高速公路建设项目综合管控系统的研究与实现

邹群 邹国平

摘要：针对高速公路建设项目管理的特点及现有工程建设管理信息系统的局限性，研究了高速公路建设项目综合管控系统，介绍了系统总体框架、功能和组成；基于SOA架构，采用B/S结构模式，开发了系统的统一管控平台。该系统在江西奉铜高速公路建设管理中得以实施并应用，结果表明：该系统能够对项目全方位进行实时管控，对提高管理效率、确保工程质量、加快应急反应速度、保障施工安全等方面起到十分重要的作用。

关键词：高速公路建设项目管理；综合管控系统；面向服务的架构；管理效率

中图分类号：U415.1文献标志码：B

0引言

高速公路建设项目具有项目规模大、投资金额高、建设周期长、分布范围广、参建单位多、施工人员杂、工程风险大、影响因素多等特点，因此项目管理必须借助信息化手段来对建设的质量、进度、资金、环境等方面实施有效的监督管控，从而提高高速公路项目建设的质量及效益。现有的工程建设管理信息系统主要侧重于文档处理、数据统计、报表上报、计量汇总、OA办公等，个别建设项目虽然在一些工程节点上设置了视频监控系统，但由于手段单一，仍然不能形象、直观、全面地反映项目建设的诸多实际情况；且没有相应的技术手段来实现关键信息及数据的实时自动采集和传输，大量的信息及数据仍采用人工采集录入的方式，不能保证数据的真实性和实效性[12]。因此，通过先进的信息技术手段，建立一套能够远程、全面、实时、直观地反映并记录项目建设的实际情况，实现数据自动采集、传输、存储、处理，具有实时视频监控、设备定位追踪、工程质量监测、试验数据监控、远程指挥调度、电子沙盘显示、项目汇报演示等实时综合管控功能的工程管理信息系统具有十分重要的意义。

1系统建设目标

（1） 通过对视频数据、施工过程监测数据、实验室试验数据、拌和站生产及质量数据、人员考勤信息、机械运行信息等工程管控综合数据信息的监控及管理，改变现行的工程建设管理信息系统仅以视频监控为管理手段的单一管理模式，实现对高速公路建设项目现场的重要施工地段、关键施工部位、重点施工工序、事故易发区域及主要参建人员等进行全方位、全过程的数字化远程实时管控。

（2） 实现工程管控综合信息的自动采集、传输、分析、预警，整个过程无人工干预，确保工程管控综合信息的实时、真实、可靠，达到工程实时综合管控的效能，真正实现在线监控、在线指挥调度的管理目的。

（3） 将工程管控综合信息与项目地理信息相结合，建立一个能够涵盖项目建设全过程、展示项目建设全景、形象反映即时建设成果的数字化沙盘。

（4） 统一管控平台软件基于SOA构建，采用B/S模式，功能齐全，运行稳定，用户界面友好，操作简单，维护方便。

2系统总体架构

图1实时综合管控系统总体架构

系统由前端数据采集、中间网络传输、末端运营管控三部分组成。其中数据采集部分包括视频图像数据采集、设备目标定位数据采集、人员考勤数据采集、工程监测数据采集、工程管理数据采集、质量监控数据采集、试验数据采集等；网络传输部分包括网络信号覆盖、网络数据传输；运营管控部分包括数据收发、统计分析、信息检索、远程监控、联动预警、指挥调度、演示汇报、系统管理等。图1为实时综合管控系统总体架构。

3系统组成及功能

3.1网络传输子系统

网络传输子系统由两部分组成：第一部分的组网方式是由项目办、总监办（实验室）、高驻办和各施工单位的局域网通过公网利用VPN技术组成通信专网，为实时综合管控系统提供数据传输通道；第二部分的组网方式是由基于无线Mesh技术的通信设备把外场视频监控点（预制厂、隧道口、实验室、拌和站、重点工段等）的视频图像传至附近的公网基站，再租用运营商2MbpsIP链路或2M E1链路把视频图像传到项目办的指挥调度中心（如果监控点附近有施工单位的项目部，且其项目部已接VPN专网，那么这些监控点的视频就可以通过无线通信设备传到附近项目部，再通过VPN专网传到项目办的指挥调度中心），第二部分网络为视频监控子系统提供视频及控制信号的传输通道。

3.2视频监控子系统

视频监控子系统主要是对预制厂、隧道口、实验室、拌和站、特大桥、重点工段等现场情况进行视频监控，它由前端的音视频采集系统、网络传输系统和后端的视频监控平台系统组成，远程客户也可以通过登录VPN专网对系统进行访问及控制，随时掌握现场情况。视频监控子系统主要的业务功能有图像监控、存储回放、报警联动、音视频对讲等。基于Mesh无线网络的视频监控子系统的架构如图2所示。

图2基于无线Mesh技术的视频监控子系统架构

3.3GPS子系统

在大型机械设备（如压路机、摊铺机）、工程指挥车辆上安装GPS远端模块，获取设备或车辆的定位信息。系统连接 GPS服务器，抽取GPS数据，回放设备或车辆行驶轨迹，实时监控设备或车辆行驶路线，从而实现对重点设备或车辆的实时管控；同时，对大型机械设备也可以实现施工质量的过程控制[3]。

3.4实验室数据监测子系统

该子系统结合交通工程实验室的特点，对实验室仪器设备进行技术改造，实现了试验数据的自动采集、分析及业务流程的自动监管。可以自动采集数据的试验设备包括：压力机、万能试验机、马歇尔试验仪、软化点试验仪、针入度试验仪、延度试验仪、抗折试验仪、燃烧试验仪等。试验过程和结果数据可通过VPN专网上传到网络服务器，项目办、总监办可以进行远程监管。

3.5工程质量监测子系统

3.5.1预应力张拉压力和位移监测

预应力张拉压力和位移监测技术主要用于实时监测并记录预应力梁板在张拉过程中的拉力和位移数据。该子系统既能实现对预应力梁板的单端张拉数据监测，又可以同步监测对称张拉过程中两端的拉力和位移数据，实现对张拉过程的全程监测记录；同时，运用3G技术将监测数据无线上传到网络服务器，实现施工质量的远程监测控制。预应力张拉测试结果如图3所示。

图3预应力张拉测试数据

3.5.2智能压实质量监测

智能压实质量监测设备是集传感技术、嵌入式系统、计算机技术于一身的新一代车载式压实质量控制仪[4]。该仪器实现了对压实质量、振动频率、

碾压速度的实时及连续监测控制，为改良碾压工艺和压实质量检测提供了完整的过程数据，能够明显提高工作效率，保证路基压实度的施工质量。路基压实度测试数据如图4所示。

图4路基压实度测试数据

3.5.3沥青混合料动态质量监控

沥青混合料动态质量监控子系统是在已有拌和楼质量控制系统的基础上，进一步开发的沥青混合料质量实时监测系统[5]。该系统具有自动采集数据、数据分析、图表生成、超限提醒等功能，可以及时纠正拌和过程中的操作问题，实现网络远程监控，并由事后检测向过程监控转变，有助于提高沥青路面的质量控制水平。奉铜高速沥青混合料动态质量监控系统如图5所示。

图5奉铜高速沥青混合料动态质量监控系统

3.6视频会议子系统

借助系统建立的VPN通信专网，开发了一套基于软件的视频会议系统。该系统相对基于硬件的会议系统，具有对网络的适应能力强、移动性较强、安装部署方便、易扩容和升级等优点[6]。项目参建各方可借助该系统召开各种工地视频会议，对提高工作效率、降低工程管理成本发挥较大作用。

3.7人员考核识别子系统

为了对参建各方的重要人员（如总监办的总监、副总监、实验室主任、各部部长，以及各标段的项目经理、副经理、项目总工、专业工程师等）进行考勤管理，开发了一套人员考核识别子系统，该系统具有远程指纹打卡、休假考勤管理、人员考勤查询和人员考勤补录等功能。

3.8综合展现子系统

以电子沙盘为核心，综合展现子系统全面展现项目建设管理过程中的全方位信息，包括项目及工程概况展示、形象进度展示、中央天气预报查看、质量数据展示等。系统利用GIS技术，在路网地图的基础上建立模拟电子沙盘，直观反映项目建设区域地形、标段分布、设计状态、工程状况等信息；同时，电子沙盘可作为项目建设演示汇报的平台，通过鼠标点击该沙盘相应位置，利用动态模型、图形图表、现场视频等，可实时反映该位置各项工作的开展情况。奉铜高速的电子沙盘如图6所示。

图6奉铜高速公路电子沙盘

4统一管控平台软件的开发

4.1技术架构

如上所述，高速公路建设项目实时综合管控系统由多个子系统构成，且大部分子系统均可独立运行；但是，在实际的应用中不可能分别进入到各个子系统中实现综合管控的各业务功能，而必须在各子系统上建立统一的管控平台软件才能实现单点登录、统一管控。

由于各子系统设计与建设的时期和业务模式不同，缺乏统一的设计标准与总体规划，导致这些独立、异构、封闭的子系统间的信息交互与共享困难，存在大量的“信息孤岛”和“流程孤岛”。所以，本系统中要建立的统一管控平台，其实就是各子系统的信息集成平台，其目的是为了有效整合分散异构的信息资源，消除“信息孤岛”现象，以统一的方式实现各系统间不同结构、不同格式数据的相互转换，并由协调引擎统一协调各个信息系统间的数据传输与消息通信。

面向服务的架构（ServiceOriented Architecture，SOA） 是当前一种比较先进的组件模型，将应用程序的不同功能单元转化成服务，并通过定义服务之间良好的接口和契约将系统联系起来，这些接口采用中立的方式定义，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，使得系统之间可以以一种通用、统一、简便的方式进行交互。利用 SOA 可以实现功能与业务的分离，提高服务的可重用性，实现服务间的松耦合[7]。 因此，统一管控平台软件的开发采用SOA设计理念，基于J2EE开放平台，利用Web Services技术实现。具体开发平台采用普元EOS6.0，它是全球第一个基于SCA/SDO/SOA的面向构件中间件产品；Web应用服务器选用Tomcat，它是一个开放源代码、运行servlet和JSP Web应用软件的基于Java的Web应用软件容器；数据库平台选用Oracle 10g数据库。

统一管控平台采用B/S结构，分为3层：表示层Web、业务逻辑层BLL和数据访问层DAL。其中最关键的是业务逻辑层。在基于SOA的统一管控平台软件中，业务逻辑层必须对各子系统的主要功能模块按照合适的粒度进行抽象和封装，形成符合SOA规范的服务，并注册到企业服务总线（Enterprise Service Bus，ESB），通过服务组合与编排实现系统业务逻辑的控制。

4.2功能模块

统一管控平台由三大功能模块组成：综合展示、项目管理和系统管理[8]。其中综合展示包括项目及工程概况展示、形象进度展示、中央天气预报查看、质量数据展示、车辆行为管理展示、实时视频监控等；项目管理包括人员考勤管理、工程信息管理、工程进度管理和工程质量管理等；系统管理包括组织机构管理、权限管理、授权认证、工作流、业务字典管理等。

5系统的主要特点

（1） 系统通过先进的信息化技术手段，建立了一个能够全面、实时、直观反映并综合记录项目建设实际情况，远程实施组织指挥与调度的管控平台；系统的应用在一定程度上提高了高速公路建设项目监控管理的效率和质量，有效地降低了管理成本，促进了高速公路建设管理的规范化、制度化和专业化。

（2） 系统结合工程数据自动采集、远程数字通信传输、卫星定位追踪、计算机信息处理控制等技术，实现数据自动采集、传输、处理，具有实时的视频监控、设备定位追踪、工程质量监测、试验数据监控、远程指挥调度、电子沙盘显示、项目汇报演示等综合管控功能。

（3） 统一管控平台软件基于SOA架构，采用B/S框架结构，具有更好的可扩展性、可重用性和可维护性。