基于SOA的道路巡查系统设计与实现

摘 要：根据我国道路养护巡查共性业务需求，以GIS技术为支撑，采用面向服务（SOA）思想建立一套集数据采集、传输、存储、分析决策于一体的、基于“云+端”模式的道路养护和路政巡查信息化管理系统。系统能为道路养护巡查提供直观、有效的管理手段，能提供及时、准确的路况设施信息，实现案件快速上报、快速派发和快速解决，为道路养护巡查日常管理和应急抢险提供科学决策支持，有效地解决了道路养护巡查过程中信息集成难、隐患定位难、养护计划难、巡查考核难、调度指挥难等问题。

关键词：道路养护 路政巡查 移动GIS SOA

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0005-03

近年来，我国道路建设迅猛发展，公路运输能力也在不断提高。准确、快速定位现场路况，并实时获取相关道路信息，是道路养护和路政巡查需要解决的重要问题[1，2]。但长期来，我国道路养护巡查信息化水平较低，管理手段落后，主要表现在：养护巡查模式落后，“重建轻养”思想严重；巡查养护缺乏有效的技术手段，无法对路政信息实时处理及管理；养护巡查体系不健全，很大程度上属于被动养护，整日忙于应对现有道路桥涵的各种病害，缺乏运营过程中的路况调查、病害预测以及适时养护决策和养护规划；考核缺乏量化指标，对养护责任事故追究不力、监管不严、处罚过轻等问题[1，3，4]。随着公路事业的快速发展，人们对管理手段变革和创新的要求日渐紧迫，社会对公路服务水平的要求也日趋严格，现代化的管理在公路事业发展中的重要性日益凸现，迫切需要进一步提升公路养护与管理水平，构筑现代交通需要的科学、高效的现代化公路管理体系。

本文以地理信息系统（GIS）技术为支撑，采用网格化管理思想，为我国道路养护巡查建立一套科学、高效、智能的信息化系统，帮助管理人员实时掌控全局路况信息，实现案件快速上报、快速派发和快速解决，提高作业人员的工作效率、工作质量和巡查工作的自动化水平，为道路管理、养护、规划提供直观而有效的管理手段，为道路稽查人员提供科学的决策支持。

1 平台总体架构

当前我国多数省（市）已建立了公路养护管理系统，全国绝大部分高速公路都建立了路段监控中心，负责道路运行管理工作。各省高速公路联网监控系统主要由省高速公路联网监控中心、路段监控分中心、路段基层监控单元三层结构组成，实时监管并掌握路网规划、建设、发展、运营、管理等数据。公路路政管理的地域性和业务的多样性、分布性决定了道路养护巡查系统是一个分布式、开放式、业务敏捷的应用系统。从技术角度看，构建分布式应用系统有CORBA、DCOM/COM+、JavaRMI和EJB等组件模型，但这些组件技术存在一些缺点，它们要求服务器端和客户端有明确的同类型、同构架的对等协议，虽然Java应用程序可以使用RMI与CORBA连接，但与DCOM却无法通信，从而制约了信息系统的集成。面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture，SOA）是指为了解决在分布式环境下业务集成的需要，通过连接能完成特定任务的独立功能实体实现的一种软件系统架构。SOA将应用程序的不同功能单元通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来，接口是采用中立的方式进行定义的，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，SOA为分布式、多平台的道路养护巡查业务系统的构建提供了新的思路和方法。

本文根据我国道路养护和路政巡查共性业务需求，以GIS技术为支撑，提出“云+端”的道路养护巡查模式，采用面向服务思想设计并实现了集道路养护数据采集、传输、存储、发布、集成、统计分析、应急管理为一体的道路养护和路政巡查信息系统，系统由应用层、服务层、支撑层、平台层组成，其总体架构如图1所示。

其中，移动GIS硬件设备采用中海达Q系列高精度手持GIS采集器（Q-Star、Q-PAD），GIS软件基于中海达GIS平台进行二次开发，该平台具有跨平台、高性能、可配置、易扩展、支持多语言二次开发等特点，其SDK包括HiMap（移动端）、HiWebGIS（Web端）。支撑层是整个系统的中枢单元，由数据管理系统、通信传输系统、服务管理系统及运行维护系统组成。服务层由一系列遵循一定规范的应用接口组成，是暴露给应用层进行集成、扩展的应用程序接口。应用层是以移动GIS为工具的数据采集、养护巡查系统、WebGIS监控、展示等系统构成，实现移动作业、采集上报、指挥调度、视频监控、路况监控（交通量、平均车速、车流密度、能见度、气象等）。突发事件发生时，可根据各种信息进行集成分析和综合判断，可为管理人员提供预警、评估、方案模拟、指挥调度、资源调配、应急指令下达和事后处置等提供决策辅助。

2 平台主要功能模块

2.1 数据整理接入

基础地图数据、道路业务数据的预处理是本系统建设中至关重要的一环。由于这些数据通常是多源异构的，在存储方式、数据格式、空间参考等方面存在不确定性，需要提供通用性强的数据处理模块，实现对业务数据的整理和接入。数据预处理工作主要在数据管理系统中完成，主要包括与养护管理相关的业务数据（道路设计、施工、验收、维护）、视频数据、路况数据、气象数据、救援资源等数据。数据预处理主要包括格式转换、坐标变换、拓扑检查、符号设置、缓存制作、压缩转存等。在数据处理中，应综合考虑桌面系统和嵌入式应用系统在数据精度、显示分辨率、寻址计算、I/O速率等方面的差异进行全局的优化设计，如：缓存制作和压缩转存是为适应移动端软硬件环境，对空间数据（底图、业务数据）进行优化处理的模块，在地图缓存制作过程中，同时输出多种dpi地图瓦片数据，以适应各种显示终端设备，并提供松散、紧凑两种存储格式，确保数据能在桌面端、Web端和移动端均能逼真、流畅地展示。

2.2 服务配置管理

服务配置管理为应用层各类应用系统提供底层支撑，包括GIS功能数据配置、GIS数据服务配置、空间分析服务（SA服务）配置和权限服务配置四大部分。一些重要的涉密数据存储在服务端，通过服务的形式参与业务应用，既有效地解决数据安全问题，也减轻了移动端存储空间和计算压力等问题。

GIS功能数据配置是对GIS数据的组织、显示、查询、事件、字段等信息的设置，通过GIS服务契约为各类服务消费者（包括各类嵌入式GIS、WebGIS）提供统一的服务，主要解决系统快速开发、IT资产积累等问题。数据服务配置是对外提供服务的空间数据、业务数据的范围、展现样式、元数据说明等信息的配置；SA服务包括叠加分析、动态分段、路网分析、地址匹配等服务。权限配置采用RABC模型，即通过用户、角色、权限三者之间建立的一对多、多对多的关系来实现权限控制，包括功能权限和数据权限的配置。其中对数据访问权限的配置实现了字段级、记录级的精细化配置，权限配置信息在用户登录时将存储在内存中，当用户访问受控数据时数据库操作层根据内存中的权限信息进行拦截和过滤，从而有效地保障了数据的安全性，也大大降低了开发难度和工作量。

2.3 养护巡查管理

道路养护巡查模块主要由巡查排班、巡查任务执行、巡查监督管理、信息填报发布、现场指挥调度等模块组成，如图3所示。

巡查排班采用网格化管理思想，对辖区进行片区划分并责任到人。系统根据巡查排班计划，实现巡查任务包的自动生成，巡查任务包由一系列子任务构成，每一项子任务关联着一个对象或设备（图4）。

不同类型对象或设备，其子任务须填写的内容项通常是不同的，可通过中海达手持GIS采集器内置软件Hi-Q进行动态配置。

巡查人员外出作业时，在手持GIS采集器客户端中登录系统，并获取其巡查任务，客户端根据巡查人员当前位置，自动计算最优巡查线路及巡查次序，并以图、文、音、像等多种形式展示给用户。在任务执行过程中，手持GIS采集器将实时位置、当前状态等信息发送给监控中心，并接收来自监控中心的指挥调度指令（图5）。

巡查任务完成后，采用中海达通信传输服务软件将数据实时上传至数据服务器，为节省流量用户可选中将数据保存在手持端，在内业整理资料时通过互联网上传。监控中心WebGIS综合监控模块基于HiWebGIS引擎开发，具有良好的可扩展性，可将路况的交通量、平均车速、车流密度、气象等路况信息和重点地区、重点路段的视频监控进行集成展示，实现路况全方位综合监控，及时发现路网运行异常情况。信息审核发布模块主要是对现场采集信息的核查、分析与处理，包括巡查信息审核、巡查信息统计、巡查违规立案、病害信息发布等部分。

3 结语

本文根据我国道路养护和路政巡查的共性业务需求，以GIS技术为支撑，利用成熟的计算机网络技术、数据库技术和无线通信技术，以面向服务（SOA）思想设计并实现了集道路养护数据采集、传输、存储、发布、集成、统计分析、应急管理为一体的道路养护和路政巡查信息系统，开创了“云+端”的新型、高效、安全的道路养护巡查现代化作业模式。实践表明，该系统具有如下优点。

（1）跨平台、一体化的GIS SDK，以及丰富的配套软件产品，使得软、硬件兼容性、稳定性和性能都达到最佳，强固手持终端和稳健的通信传输为恶劣环境下户外日常作业和应急抢险提供了坚强保障。

（2）服务式GIS能有效集成各种空间、非空间数据，通过运行时聚合各种独立的、具有语义的元服务，能满足需求的无限扩展性，通过可视化界面进行服务配置，可有效提高开发效率；“云+端”的路政巡查模式能有效解决移动作业和大数据分析两种现实的业务需求问题。将业务有关的海量数据以云存储的形式存储，客户端通过调用服务实现“按需检索”，既解决了某些业务数据安全性问题，又较好地解决了移动端设备存储、计算能力有限的瓶颈问题。

（3）GIS技术和计算机技术的紧密结合，使得分析和管理大量复杂的道路路政管理数据变成现实。网格化管理使巡查工作变被动为主动，地毯式巡查使隐患得以快速、及时反馈，实现道路养护的安全预警，从而延缓大修周期，降低道路管理养护成本，提高了路政巡检工作效率。移动GIS内置的高精度定位模块实现了对执法人员作业路线的监控，通过设置电子栅栏实现对巡查线路的约束，一旦超出设定路线或者越出设定区域，系统将会自动报警，从而提高了作业地点的精准率。

（4）统一的标准化巡查流程和监控机制，最大程度上统一了各机构办事流程和信息共享，大大提高了道路问题的处理效率。

参考文献

[1] 赵维裕.高速公路日常养护管理系统（FMMS）的建设与应用[J].交通时间， 2010，9.

[2] 赵仲华.高速公路建设和养护一体化管理信息系统研究[D].天津大学，2006.

[3] 丘建栋.基于SuperMap GIS的公路养护信息系统设计[J].广东公路交通，2007（4）：44-48.

[4] 李明，李铁强.基于GIS的路面管理系统总体框架设计[J].重庆交通学院学报，2005，24（5）：34-38.