基于LBS施工管理系统在取消高速公路省界收费站工程中的应用

郭家宝， 张子镜， 黄 超， 谭 翀

(湖南省交通科学研究院有限公司, 湖南 长沙 410015)

0 引言

进一步深化收费公路制度改革，取消高速公路省界收费站，实现不停车快捷收费，是党中央、国务院决策部署的一项重大任务。在已通车高速公路上施工面临安全管理难度大、工期紧任务重、地域广泛，统一管理复杂等问题。李欣蔚等[1]设计了高速路施工车辆监测及道路管理系统，该系统可以对道路堵塞状况作出预判，实时规划施工车辆运行路线。张志得等[2]设计并实现了建筑施工智能化监测预警管理系统，通过对工期节点进行不同程度的预警，提高了企业作业效率和智能化管理水平。窦勇等[3]设计了DCM施工管理控制系统，提高了施工管理的自动化性能。万李烽[4]提出一种基于移动终端APP的高速公路机电工程智能监管系统，通过对机电工程的有效监管，提高机电工程施工管理效率。刘磊[5]设计了基于BIM的隧道施工可视化管理系统，利用BIM技术实现了隧道管理数据的融合，可以帮助企业更好地完成施工管理。任秋记等[6]利用BIM 技术实现了铁路隧道动态施工管理，实现进度和成本的实时监控。刘策[7]通过百度API接口进行电子地图开发，实现了基本的地图浏览、全景地图查看、景点查询和两地之间驾车最优路径的选择。夏军[8]结合百度地图API开发了快速制图系统，可以方便快速地制作出各类简单的行政区划图、卫星影像图和道路交通图等示意性地图。于思江[9]设计了基于LBS(位置服务)的Android校园服务APP客户端，为校园提供个性化服务。

综上所述，已有很多学者开发出了各类施工管理系统，通过API接口开发出了各种LBS系统，但是在通车路段主线上进行施工、管理的系统涉及较少，本文提出的基于LBS施工管理系统，可以实现跨地域实时在线远程管理，以提高已通车高速路段的施工管理效率和施工安全系数。

1 基于LBS的施工管理系统架构及采用技术

1.1 施工管理系统功能架构

基于LBS的施工管理系统架构由施工管理点、施工照片管理、现场交通流管理及其他模块组成。其中施工点管理模块、施工照片管理模块、现场交通流管理模块3部分运用了LBS服务，为本系统的特色模块。其他模块主要实现次级管理机构的划分，明确各个机构的职责，进行工期、材料、用户权限、派工单、现场、日志以及验收的管理。施工管理系统功能模块如图1所示。

图1 施工管理系统功能架构图

1.2 北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统是中国自主建设运行的全球卫星导航系统，为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。用户只需在手机上打开位置信息服务，就能轻松通过北斗系统获知自己当前位置的经纬度坐标、海拔高度、速度等信息。北斗系统适应野外施工条件，北斗覆盖区域均可使用；系统设备扩展性好，北斗卫星数据采集可以扩展应用提升时空精准度；系统设备能够重复利用，安装便捷；系统定位精度高，达到厘米级，能够满足桥梁、建筑物精确移动和高精度对准需求；系统设备实时性好，可以现场实时给出定位结果，无须对数据进行二次处理，满足快速施工需求。

1.3 高德地图API

高德地图 JS API 是一套基于JavaScript语言开发的地图应用编程接口，使用移动端、PC端一体化设计，一套API兼容众多系统平台。高德地图 JS API可在网站中构建功能丰富、交互性强的地图应用，支持PC端和移动端基于浏览器的地图应用开发，且支持HTML5特性的地图开发。另外，还能提供针对简单功能的移动端浏览器开发。

通过高德地图API可方便地获取某一地点的天气、地理编码、行政区域等信息，也可直接在高德地图底图上叠加文字、图像、标记信息，或是将属于同一子集的地理位置散点进行聚类，便于开发者使用。

2 系统功能实现

2.1 施工点管理

2.1.1施工点位置管理

施工点位置模块可记录多个施工地点的位置信息，在地图上清晰显示全省施工点位，如图2所示。

图2 施工点位及片区划分图

将底图按照地州市区域划分，同一个项目组的地州市使用同一底色，方便进行分级管理。管理人员可在宏观上管理施工点位，还可以利用北斗高精定位技术，实现现场的微观位置管理。

高速公路沿线机电设备安装位置通常用高速编号+桩号+上下行进行精确表示，公众常见的地图对地址描述通常采用经纬度+地址描述方式，不适用于高速公路场景。本系统提供了一套经纬度坐标到桩号的转换体系，如图3所示。

图3 坐标转换流程图

以长张高速某段为例，图4中G5513K289+000、G5513K290+000为公里桩号，G5513K289+720为施工人员当前定位位置，其桩号由经纬度坐标转换得到。根据设计文件，需在K289+950、K289+700处设置上下行龙门架。现场人员到达附近踏勘(G5513K289+720)，此时现场人员可调出手机地图，查看当前所在位置桩号，快速定位到门架设计地点。

图4 经纬度坐标-桩号转换示意图

在项目实际进行过程中，部分门架位置因各种原因需要变更移动，现场人员在选定新的门架设计安装地点后，可站在门架设计地点处，于手机上直接更换设计点位。所有操作可统一导出，便于更改图纸及相关文件。

2.1.2施工点进度管理

本模块与派工单模块、现场管理模块、日志管理模块在后台进行联动。施工前夜，项目部给出派工单，总结今日施工成果、今日施工点位和完成情况，并选择次日施工点位、工序、阶段、预期效果，以及投入人员、机械情况。派工单模块可自动生成标准格式的文档，推送给业主单位和主管部门，进度管理模块根据派工单自动更新每个施工点位当前进度情况。

根据施工管理的实际需要，将施工点位进度情况分为基础制作、吊装、机电设备安装、调试、试运行、正常运行6个阶段。点击对应图标，将弹出提示，标识当前点位进度情况，还可按施工点位导出进度报表。

2.1.3施工点状态管理

当施工点出现异常时，如施工点工期滞后、施工人员主动报告异常、主管单位下发通知，可将施工点设为异常状态，提醒管理人员特别留意。

2.2 施工点照片管理

出于统一管理和资料记录的需要，在施工过程中会产生大量的施工记录照片。目前施工照片主要由手机拍摄，拍摄后按文件夹整理照片会消耗大量时间，且部分照片没有明确特征。施工点照片管理为相片提供覆盖水印和电子水印，标识施工点特征，便于施工管理。

2.2.1照片水印管理

本模块与派工单管理模块、现场管理模块进行联动，打开相机后，根据派工单上的施工地点、施工内容，实时调取当前定位信息和时间，获取当地天气，在拍摄照片时自动生成水印，如图5所示。生成的覆盖水印方便人工识别整理，电子水印则利于机器识别，可作为现场施工记录依据。

图5 施工照片水印示意图

2.2.2地点聚类管理

图片存储额外属性信息后，可拓展出丰富的应用，如根据天气的阴晴信息，整理出每一施工点位当天的天气情况，作为雨天施工的结算依据；根据施工点位完工时上报的照片，统一整理，比对每一施工点位完工顺序，作为劳动竞赛评比的依据。

将施工地点附近的照片聚类，生成地图相册，方便查阅施工地点附近照片。聚类的方式为：以施工点为圆形画出半径为1 km的圆，图片拍摄时，系统将记录拍摄地的经纬度坐标，所有经纬度坐标落在同一施工点1 km圆内的照片将聚类到该施工点。

2.3 现场交通流管理

2.3.1施工安全组织

根据施工管理要求，每日施工班组做好施工准备、交通安全组织和安全防护后，班组领队需拍摄现场施工安全组织照片，作为施工安全防护和开工签到的依据。安全负责人实时审核照片，对未按安全要求进行的施工及时制止，对做好安全防护的施工及时放允，确保占道安全防护到位，减小安全风险。施工信息和照片同时推送业主、交警、路政及其他主管部门，共同保证施工安全有序进行。开始进行封道施工后，同步向高德地图、百度地图等地图服务商推送路段施工信息，使用地图的出行者可在到达本路段前收到提示。

2.3.2道路拥堵预警

本模块融合了高德地图的拥堵提示功能，即通过位置大数据，当检测到某一行车方向用户量大且行驶速度均缓慢时，会将该方向路段标记为红色，表示路段拥堵。当地图APP检测到施工点附近交通发生拥堵时自动发布预警，及时提醒现场施工人员，施工人员将立即做出响应，暂时解除施工封道，并协助交警部门指挥车流正常运行。车流疏解后，交通流恢复畅通状态，施工人员可重新进行占道施工。

3 结论

使用电子地图API，灵活实现了施工管理中的各种需求，解决了取消省界收费站项目点位多、施工单位管理难的问题。将施工点位及其附带属性直观地映射到地图上，使得机电施工管理更加直观；施工照片附着水印并根据拍摄地点进行聚类，施工资料整理更便捷；施工安全组织统一管理，上报到地图APP中，提醒过路车辆，施工过程更加安全。基于LBS的施工管理系统提升了施工管理效率，降低了人工和管理成本。本成果已在湖南省取消高速公路省界收费站工程中试点使用，今后还可根据工程特点进行功能定制，为项目管理者提供高效便捷的管理工具。