護(hù)存在不足，基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)綠色交通的支撐與保護(hù)作用不夠，許多城市慢行交通設(shè)施運(yùn)營(yíng)狀況欠佳，如出現(xiàn)路面破損、配套設(shè)施損壞等問(wèn)題[3]，影響居民出行體驗(yàn)和安全。此外，城市交通系統(tǒng)的信息化水平尚待提升，運(yùn)維人員在日常的巡查、巡檢和養(yǎng)護(hù)維修工作中存在大量的重復(fù)性勞動(dòng)，需要通過(guò)信息化手段進(jìn)行優(yōu)化。在以人為本的交通發(fā)展理念推動(dòng)下，應(yīng)確保與居民日常生活密切相關(guān)的慢行交通系統(tǒng)的良好運(yùn)營(yíng)WE9tpvOPw+xa/0mZQHDLnTmdZiDjlZBLTzFLElNPWmI=。借助BIM+GIS、人工智能、設(shè)施服役狀態(tài)綜合評(píng)估等[4]先進(jìn)技術(shù)，可以為城市慢行交通運(yùn)維質(zhì)量的提升提供堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐支持。

該文將充分結(jié)合城市慢行交通的使用實(shí)際需求與慢行交通設(shè)施服役狀態(tài)的影響因素，基于B/S架構(gòu)研發(fā)融合BIM+GIS的城市慢行交通設(shè)施可視化管理平臺(tái)，進(jìn)一步提高運(yùn)維管理效率、保障設(shè)施設(shè)備服務(wù)質(zhì)量，為城市居民提供安全的交通環(huán)境。

1 城市慢行交通基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)評(píng)估與輔助決策

1.1 城市慢行交通系統(tǒng)組成

城市慢行交通系統(tǒng)的主要組成部分如圖1所示：

1.2 基于AHP-模糊分析法的狀態(tài)評(píng)估

根據(jù)城市慢行交通管理需求及管理模式，將設(shè)施分為點(diǎn)、線(xiàn)、面、網(wǎng)等四個(gè)級(jí)別，實(shí)現(xiàn)各層級(jí)范圍設(shè)施的狀態(tài)評(píng)估，為輔助決策提供依據(jù)。城市慢行交通系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估結(jié)構(gòu)體系如圖2所示：

平臺(tái)采用基于AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)的綜合評(píng)估算法，進(jìn)行設(shè)施服役狀態(tài)的逐層評(píng)估，指導(dǎo)城市慢行交通系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)維修[5]。

首先，根據(jù)調(diào)研評(píng)價(jià)得出點(diǎn)級(jí)設(shè)施的分項(xiàng)得分，計(jì)算每種點(diǎn)級(jí)設(shè)施的得分矩陣。計(jì)算公式如下：

Szb=Σn j=1Sj （1）

式（1）中，Szb——第z個(gè)設(shè)備的得分，z可選圖1中所示的各類(lèi)組成部分；n——第z個(gè)設(shè)備的缺陷種類(lèi)數(shù)量；Sj——單一設(shè)備不同缺陷的評(píng)分。

根據(jù)每種點(diǎn)級(jí)設(shè)施的缺陷得分，計(jì)算各條道路的得分矩陣：

Spm=fp（Spb）·Wp （2）

式（2）中，Spm——第p條道路的得分矩陣，取得分矩陣中最不利值作為該條道路的評(píng)價(jià)等級(jí)；fp——第p個(gè)里程的隸屬度函數(shù)；Spb——第p個(gè)里程包含的設(shè)備綜合得分矩陣；Wp——第p個(gè)里程下各個(gè)設(shè)備的權(quán)重矩陣。

同理，根據(jù)每條道路的得分矩陣，計(jì)算每個(gè)街道所有慢行道的得分矩陣，進(jìn)而計(jì)算縣級(jí)單位的得分矩陣：

Sqg=Sqm·Wq （3）

Syc=Syg·Wy （4）

式中，Sqg——第q個(gè)街道的得分矩陣；Sqm——第q個(gè)街道下所有道路的綜合得分矩陣；Wq——第q個(gè)街道下各個(gè)道路的權(quán)重矩陣；Syc——第y個(gè)縣級(jí)單位的得分矩陣；Syg——第y個(gè)縣級(jí)單位下所有街道的綜合得分矩陣；Wy——第y個(gè)縣級(jí)單位下各個(gè)街道的權(quán)重矩陣。

由此，便可得到城市慢性交通系統(tǒng)的四級(jí)分層評(píng)估結(jié)果，評(píng)估結(jié)果以得分矩陣呈現(xiàn)。

1.3 城市慢行交通設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修輔助決策體系

基于城市慢行交通設(shè)施服役狀態(tài)的評(píng)估結(jié)果，結(jié)合城市慢行交通系統(tǒng)的維護(hù)需求，建立針對(duì)城市人行道和自行車(chē)道的養(yǎng)護(hù)維修評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)，以輔助城市慢行交通設(shè)施的維護(hù)決策。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括維修計(jì)劃、評(píng)估建議及養(yǎng)護(hù)措施等三類(lèi)：維修計(jì)劃庫(kù)主要包含針對(duì)嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)施的大修計(jì)劃和一般損壞的維修計(jì)劃，根據(jù)設(shè)施的損壞程度和重要性制定相應(yīng)的維修策略；評(píng)估建議庫(kù)則提供基于設(shè)施評(píng)估結(jié)果的定制化建議，以指導(dǎo)具體的維護(hù)行動(dòng)；養(yǎng)護(hù)措施庫(kù)匯集了各種養(yǎng)護(hù)和修復(fù)措施，根據(jù)設(shè)施的具體狀況推薦合適的養(yǎng)護(hù)方案。

輔助決策技術(shù)能夠基于評(píng)估系統(tǒng)所反饋的各類(lèi)損傷結(jié)果，自動(dòng)檢索匹配系統(tǒng)內(nèi)置的處置方式，并可詳細(xì)對(duì)比每種方案的實(shí)施成本、預(yù)期達(dá)到的維護(hù)效果，以及養(yǎng)護(hù)后設(shè)施的預(yù)期使用壽命，以提高城市慢行交通設(shè)施養(yǎng)護(hù)的及時(shí)性，達(dá)到成本與收益間的動(dòng)態(tài)平衡。這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)旨在提高城市慢行交通設(shè)施的維護(hù)效率和質(zhì)量，確保市民的安全和舒適出行。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 總體架構(gòu)

平臺(tái)總體架構(gòu)可以分為用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、基礎(chǔ)服務(wù)層、數(shù)據(jù)資源層和設(shè)施層，如圖3所示：

2.2 技術(shù)架構(gòu)

如圖4所示，該系統(tǒng)采用了先進(jìn)的技術(shù)架構(gòu)：Vue3框架。為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可視化和交互性，系統(tǒng)在傳統(tǒng)的Web開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上，融合了Cesium.js和Echart.js技術(shù)，分別實(shí)現(xiàn)了三維和二維的數(shù)據(jù)可視化功能，從而提升數(shù)據(jù)的可用性。

3平臺(tái)功能

3.1 結(jié)構(gòu)物檢查與缺陷管理

平臺(tái)整合了城市慢行交通系統(tǒng)的維護(hù)規(guī)則和缺陷分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化了缺陷數(shù)據(jù)的采集流程。依據(jù)城市交通維護(hù)規(guī)范及評(píng)估體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)慢行交通設(shè)施缺陷的標(biāo)準(zhǔn)化管理。平臺(tái)基于統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)對(duì)缺陷進(jìn)行管理，通過(guò)一張圖便可實(shí)現(xiàn)缺陷定位、信息查詢(xún)及維護(hù)處理。

平臺(tái)內(nèi)置了城市慢行交通設(shè)施中所有常見(jiàn)的缺損類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)不同缺損設(shè)計(jì)了準(zhǔn)確完備的信息采集表單，可通過(guò)移動(dòng)終端應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的填報(bào)。系統(tǒng)將調(diào)用移動(dòng)終端定位功能，自動(dòng)獲取缺損所在位置坐標(biāo)，為后續(xù)基于統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)的融合評(píng)估提供支撐。數(shù)據(jù)管理功能支持缺陷信息的增加、刪除、查詢(xún)和修改操作。同時(shí)，允許批量選擇缺陷進(jìn)行維修計(jì)劃安排，并能根據(jù)維修結(jié)果更新缺陷狀態(tài)，確保城市慢行交通系統(tǒng)的高效運(yùn)行和維護(hù)。

3.2 輔助決策模塊

該評(píng)估工具以層次分析法（AHP）和模糊綜合評(píng)價(jià)為核心，能夠根據(jù)不同區(qū)域的特點(diǎn)和需求，構(gòu)建相應(yīng)的慢行交通設(shè)施維護(hù)狀態(tài)評(píng)估模型?；谄脚_(tái)的評(píng)估結(jié)果，城市慢行交通維護(hù)決策系統(tǒng)提供了針對(duì)“點(diǎn)”“線(xiàn)”“面”“網(wǎng)”四個(gè)層級(jí)的定制化決策支持，其中“點(diǎn)”層級(jí)提供具體設(shè)施缺陷的維修建議，以支持日常養(yǎng)護(hù)和即時(shí)修復(fù)的決策；“線(xiàn)”層級(jí)則根據(jù)特定路段內(nèi)的缺陷情況，提供綜合維護(hù)建議，以支撐中長(zhǎng)期的道路維護(hù)規(guī)劃；“面”層級(jí)展示局部片區(qū)的慢行交通設(shè)施服役狀態(tài)概覽，幫助區(qū)域管理人員全面了解并把握所轄區(qū)域內(nèi)的慢行交通狀況；“網(wǎng)”層級(jí)為所評(píng)估區(qū)域的所有慢行交通的綜合狀態(tài)。這樣的分層決策支持系統(tǒng)，為城市慢行交通的維護(hù)和管理提供了精準(zhǔn)有效的決策工具。

3.3 二、三維耦合可視化表達(dá)

采用傾斜攝影+激光點(diǎn)云+BIM逆向建模構(gòu)建的三維數(shù)字孿生模型為底座，利用Cesium.js開(kāi)發(fā)的Web端三維管理系統(tǒng)，基于統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)將城市慢行交通設(shè)施缺陷數(shù)據(jù)，以及綜合評(píng)估結(jié)果附加在數(shù)字孿生模型上，集成展示人行道和自行車(chē)道的評(píng)估結(jié)果、巡檢缺陷數(shù)據(jù)及外觀狀況。同時(shí)，利用Echart.js開(kāi)發(fā)的二維可視化圖表功能，將復(fù)雜詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與可視化，實(shí)現(xiàn)了在“一張圖”上直觀管理城市慢行交通設(shè)施的目標(biāo)，簡(jiǎn)化了操作流程，提高了決策效率。

4 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)城市慢行交通系統(tǒng)管理養(yǎng)護(hù)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于BIM+GIS的城市慢行交通設(shè)施的可視化管理平臺(tái)。該平臺(tái)以城市慢行交通的實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行了全面的功能、邏輯和技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)構(gòu)建層次耦Is3Dm6AR2k+fCsSL6uMzMQ==合的設(shè)施評(píng)估體系，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)慢行交通設(shè)施狀態(tài)的精細(xì)化數(shù)據(jù)采集和綜合評(píng)估，采用AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法為設(shè)施的養(yǎng)護(hù)維修提供了科學(xué)的輔助決策依據(jù)。同時(shí)，平臺(tái)利用Cesium.js等三維可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全局人機(jī)交互的可視化，有效打通了城市慢行交通管理的數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施服役狀態(tài)的智能感知、智能分析與智能決策。這一系統(tǒng)的實(shí)施，將顯著提升城市慢行交通設(shè)施的管理效率和服務(wù)質(zhì)量，為市民提供更安全、更舒適的出行環(huán)境，對(duì)于推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-06-22

作者簡(jiǎn)介：劉驚灝（1997—），男，碩士研究生，助理工程師，主要從事公路及市政道路設(shè)計(jì)及交通信息化系統(tǒng)研究工作。