可視化GIS技術(shù)在運維系統(tǒng)中的應(yīng)用

       在目前高速公路信息化領(lǐng)域中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已達(dá)到一定的成熟度，但是隨著高速公路路網(wǎng)信息化的不斷發(fā)展以及規(guī)模的不斷擴(kuò)大，隨之而來的業(yè)務(wù)復(fù)雜度不斷提升，系統(tǒng)的風(fēng)險也越來越集中，給交通信息化領(lǐng)域中的運維管理能力帶來了極大的考驗。結(jié)合現(xiàn)狀，引用GIS技術(shù)的應(yīng)用來加強運維系統(tǒng)管理能力是一種解決手段，GIS的應(yīng)用讓運維系統(tǒng)結(jié)合ITS地理區(qū)域分布的特點，將基于動態(tài)分層地圖信息匯聚層專有技術(shù)與系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行了有機(jī)融合，展現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施的靜態(tài)、動態(tài)信息及路網(wǎng)運行動態(tài)區(qū)域分布信息。
       一、運維系統(tǒng)簡介
       運行維護(hù)系統(tǒng)（以下簡稱運維系統(tǒng)），是以高速公路智能設(shè)施維護(hù)管理的科學(xué)化、信息化為目標(biāo)，以計算機(jī)系統(tǒng)為平臺，以地理信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息管理技術(shù)為支撐，在設(shè)備管理的制度化、規(guī)范化的基礎(chǔ)上，提供支持機(jī)電系統(tǒng)正常運行的設(shè)備信息管理工具。
       運行維護(hù)系統(tǒng)是對軟、硬件設(shè)施以及外場設(shè)施的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、記錄、告警展示的系統(tǒng)。通過對內(nèi)外場設(shè)施的實時監(jiān)控，可以快速發(fā)現(xiàn)智能化設(shè)備運行過程中存在的問題，為聯(lián)網(wǎng)中心各系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和高效運行提供保障，同時為聯(lián)網(wǎng)中心運維管理工作提供全方位、可靠、高效的管理操作手段，實現(xiàn)管理工作的信息化、規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化管理，全面提升運行維護(hù)的工作效率與管理水平。
       二、GIS介紹
       地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)是近些年迅速發(fā)展起來的一門空間信息分析技術(shù)，在資源與環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域中，它發(fā)揮著技術(shù)先導(dǎo)的作用。GIS技術(shù)不僅可以有效地管理具有空間屬性的各種資源環(huán)境信息，還可以對資源環(huán)境管理和實踐模式進(jìn)行快速和重復(fù)的分析測試，便于制定決策，進(jìn)行科學(xué)和政策的標(biāo)準(zhǔn)評價，而且可以有效地對多時期的資源環(huán)境狀況及生產(chǎn)活動變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和分析比較，也可將數(shù)據(jù)收集、空間分析和決策過程綜合為一個共同的信息流，明顯地提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，為解決資源環(huán)境問題及保障可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。
       GIS在高速公路信息化系統(tǒng)中的應(yīng)用可以實現(xiàn)高速公路交通信息、基礎(chǔ)設(shè)施、氣象信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的實時展示、檢索，并為路段以及省中心其他系統(tǒng)提供GIS展示方面的服務(wù)。
       利用GIS技術(shù)提供可視化操作平臺，將基礎(chǔ)資源信息、事件動態(tài)信息、業(yè)務(wù)協(xié)同信息集中展示，梳理事件處置流程，實現(xiàn)路網(wǎng)與路段之間的協(xié)作。利用自動檢測手段，減輕調(diào)度人員工作強度，減少人工漏判、誤判情況，保障數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定、高效、健康運行，提升對路況綜合信息的動態(tài)感知、快速響應(yīng)和實時發(fā)布能力，及時掌握外場設(shè)施、設(shè)備運行狀況。
       （一）GIS硬件架構(gòu)
       由于內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)在數(shù)據(jù)與應(yīng)用安全上有不同的要求，所以從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器到應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)應(yīng)分別硬件隔離。
       1、內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用方面
       對于聯(lián)網(wǎng)中心與路中心的包括監(jiān)控調(diào)度、運維系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等內(nèi)部系統(tǒng)，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)中心GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、各系統(tǒng)屬性與實時歷史數(shù)據(jù)庫提供，功能服務(wù)由GIS服務(wù)平臺的出圖渲染服務(wù)器與査詢分析服務(wù)器發(fā)布，其中2臺服務(wù)器做硬件負(fù)載均衡與軟件負(fù)載均衡，均為IBM x3850 X5服務(wù)器。
       2、外網(wǎng)應(yīng)用方面
       對于公眾服務(wù)平臺www.96777.com應(yīng)用與手機(jī)應(yīng)用等外網(wǎng)服務(wù)，基于安全性考慮在服務(wù)平臺之上由防火墻進(jìn)行隔離。數(shù)據(jù)由兩臺外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提供，數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫通過核心交換機(jī)對其進(jìn)行定期數(shù)據(jù)推送。功能服務(wù)由GIS服務(wù)平臺的出圖渲染服務(wù)器與査詢分析服務(wù)器發(fā)布，服務(wù)器做硬件負(fù)載均衡與軟件負(fù)載均衡，均為IBM x3850 X5服務(wù)器。
       3、與各單位數(shù)據(jù)共享
       交通廳信息中心遙感服務(wù)在數(shù)據(jù)中心的前置機(jī)中發(fā)布服務(wù)供內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用調(diào)用，高速公路各路公司通過數(shù)據(jù)中心的文件共享服務(wù)器以及GIS服務(wù)平臺中的出圖渲染應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布共享。
       具體GIS硬件架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。
       
       （二）GIS軟件架構(gòu)
       G1S矢量數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)中心的GIS空間數(shù)據(jù)庫中存儲，關(guān)聯(lián)了資源屬性庫與實時歷史庫后供GIS服務(wù)平臺調(diào)用。GIS服務(wù)平臺在應(yīng)用服務(wù)器時按功能應(yīng)用封裝了常用的GIS功能接口，供不同應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)調(diào)用使用。GIS服務(wù)平臺為內(nèi)外網(wǎng)各系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用服務(wù)，并為相關(guān)單位提供數(shù)據(jù)服務(wù)共享：相關(guān)單位可通過調(diào)用此OGC標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)地址來構(gòu)建其特定的專業(yè)應(yīng)用子系統(tǒng)。
       1、性能優(yōu)化
       考慮到需滿足GIS并發(fā)數(shù)，尤其是外網(wǎng)應(yīng)用，經(jīng)調(diào)研最少需要達(dá)到100個瞬時GIS并發(fā)才能滿足需求，因此在內(nèi)網(wǎng)或外網(wǎng)中，需要各配兩套iServer高級版平臺軟件，通過集群技術(shù)提高GIS并發(fā)。
       2、接口封裝
       將底層接口按實際功能與業(yè)務(wù)需求封裝成常用的開發(fā)接口，包括基本操作接口、實時渲染接口、査詢操作接口和空間分析接口等，以方便各應(yīng)用調(diào)用開發(fā)與軟件維護(hù)。
       3、數(shù)據(jù)服務(wù)共享發(fā)布
       GIS服務(wù)平臺為內(nèi)外網(wǎng)各系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用服務(wù)，并為相關(guān)單位提供數(shù)據(jù)服務(wù)共享。
       具體GIS軟件架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。
       
       三、GIS技術(shù)在運維系統(tǒng)中應(yīng)用
       以運維系統(tǒng)為例，配以GIS平臺為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，保障了運維內(nèi)場中機(jī)房設(shè)施相關(guān)數(shù)據(jù)采集的安全性及準(zhǔn)確性，實現(xiàn)了對服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)及安全設(shè)備等的基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控支持，并且及時掌握了外場設(shè)施、設(shè)備運行狀況。
       （一）數(shù)據(jù)保障
       利用GIS自身空間數(shù)據(jù)分析以及矢量數(shù)據(jù)分析等特點，采集、貯存、管理、分析外場設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)。利用外場設(shè)備保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，為內(nèi)場運維系統(tǒng)及其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)質(zhì)量上的保障。
       這些數(shù)據(jù)質(zhì)量可以通過數(shù)據(jù)建模方式得到保障，因為GIS能夠描述地表和大氣等的二維三維特征。
       例如，GIS能夠?qū)⒎从硽庀笮畔⒅薪涤炅康挠炅烤�迅速制圖。
       這樣的圖稱為雨量線圖。通過有限數(shù)量的點的量測可以估計出整個地表的特征，這樣的方法已經(jīng)很成熟。一張二維雨量線圖可以和G1S中相同區(qū)域的其他圖層進(jìn)行疊加分析。
       （二）設(shè)備展示的特性
       利用GIS地圖實現(xiàn)對外場設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)GIS實時展示，通過GIS地圖的方式，展示設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過圖層控制工具，可以査看不同類型設(shè)備的點位和詳細(xì)信息。這樣的方式給用戶帶來的操作的直觀性、管理的實時性、控制的便捷性、信息的綜合性、分析的智能性、業(yè)務(wù)的聯(lián)動性都是無可比擬的。
       1、操作的直觀性
       用戶可以在地圖上直接對外場設(shè)備（如攝像機(jī)、情報板、交調(diào)設(shè)備等）進(jìn)行快速定位和査詢，這些外場設(shè)備的整體和局域分布狀況均可以精準(zhǔn)定位，用戶可以通過過濾條件選擇所想査看范圍內(nèi)外場設(shè)備的信息。GIS地圖為用戶提供了可視化的査詢方式，如點選、面選（一定范圍選擇）、線性選擇（一條線上選擇）、多邊形選擇（多條不規(guī)則線選擇）等多重空間査詢條件，處于選中狀態(tài)的設(shè)備屬性信息，以攝像機(jī)為例，視頻的點的編號、型號、維護(hù)單位信息、樁號位置、所屬路公司等信息，便可在地圖上顯示出來。同時，GIS地圖還支持?jǐn)z像機(jī)圖屬互動?xùn)嗽儯�用戶不僅可以通過點擊地圖上的攝像機(jī)，査看其詳細(xì)信息，同樣也可以通過輸入攝像機(jī)編號，査詢出該攝像機(jī)的信息，從而實現(xiàn)底圖數(shù)據(jù)和文字信息的互査功能。
       2、管理的實時往
       GIS地圖的直觀性為用戶營造了一個圖文并茂、簡單便捷的使用環(huán)境，它對運維系統(tǒng)外場設(shè)備管理實時性的增強，也起了非常大的作用。比如攝像機(jī)，它可以提供24小時全天候以及全方位的圖像監(jiān)視功能，用戶可以在地圖上直接選定某個攝像機(jī)，調(diào)取監(jiān)測點的實時圖像，并可切換至運維系統(tǒng)界面、指揮中心上大屏幕顯示，為用戶提供最直觀的信息。同時還支持視頻圖像導(dǎo)航功能，在調(diào)出的視頻窗口點擊播放某一實時視頻時，該攝像機(jī)會在GIS地圖上高亮閃爍以及居中顯示，并能査看該攝像機(jī)的詳細(xì)信息，也就是說，可以提供實時圖像與地理數(shù)據(jù)的互査服務(wù)。
       用戶還可以通過運維系統(tǒng)中GIS地圖接收每個攝像機(jī)的地理位置信息，并在地圖中輪巡播放指定的攝像機(jī)，幫助用戶實時掌握攝像機(jī)的監(jiān)控路徑，并且可以根據(jù)需要及時調(diào)整輪巡的時序和方式。
       3、展示的動態(tài)性
       GIS地圖支持用戶通過點擊某個外場設(shè)備，啟動該外場設(shè)備的檢索，在用戶設(shè)定地理位置和時間要求的情況下，系統(tǒng)能夠自動播放和展示符合要求的圖像及信息。通過這些信息可以實時了解路況信息，同時可以捕捉特定目標(biāo)，描繪出特定目標(biāo)的移動軌跡，如GPS信息査詢、交調(diào)流量信息等。
       GIS技術(shù)以地理空間信息為橋梁，實現(xiàn)外場設(shè)備信息的集成，增加對圖像及其他信息的發(fā)掘能力，同時為智能分析、預(yù)案處理分析、業(yè)務(wù)聯(lián)動提供技術(shù)支撐。
       4、信息的綜合性
       信息的綜合性是指通過一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，使GIS數(shù)據(jù)與設(shè)備或其他數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。用戶在GIS地圖上直接點擊、模糊査詢或列表選擇某個點位，可以迅速從運維系統(tǒng)所提供的功能菜單中調(diào)取各種所需信息，包括如下幾點。
       （1）實時監(jiān)控，供用戶査看現(xiàn)場情況。
       （2）設(shè)備所在的地理信息和周邊環(huán)境信息。
       （3）設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備質(zhì)量、設(shè)備的有效性。
       （4）設(shè)備周邊資源配置信息。這類信息的覆蓋范圍很廣，包括道路設(shè)施、水源布局、重點單位、所屬派出所、警用車輛、巡邏人員等，當(dāng)遇到緊急狀況時，可以在GIS地圖上調(diào)出周邊資源配置信息，緊急調(diào)度可用人力物力，減少反應(yīng)時間。
       （5）設(shè)備的故障警告信息。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，比如視頻打不開、信息中斷或設(shè)備損壞等，GIS地圖上該點位設(shè)備信息會出現(xiàn)紅色標(biāo)記不停閃爍，同時運維系統(tǒng)產(chǎn)生一條設(shè)備損壞信息通知用戶。用戶通過GIS地圖直接點擊該設(shè)備節(jié)點，會以彈出窗口的形式顯示該設(shè)備的用途、類型、操作系統(tǒng)、IP地址、當(dāng)前運行狀態(tài)、周邊維護(hù)單位等詳細(xì)信息，方便用戶準(zhǔn)確發(fā)出指令及時解除故障。
       （6）設(shè)備的維修情況和歷史記錄。用戶可以通過運維系統(tǒng)全面掌握所有設(shè)備的故障狀態(tài)，合理配備相應(yīng)資源跟進(jìn)維護(hù)。詳細(xì)的設(shè)備維修日志包括維修日期、維修人員、故障原因、解決方案等，與設(shè)備地理空間信息關(guān)聯(lián)顯示，為延長設(shè)備的使用壽命、提高故障處理能力、增強視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行的可持續(xù)性，儲備充分的信息資源。
       5、分析的智能性
       用戶可以直接通過運維系統(tǒng)中GIS地圖決速査看并統(tǒng)計內(nèi)外場設(shè)備的損壞情況。通過分析，對各種原因產(chǎn)生的問題形成的相應(yīng)可視化圖表進(jìn)行排名展示，如監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)、故障率、故障因素、修復(fù)率等運維數(shù)據(jù)和指標(biāo)，輔助管理和決策者對信息系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行全面把握，同時輔助管理者對信息系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備運行維護(hù)工作進(jìn)行績效分析、評價、考核。需包括如下幾點。
       （1）硬件智能化
       硬件部分包括外場設(shè)施設(shè)備和內(nèi)場機(jī)房設(shè)施設(shè)備，均可在運維系統(tǒng)中的GIS地圖界面上査看設(shè)備的運行狀態(tài)情況。一旦設(shè)備出現(xiàn)損壞或者機(jī)房溫度、濕度、UPS供電等出現(xiàn)異常，在系統(tǒng)的GIS地圖界面上，將自動在損壞的設(shè)施設(shè)備或所在服務(wù)器上進(jìn)行標(biāo)紅顯示，除在運維系統(tǒng)中自動生成一條報警信息以外，同時對損壞原因或設(shè)備損壞次數(shù)等信息形成可視化圖形進(jìn)行展示，及時讓用戶第一時間了解設(shè)備損壞情況及損壞原因等信息，方便用戶根據(jù)損壞原因找到修復(fù)的方式。
       （2）軟件智能化
       軟件部分包括對機(jī)房內(nèi)服務(wù)器中運行的內(nèi)部應(yīng)用系統(tǒng)、程序及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的運行監(jiān)控。比如監(jiān)控傳輸數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，服務(wù)器當(dāng)前TCP連接數(shù)、響應(yīng)速度是否正常等。出現(xiàn)異常情況時，GIS地圖界面中會出現(xiàn)紅色閃爍標(biāo)記并報警提示用戶，便于用戶快速發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題，確保系統(tǒng)軟件的正常運行。
       （3）移動端實時監(jiān)控管理
       為了讓用戶更便捷地査看運維系統(tǒng)中內(nèi)外場設(shè)施設(shè)備及系統(tǒng)運行狀態(tài)，針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的維護(hù)工作，結(jié)合PC端運維系統(tǒng)的功能應(yīng)用，完成了手機(jī)端“運維系統(tǒng)”APP。“運維系統(tǒng)”APP實現(xiàn)了移動端與PC端業(yè)務(wù)流的交互，用戶可以通過手機(jī)端“運維系統(tǒng)”APP中有關(guān)GIS地圖界面，第一時間査看內(nèi)外場設(shè)施設(shè)備的運作情況及系統(tǒng)運行狀態(tài)，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、手動重啟等操作，使用戶能對現(xiàn)場維護(hù)工作進(jìn)行實時反饋處理，提高工作效率。另外，根據(jù)“運維系統(tǒng)”的不同需要，將在未來逐步更新相應(yīng)的功能模塊，使移動端的功能更完善，操作更便捷。
       四、結(jié)束語
       GIS的應(yīng)用是運維系統(tǒng)的重要組成部分，在現(xiàn)有運維系統(tǒng)建設(shè)日趨完善的前提下，將GIS引入到高速公路中，成為當(dāng)前高速公路運維管理系統(tǒng)的必然趨勢。隨著高速公路內(nèi)外場硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)的建設(shè)以及移動通信技術(shù)的應(yīng)用，建設(shè)符合高速公路運維管理系統(tǒng)的基本條件已經(jīng)基本具備，將GIS技術(shù)作為一個信息平臺引入高速公路運維管理系統(tǒng)模式中，使之成為一個設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)與査詢支撐平臺，是構(gòu)建快速反應(yīng)、和諧高速公路的一個重要方面，也是未來高速公路運維系統(tǒng)模式的發(fā)展方向，是信息化高速公路建設(shè)的代表。
       作者：王世鯤 曹曉強 孫同心  單位：上海電科智能系統(tǒng)股份有限公司