高速公路隧道智慧管养信息化应用系统

邱民

摘要：文章基于高速公路隧道管养现状，提出构建高速公路隧道智慧管养信息化系统，分析了该系统的功能需求与主要业务流程，介绍了系统设计构成及主要应用成果。

关键词：隧道;功能需求;系统设计;机电设备管养;信息化

0 引言

随着我国高速公路建设的飞速发展，高速公路的设施设备日常养护作为保障高速公路时刻处于安全运行状态的一个重要手段，如何做好高速公路设施设备特别是隧道机电系统设备的管养将显得特别重要。我国对高速公路隧道的管养制定了一系列的养护标准和规范，但目前隧道机电设备管养还处在手工或半手工半自动化阶段，存在管理较为凌乱，提取、统计数据极不方便，缺乏信息数据的统计分析等问题。如何按规范要求，结合现今的高速公路隧道养护实际情况对隧道机电设备设施进行高效的、信息化的管养，开发设计一套智能信息化的隧道管养系是本文研究的主要内容。现如今，随着计算机技术高度发展，移动端应用技术GPS定位、大数据统计分析等应用技术已经日渐成熟，为智能信息化的隧道机电设备管养系统开发提供了理论和技术支持。本文就如何利用这些先进的计算机应用技术，构建智能信息化的隧道机电设备管养系统进行探讨，通过开发本系统应用，预期能够实现隧道及隧道机电设备的信息库化管理、日常巡查工作及设备报修维修的信息化规范化管理、运维管养数据自动统计分析，达到减轻员工运维工作量，提高管养工作效率的目的。本文研究系统的开发及推广应用，必将提高高速公路隧道机电系统的科学管养水平，使管养过程更高效，管理决策更科学。

1 系统需求分析

1.1 现状分析

由于我国公路隧道養护管理起步较晚，还处于原始的低效率阶段。在养护巡检的过程中，大多使用人工进行纸质记录，对各种各样的隧道运维养护数据及报表统计分析大多数采用人工统计方式，工作量大、效率低。对巡检任务完成情况的跟踪反馈，只是通过巡查人员手工报表形式上报，隧道巡查工作量大，巡查人员是否如实到现场巡查只能靠巡查人员的职业素养。设备的管理较为凌乱，设备管养数据的提取、统计极不方便，缺乏信息数据的统计、分析。

近年来，随着我国高速公路路网越来越完善，高速公路的建设管理进入运营管理阶段。而高速公路隧道作为高速交通网络中的关键节点，如何时刻保障隧道处于安全运行的状态，使其提供持续的正常运营服务也越来越重要。与此同时，高速公路运营管理单位对于高速公路管理的信息化建设也越来越重视，要及时掌握种类繁多、数量巨大的隧道设施及设备的状态，并对数据进行有效分析，就必须依托于现代信息技术。因此，构建实用、高效的隧道机电设备养护信息化系统对高速公路隧道的科学养护至关重要。

1.2 功能需求分析

高速公路智慧管养信息化系统主要功能需求如下：

（1）建立完善的设备及隧道基本信息库，实现隧道及隧道设施设备基础信息的信息化管理。

（2）巡查任务系统自动化定时发布，实现巡查任务智能化发布管理，减轻养护工作量，提高养护工作效率。

（3）实现移动端巡查任务的巡查上报，自动采集上传巡查点GPS坐标。自动统计巡查任务完成率，采用直观简洁的方式查询浏览当前用户各种巡查任务的完成进度情况以及巡检问题设备的修复情况。

（4）采用“短信+系统消息”的方式实现工作待办提醒，实现巡查任务发布、设备报修维修过程等各种系统提醒消息推送，让运维人员可以及时接收信息，及时出勤，提升工作效率。

（5）采用“二维码打印+二维码扫描查询”功能，实现设备及隧道二维码打印、设备及隧道二维码扫描查询，使设备管养过程更简单、更高效、更准确。

（6）实现设备的报修维修数据采集管理，记录设备故障上报、勘察、审批、运维人员指派、维修、修复确认等运维过程中每一个节点信息，做到运维工作留痕，运维过程可跟踪，实现设备运维全程数据链的可追溯性。

（7）实现巡查任务数据、设备报修维修数据的统计分析，自动生成各种巡查报表、统计报表，为隧道机电设置管养决策提供数据支持。

1.3 主要业务流程分析

1.3.1 巡查任务发布及上报业务流程分析

在整个隧道管养业务中，隧道设备巡查任务发布管理以及对任务巡查采集上报是其中最重要的一个业务。巡查任务由隧道养护站站长提前制定，制定任务时指派巡查人员、确定巡查设备范围以及起止日期。任务发布后，通过后台任务处理程序循环处理任务，当到达任务起始时间时，系统自动推送消息给巡查人员，巡查人员收到消息后，安排时间去对任务中的设备进行巡检，并填写巡检情况。如果在巡检过程中发现设备异常，则需要对异常情况进行采集上报。设备巡检上报可以通过二维码扫描以及系统查询两种方式进入上报数据采集页面。当巡查任务到达截止日期时，当前任务将终止，不可以再进行巡查任务巡查记录的修改。任务完成后，系统将自动统计任务巡查数据，生成各种巡查报表。业务流程如图1所示。

1.3.2 设备报修维修流程分析

设备从故障上报到最终修复确认需要经过报修人故障上报、站长故障审核、勘察员故障勘察以及勘察情况上报、站长勘察审核、维修人员故障维修及维修情况上报、站长维修审批、报修人故障修复确认等多个步骤。每一个步骤完成后，通过系统后台任务处理程序将处理结果消息推送给下一流程处理人员。设备报修维修业务流程如图2所示。

2 系统设计

2.1 系统构成

高速公路隧道智慧管养信息系统由移动端APP子系统、WEB后台管理端子系统、后台任务处理程序子系统等三个子系统构成。移动端APP子系统安装在具有4G网络的移动手机上，WEB后台管理端子系统以及后台任务处理程序系统部署在高速公路管理公司内网，通过三层交换机将服务器端口衍射到外网，为移动端APP子系统提供访问通道。系统网络拓扑结构如图3所示。

2.2 系统功能设计

2.2.1 移动端APP子系统功能设计

通过移动端APP子系统，主要实现巡查任务查询浏览、设备巡检采集上报、设备的报修维修和设备及隧道信息的查询浏览等。

（1）隧道信息查询浏览：包括隧道信息查询、详情浏览、隧道二维码标签打印、隧道二维码扫描查询。隧道信息详情浏览功能可以查看包括隧道基础资料信息、隧道档案资料（包括设计施工图、设计图纸、检查报告）、隧道设备、隧道建设及维修记录等隧道相关的详细信息。通过系统隧道二维码打印功能，连接蓝牙打印机可以实现隧道二维码标签的打印输出。

（2）设备查询管理：包括设备添加、修改、查询浏览、设备二维码标签打印、设备二维码扫描查询以及设备历史巡查记录、历史报修维修记录查询浏览等。通过设备二维码打印功能，可以直接连接蓝牙打印机，随时随地生成设备二维码标签并粘贴到设备上。通过二维码扫描查询能够更快捷地获取包括基础资料、维修记录、巡检情况记录、运行情况等详细的设备信息。

（3）巡查任务查询浏览：包括日常巡查、经常性检查、定期巡查等巡查任务的查询浏览。通过巡查任务详情浏览功能，可以查看整个巡查任务的巡查进度，以及任务分类下设备巡检的完成情况，巡检上报内容。

（4）巡查任务巡检上报：设备巡检数据的采集上报，包括巡检图片、GPS坐标、设备运行状态、故障评定等。

（5）设备故障上报管理：包括故障信息采集上报、故障上报记录查询浏览、故障修复过程跟踪以及故障修复确认。

（6）设备维修管理：包括对设备故障上报的审核、故障勘察上报、勘察信息审批、维修上报、维修上报审批。

（7）清洁维护记录采集管理：包括隧道清洁维护记录采集上报、查询浏览。

（8）执勤轨迹：通过电子地图，实现用户执勤轨迹的查询浏览。

（9）离线数据下载：对于长度过长的隧道，隧道内部某些区域可能没有移动信号，为了便于隧道设备信息的查询，需要将隧道设备信息下载到移动端。

（10）系统消息：系统消息查询、浏览。

2.2.2 WEB后台管理端子系统功能设计

WEB后台管理端子系统，主要实现巡查任务的发布管理、巡查任务巡查记录查询浏览、设备及隧道信息查询管理、设备报修维修记录查询管理以及各种数据的统计分析、报表查询打印。

（1）巡查任务发布管理：包括各种巡查任务的发布、编辑、查询浏览。

（2）定期执行计划管理：定期执行计划的添加、修改、执行、停止。通过该功能实现巡查任务的定时自动发布。

（3）设备查询管理：包括设备添加、修改、查询浏览，设备历史巡查记录、历史报修维修记录查询浏览。

（4）隧道查询管理：包括隧道信息添加、修改、查询浏览，隧道历史维修记录查询管理。

（5）设备报修维修记录查询浏览：包括设备故障上报记录、故障上报的审核记录、故障勘察上报记录、勘察信息审批记录、维修上报记录、维修上报审批记录等信息记录的查询浏览。

（6）清洁维护记录查询管理：包括清洁维护记录的添加、修改、删除以及查询浏览。

（7）数据统计分析：对APP端采集的各种数据进行统计分析，生成管养规范要求的各种巡查报表、统计报表，并对设备运行状态的数据进行统计分析，以图表形式进行展示。

（8）系统管理：系统基础管理模块，包括用户管理、部门管理、公司管理、岗位管理、权限角色管理以及用户权限配置、系统数据字典以及系统操作日志的查询浏览。

2.2.3 后台任务处理程序子系统功能设计

后台任务处理程序子系统，主要执行一些后台任务，包括调用第三方短信接口实现短信的推送，计划巡查任务的循环处理等。

2.3 关键技术及实现方法

（1）在WEB后台管理端的子系统端，为保证系统在安全性、易扩展性、易维护性等方面的要求，我们采用了基于.Net平台三层应用系统结构。系统架构于B/S三层应用体系结构上，并采用ASP.NET、Ajax、JQuery等编程技术与面向对象程序设计技术，将复杂的业务处理规则、流程控制和数据存取设计成不同的程序逻辑层，部署在应用服务器层上实现对数据库的存取访问，以充分保证数据库系统的安全可靠访问。

（2）为保证业务处理的流畅性，我们采用基于Android系统的原生开发方式进行移动端APP子系统的开发。由于隧道内部可能出现无移动信号，系统无法直接连接远程服务器获取数据，因此我们在移动端APP子系统中，采用sqlite数据库进行离线数据的保存与处理，在有移动网络信号的情况下，通过开启一个系统后台线程，自动同步上传本地采集的数据至远程服务器。

（3）为提高设备巡查任务工作效率，对于一些固定执行规律的巡查任务，可以采用系统自动创建任务的方式实现巡查任务的智能自动化发布。我们通过Quartz.NET定时任务框架来实现这类有规律的常规巡查任务的自动化发布。Quartz.NET是一个开源的功能齐全的作业调度系统框架，它具有数据库支持、集群、插件、支持cron-like表达式等多种特性，提供了巨大的灵活性而不牺牲简单性，可以用它来执行一个作业而创建简单的或复杂的调度。

（4）在移动端APP子系统中，借助便携式蓝牙打印机提供的Android原生开发接口，我们集成了二维码打印功能。该功能能够通过蓝牙连接便携式蓝牙打印机，实现设备二维码标签随时随地打印。二维码粘贴在设备上，通过系统的二维码扫描识别功能，能够快速查询浏览设备或隧道的各种资料信息。

3 主要应用成果

目前该系统成果已在部分高速公路隧道较多的路段推广应用，通过一段时间的应用，总体上解决了目前高速公路隧道管养工作中不足的问题，提高了高速公路隧道设备管养工作效率以及管养水平，实现了隧道机电系统科学的信息化管养。主要应用成果如下：

（1）建立了完善的设备及隧道基本信息库和隧道设备二维码信息数据。通过移动端二维码扫描查询浏览功能，可以迅速掌握隧道或设备的基础信息、巡检情况和运行状态。

（2）巡查计划可灵活配置，支持每日、多日、每周或每月等灵活配置的方式，实现巡查任务的智能自动化创建发布，起到了减轻了养护人员工作量，提高养护工作智能信息化水平的作用。

（3）系统签入短信推送，配合系统消息，实现巡查任务发布、设备报修维修过程等各种系统提醒消息推送，让工作人员可以及时接收信息，及时出勤，提升工作效率。

（4）手机移动端实现巡查任务查询浏览功能，可以随时随地跟踪巡查任务的巡检完成情况。移动端巡查记录采集上报、GPS位置实时上报以及后台巡查数据报表自动统计生成，解决了目前存在的人工纸质记录方式落后，巡查过程难追踪，报表统计工作量大、易出错、效率低等问题。

（5）实现设备报修维修的信息化管理。记录从设备故障上报、勘察、审批、运维人员指派、维修、修复确认等运维过程中的每一个节点信息，做到运维工作留痕、运维过程可跟踪，实现了设备运维全程数据链的可追溯。

4 结语

本系统是一套结合现代优秀信息技術的隧道机电设备智慧化的电子信息管理系统。系统基于我国《公路隧道养护技术规范-JTG_H12-2015》制定的原则和标准，按照规范要求，结合目前高速公路隧道管养工作实际需求进行开发设计，同时采用二维码扫描识别、GPS定位等多种技术。本系统的开发推广应用，解决了现有高速公路隧道设备养护遇到的诸多问题，对于减轻隧道管养工作量，提高隧道管养工作效率起到了非常重要的作用。同时，系统的实际应用也极大地提高了高速公路隧道设备的信息化管养水平，使管养过程更高效，管理决策更科学。

参考文献：

[1]周 杨，于 洋，方煜堃.高速公路隧道机电系统的维护管理问题及处理措施探讨[J].科技与创新，2015（16）：49.

[2]李 冰.浅谈高速公路隧道机电系统的维护管理及处治对策[J].公路交通科技（应用技术版），2013，9（3）：278-279.