前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的高速公路健康监测与运营管理系统探析，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：为实现高速公路的科学管理、养护、决策，将高速公路基础设施的结构健康检测数据、使用性能数据、交通视频监控数据等汇聚到一个云平台上，构建基于云平台的高速公路健康监测与运营管理系统。实现了交通基础设施数据的数据字典标准化、健康状况分析、养护决策应用及运行监视展示。系统能为高速公路基础设施运行安全提供保障，对于提高高速公路基础设施的健康监测以及高速公路运营管理具有意义。
关键词：高速公路；健康监测；运营管理；大数据；云平台
0引言
2016年末，全国公路总里程469.63万km，其中高速公路里程13.10万km，公路养护里程459.00万km，占公路总里程97.7%，全国公路桥梁80.53万座、4916.97万m，全国公路隧道为15181处、1403.97万m[1]。我国公路里程，公路桥梁、隧道规模达到了世界前列。然而，相比于我国的交通基础设施的建设增长速度，其管理、养护、决策以及信息化水平较低，各个系统相互孤立，信息孤岛严重。云计算、大数据等先进技术的出现，为解决这些问题提供了技术保障。云计算作为分布式计算的一种特殊形式，它引入效用模型来远程供给可扩展和可测量的资源[2]。交通运输信息化“十三五”发展规划[3]指出，交通运输信息化建设正处于从分散转向集约、从孤立封闭转向共享开放、从以政府推动为主转向政企合作推进的重要转型期，即将迈入全面联网、业务协同、智能应用的新阶段。要积极推动移动互联网、云计算、大数据等。将云技术运用到高速公路的健康监测与运营管理中，可提高资源共享。刘文峰[4]等应用现代传感、网络通讯、云计算等信息技术，结合现代结构健康监测技术，对安定高速公路结构群健康监测平台进行设计；张明月等[5]对高速公路联网机电系统运维管理体系进行了研究与探讨；余飞等[6]基于云计算的高速公路多源信息服务平台进行了研究。本文对基于云平台的高速公路健康监测与运营管理系统研究，构建了基于云平台的高速公路健康监测与运营管理系统，实现了高速公路基础设施数据的数据字典标准化、健康状况分析、养护决策应用及运行监视展示等功能。
1系统建立必要性及可行性
在高速公路、桥梁、隧道等交通基础设施养护、运营管理的各个环节中，不少高速公路运营管理单位虽然运用了一些数据采集设备，建立了一些管理系统，但养护管理精细化程度不高，公路管理信息化、智能化水平偏低，各系统、各环节相互独立，数据不能进行统一处理、应用，还无法满足科学运营、管理、维护的需要。建立统一的云平台，将交通设施、交通设备、结构健康、路面健康等交通静态数据以及速度、占有率、行车时间、拥堵状况、交通事件环境数据等交通动态数据汇聚到平台上，进行分析，为管理者提供辅助决策支持。技术发展趋势决定需要采用云平台方式进行基础环境集中建设。从集约化管理、移动互联的发展以及降本增效角度出发，云平台架构是信息系统架构演进的必然趋势。高速公路管理对象多、汇聚数据信息大、管理的灵活性要求高。管理的对象包括交通静态数据以及交通动态数据；所采集的数据包括养护数据、运行数据、财务数据、视频、图片、文字、关系记录等结构化、非结构化数据，数据量可达到TB级；管理部门涉及不同的管理单位及部门，服务资源需求高。为此，平台需要强大的处理能力、良好的兼容能力、优秀的安全性能以及灵活的管理能力。根据高速公路管理的实际需求，选择采用云平台方式进行基础环境集中建设，以便应对海量数据的大数据分析的需要。
2系统的构建
系统建立统一的计算资源平台，能够实现云计算管理服务的各个层次。同时，设置核心交换网络，可以支持内网以及Internet访问，支持与高速公路现有养护管理、运营维护等系统的通信。汇聚的数据包括系统业务涉及大量的信息，如运行实时检测记录、养护人工记录数据、文件资料、图片、录像等，数据种类繁多。系统预留了核心交换接口，可以扩展配置后同移动监测车载系统、各养护单元数据系统对接需求。
2.1云平台及网络系统架构
高速公路健康监测与运营管理系统借助云技术，依托先进产品建设领先的新型云平台，提供统一的云主机、云存储、核心数据库等资源池。为各类应用系统提供计算服务、存储服务、网络服务、数据处理、网络信息安全和系统管理等服务。针对系统的建设需求，云平台由计算资源池、存储资源池、网络资源池、核心数据库以及云资源管理平台几大组成部分。云平台及网络系统架构如图2所示。
2.2软件平台架构
系统软件架构分四层，从底层起依次为：数据层、数据交换层、系统逻辑层、应用层，如图3所示。数据层包括路桥隧等设施信息、养护信息、管理组织信息、健康监测信息，设备运行信息以及交通参数等信息。数据交换层将数据层的各类数据源整合起来，为系统的业务逻辑层提供统一的数据服务。系统逻辑层利用数据交换层提供的数据服务为系统应用功能提供所需的数据统计、数据查询、数据分析、消息响应、报表服务、日志服务等各种业务逻辑服务。应用层提供健康监测与运营管理中心，基于B/S的人机交互界面，系统结合GIS实现的地图浏览、公路实时监测、查询定位、专题图统计分析、空间量算监测报警等功能；同时，应用层为系统管理人员提供历史业务的统计分析功能辅助用户决策。整个系统平台采用统一的授权认证，并提供丰富的接口，支持多种协议，为以后系统的扩展和升级预留充分的空间。
2.3各子模块构建
2.3.1数据采集及汇聚
数据采集支持ADO、WebService接口方式。通过对数据情况的掌握，形成结构监控数据采集表、路面健康数据表、车流量数据表，作为数据采集规范。系统能够将路桥隧的各类信息汇集在一起，实现数据汇聚功能，数据汇聚是云平台的核心功能；同时，能够提供数据接入服务，可以同移动监测车载系统、各高速公路养护单位数据系统对接。数据汇聚的建设为了解决各数据供应端及外部系统的信息共享，实现各级系统之间的数据交换，并实现了平台信息系统和资源的整合与综合利用，避免信息化建设的重复投资。数据汇聚流程如图4所示。
2.3.2数据分类与存储
系统具有统一的计算资源平台，实现了云计算管理服务的各个层次。能够根据实际业务需求将不同类型信息分类存储，如空间地理信息、设备设施信息、运行信息、养护信息等。另外，由于系统涉及的数据种类相当繁多且庞大，为了统一存取与处理，需要建立标准，对数据进行标准、规范表示，并对建设过程中涉及到的数据信息提供编码标准及分类表示的方案，形成通用的数据字典，不仅保证项目顺利执行，还可以在更大的层面进行扩展。
2.3.3数据管理
系统能够针对数据接入、存储、、共享，提供数据管理服务，如：接入管理、存储管理、权限管理、时效管理等。以权限管理为例，云平台可以对整个平台各个业务系统中所有类型数据、应用业务、用户操作等一系列资源进行统一访问授权管理。通过权限对象、角色对象、用户组对象、用户对象及其关系管理可定义多种权限组合。权限控制到数据访问、文档、业务数据和其他资源等。
2.3.4综合展示
将高速公路已建的各种应用系统的软件、数据等重新部署至基于云平台的高速公路健康监测与运营管理系统上，完成各个子系统的综合展示，例如基于GIS平台进行静态数据、监测数据的综合展示功能。系统还能够提供各类数据的统计报表及数据的业务关联分析等。应用软件支持内网桌面系统操作，支持切换至大屏系统展示。展示控制系统一般选择基于分布式的大屏幕显示控制系统，分布式系统是纯数字化系统，具备更强的显示处理能力、以及更灵活的扩展能力。
3系统实现的主要功能
3.1数据接入管理
增删改查，增加采集点，增加采集接口；提供可视化页面，实现对接入对象和接入表的管理；可以添加接入点，可以对表进行维护；并可对接入的任务进行配置、调度。
3.2健康预警
结构健康分析软件移植，使得本平台具备对路桥隧的结构健康检测数据分析功能，通过该分析功能，可获得与专项系统一致的评估结论。从高速公路集中管理层面考虑，全面掌握下辖各路桥隧的健康状况，通过结构健康预警、路面健康预警、设备监控预警3个层面，全方位展示路桥隧各方面健康状况。在地图上，进行健康状况图层在路段的覆盖，用来直观展示路桥隧的健康状况。
3.3能耗分析
高速公路主要耗能设施包括隧道、收费站、营运管理中心、养护中心、服务区以及沿线设施等，对耗能设施中各时段、各种类能耗数据进行汇总分析，为运营成本估算提供决策参考，促进高速公路运营向节能、绿色发展。
3.4车流量分析
根据汇聚的高速公路出入口匝道以及路段检测器采集的流量信息，能够获取某时间段内的交通拥堵情况，帮助用户直观清晰了解当前高速公路交通通行情况。
3.5设备故障率分析
根据设备损坏信息，和设备基础信息，统计出设备损坏率，便于维护检测人员维护检测设备。页面提供查询条件，用户快速查找到需要查看的设备损坏率信息。
3.6GIS综合信息展示
通过GIS引擎搭建，综合展示所需地理信息，保证汇聚数据展示效果合并。基于百度地图API的标准化地图服务引擎，能够为平台首页、数据中心系统、健康预警系统提供统一的GIS地图数据服务，确保在信息共享方面的基础一致。
4结语
论文对基于云平台的高速公路健康监测与运营管理系统进行了研究，指出了系统建立的必要性及可行性，构建了云平台及网络系统、软件平台架构，对数据汇聚、数据分类与存储、数据管理以及综合展示子模块分别进行了研究，系统能够实现数据接入管理、健康预警、能耗分析、车流量分析、设备故障率分析以及GIS综合信息展示等功能。基于云平台的高速公路健康监测与运营管理系统能为高速公路基础设施运行安全提供保障，对于提高高速公路基础设施的健康监测以及高速公路运营管理具有意义。
参考文献：
[1]交通运输部.2016年交通运输行业发展统计公报[R].2017,04,17.
[2]交通运输部.交通运输信息化“十三五”发展规划[R].2016,04.
[3]刘文峰，孔禹，蒋丰军.安定高速公路结构群健康监测平台设计[J].公路隧道，2016(3):145-148.
[4]张明月，韩彬.高速公路联网机电系统运维管理体系研究与探讨[J].公路交通科技：应用技术版，2013(10).
[5]余飞，陈楚江，王丽园.基于云计算的高速公路多源信息服务平台研究[J].中国交通信息化，2015(9):75-77.
作者:沈明 单位:上海市城市建设设计研究(集团)有限公司