道路塌陷信息综合管理平台设计

施兴华，李显超

（1.中国电子科技集团公司第二十二研究所，山东 青岛 266107；2.西安交通大学，陕西 西安 710049）

0 引 言

随着国民经济的快速发展，我国公路事业得到长足的发展，各种等级的公路网络不断加密，根据交通部的统计公报显示，到2021年末，我国公路总里程达到519万千米。但是大部分的公路还没达到设计年限就需要大修，并普遍发生了早期病害。如何快速高效的查明病害产生的原因和病害的大小是公路日常养护检测的最重要任务。

同时由于城市人类活动的加剧，塌陷、沉降事故频发，对人民出行和生命财产安全构成了极大的威胁。如何在不损坏路面结构和不影响车辆正常行驶速度的前提下，快速准确获取路面及路下信息，及时发现道路下方的病害并做出预警，掌握公路的质量状况显得尤为重要。目前最常用的道路塌陷无损检测手段为探地雷达设备。以车辆为平台，以探地雷达为核心，融合高清摄像系统，辅以GPS和里程定位技术，对道路表面及内部缺陷进行探测。具有高速采集、精准定位、多通道、全断面检测等优点 。

通过车载检测系统采集的数据主要有：多个通道的雷达数据、路表面的照片、路两边的视频图像、GPS信息、桩号信息。道路塌陷信息管理平台将上述多种数据进行融合显示，综合利用无损检测、GIS、大数据平台及人工智能等新一代信息技术，掌握城市道路的健康状态，监控地表、地下、管线病害体的发生发育过程。形成对城市道路病害体进行多源、多尺度、多时段“四维一体”的“CT”扫描、病害智能诊断分析、智能监测预警为一体的综合系统。

1 系统设计

平台总体上将遵循“专业理论—关键技术解决—程序实现—应用检验”的思路，对构建道路塌陷信息综合管理平台的基本条件、关键技术问题的逐一解决，综合运用多种技术等研发一套基于网络环境条件下的集道路塌陷信息展示、信息查询、智能分析、预警为一体的智能综合监测预警平台。

（1）实现道路塌陷监测预警的目标。对危害等级高的病害直接报警，危害等级较低的病害纳入监测范围。利用多次检测结果比对，对病害发展趋势进行评估，对发展较快的病害进行报警。对危害等级高，发展快的病害位置安排人工复测，并根据病害类型上报不同部门，合理规划城市道路养护，防范重大塌陷灾害的发生。

（2）实现道路塌陷信息的综合展示。通过人工巡检、自动监测等方式整合道路塌陷数据，并进行智能诊断得到分析结果，将数据结果借助成熟的GIS技术以文字、图表、视频、图像的方式综合展现在桌面上。提供道路塌陷的动态和实时监测情况，为危险区域划分、危险等级划分、防治对策选择提供依据。

2 系统架构

系统总体架构可分为：感知层，数据中心层，综合应用系统层。系统通过感知层采集各类塌陷灾害信息，构建统一的塌陷灾害数据中心；基于数据中心层提供的统一数据模型和数据服务，构建塌陷灾害综合应用系统。利用综合应用系统为塌陷灾害的防治提供各种服务。具体架构如图1所示。

图1 总体架构图

2.1 感知层

主要完成原始数据的采集，通过从不同的人工检测设备中提取数据源，如阵列探地雷达的数据、手持式探地雷达的数据（检测地下情况），摄像头、照相机的数据（检测地表情况），管网机器人的数据（检测管网情况）、GPS的数据以及基本的地形图数据、道路名称位置数据等一系列的原始数据；通过自动监测设备实时采集地面沉降信息；感知层是整个平台的基础。各个设备采集的数据通过移动网络上传到数据中心层。

2.2 数据中心层

数据中心层整合道路属性数据、实时沉降数据、雷达检测数据、视频录像数据、高清照相数据、基础设施数据、管线数据，通过磁盘管理、分布式存储等数据存储技术，把结构化数据、非结构化数据进行有效组织，形成一个原始数据的数据库。数据中心层有一个重要的功能就是数据的智能分析处理，从原始数据库中读取原始文件，将不同的设备采集的数据利用不同的处理方法，得到病害的特征属性列表，最终形成专门存放所有病害信息的病害数据库，作为综合应用层的主要数据来源。

2.3 综合应用系统层

根据数据中心层中处理后的病害数据库和应用支撑层中获得的其他信息来形成对塌陷隐患的综合判断，为用户提供事前科学定期监测预警、事中有效处置、事后有效服务的动态管理机制。

事前科学定期监测预警：通过“监测预警”来完成对所得到的病害数据和其他信息综合分析，发现可能存在的塌陷隐患、空洞、以及存在管道淤积、破损等易发生塌陷的位置信息。并在“塌陷一张图”上展示。

事中有效处置：当发生塌陷灾害时，利用“应急指挥和信息发布”和“综合管理”根据塌陷发生的位置、大小，进行责任判别，并对塌陷整治给出意见。

事后有效服务：定期对已发生塌陷点进行复查检测，防止再次发生塌陷灾害。发布定期检测任务。

3 系统功能模块

道路塌陷信息综合管理平台主要分为系统信息管理、基本信息管理、业务信息管理、地图信息管理、统计报表等几大功能模块，如图2所示。

图2 系统功能结构图

3.1 系统信息管理

3.1.1 用户管理

对于登录用户进行管理，对用户的密码进行加密处理，可对用户信息进行增加、删除、修改、查询、停用、启用及重新设置角色等的操作。

3.1.2 角色管理

将权限资源按照角色统一进行功能权限的管理，采用RBAC的权限管理方式，节省了同种类型用户重复分配权限和权限修改时所产生的大量工作。

3.1.3 分组管理

可按照访问系统的部门等级及组织架构进行分级处理，通过分组可更好的进行扩展的实现，为以后形成系统平台打下基础。

3.1.4 数据备份

可分别进行各个不同多媒体文件、原始资料文件、数据库文件的备份问题。在设计时可根据数据量进行数据结构存储的分区化，在以时间为前提分区形式下可使历史数据达到合理的备份存档的目的。对于病害等特殊信息更可以进行特殊保护处理，保证系统分析的合理性。

3.1.5 数据导入

按照分区进行数据的快速导入，数据采用附加的方式放入到指定的分区内容中。

3.1.6 文件管理

可对现有存在于服务器上的文件进行完整的展示，可通过创建时间等信息进行排序、分类汇总，及时发现遗漏的文件信息。

3.2 基本信息管理

3.2.1 车辆信息管理

公路检测车辆信息的管理维护，包括增、删、改、查操作。车牌号、车型、配套设备、驾驶员、联系方式等基本信息。对于对应的设备可通过存储设备标示等信息可扩展的查找到信息来源。

3.2.2 病害信息管理

可以记录病害的基本类型、分类名称、病害等级等信息，作为基本分类信息的依据。

3.2.3 公路路线管理

可对公路路线进行存储，存储公路路线的长度、路线线段、关键信息点、所在区域、公路等级、车流量等级等信息，可更好地辅助分析病害发生原因及发展情况预期。

3.3 业务信息管理

3.3.1 检测工程管理

检测工程管理可建立检测工程基本档案，包含工程名称、覆盖范围、计划执行时间等信息进行建档，以档案为基础包括对检测计划、检测执行情况、检测结果的导入进行管理，根据公路路线信息作为基础信息进行综合的统计分析。最终可分析检测工程的执行率信息。

3.3.2 检测计划管理

根据检测工程的计划执行时间对检测任务进行细分，精确到天，通过路线设定、检测内容设定等信息制定资源信息调配计划。

3.3.3 检测执行管理

通过对检测计划的执行情况可选择从检测计划进行导入，形成完整的工作流，对于执行信息进行详细记录，通过对车辆、执行人等信息记录可形成人员绩效考核统计。

在实际执行完成后可将最终的采集信息进行导入处理，根据执行情况生成具体的信息分类存储数据库，方便在分析中进行调用。检测信息的保存需按照实际的数据量的产生情况进行分类入库，并进行合理优化，提高执行效率，提升用户体验。导入到的数据结构按照时间的顺序建立索引，并对应路线信息进行存储，形成时间、路线双关联。

3.3.4 检测结果分析

在检测执行完成并导入完成后，可对具体的检测结果进行结合电子地图的统计分析工作。

（1）工程综合分析，可对信息按照工程集合进行聚类分析，将以工程为单位的所有的检测结果进行汇总，在地图上展现每个执行结果的基本信息，可根据在工程中的路线分别进行绘制，并根据采集到的病害类型形成不同的图层，一次性在地图上展现所有的工程病害信息。在点击具体病害信息点时可将检测行驶图片（正面、侧面）、检测视频、雷达检测数据、路面高清图像、GPS信息等可选择的进行播放与展示。通过不同的颜色标记道路的不同厚度信息形成图层进行展示。

（2）路线综合分析，可按照检测的路线进行检测信息的展示，通过列表的方式将此路线中的所有病害信息进行分析，方便准确的定位到病害点。

（3）病害发生发展过程分析，可结合历史病害信息，在病害信息点调取所有的病害历史记录信息形成以时间为主轴的灾害情况列表，并结合病害路段的厚度信息进行分析。

（4）历史路线分析，可对历史检测过的路线进行回放功能，可选展示多个地图界面（不超过6个），形成对于现路线情况和历史路线情况的信息比对。展示以时间为基准的路线列表，可设置历史路线的颜色。

（5）路线、关键点自定义，可根据病害类型、路面厚度等信息设定不同的展现颜色，并在地图旁边加以列表性注释，使信息展示更加直观。

（6）病害点、病害路线收藏，可将所关注的信息进行收藏夹式的收藏功能，在对比查询的时候可直接调取收藏夹中的相关信息即可完成对于信息的快捷调取。

3.4 地图信息管理

包括地图的添加和关闭，地图的基本操作（放大、缩小、漫游、居中、测距、选中、描点、划线、鹰眼等基本操作），地图显示图标、线型和文字的配置等。可以多种方式查询数据（行政区域、经纬度、道路名）。可以在GIS平台上显示数据的空间分布情况。并可对于结构层破碎、断裂、含水、沉降等多种灾害分类信息自定义显示图标。对于路线的颜色可进行实时的设置。

3.5 统计报表

统计报表可从病害统计报表、病害发生发展过程报表、人员绩效报表、计划执行率报表等角度进行综合的统计分析，结合饼状图、柱状图的方式进行综合展示。

病害统计报表可通过历史路段病害信息进行叠加对比处理，形成完整的分析情况的饼状图，结合地形信息为道路保养决策提供依据。

病害发生发展过程报表可通过历史点病害发生发展情况结合道路地形情况及流量负载等因素分析病害处理等级。

4 结 论

针对城市道路地陷隐患探测的复杂性，信息量大，为满足城市塌陷探测预警的需求。通过专业数据库平台及智能分析处理，对道路病害的位置、深度、类型等情况进行风险分级，综合病害的多种影响因素，从技术手段上改进了塌陷预警和检测。

在综合运用数据库管理技术、地理信息技术、三维切片技术等现代信息技术手段的基础上，以有关规范标准为指导，从时间轴、空间域的病害数据进行有机开发和集成管理，构建了一个与塌陷有关的较全面的道路塌陷信息综合管理平台，实现塌陷信息的监控和及时预警，为管理部门定期开展对隐患点的排查处理、制定科学合理的养护维修计划提供了直观准确的依据。