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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(lái)的業(yè)務(wù)復(fù)雜度不斷提升,系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越集中,給交通信息化領(lǐng)域中的運(yùn)維管理能力帶來(lái)了極大的考驗(yàn)。結(jié)合現(xiàn)狀,引用GIS技術(shù)的應(yīng)用來(lái)加強(qiáng)運(yùn)維系統(tǒng)管理能力是一種解決手段,GIS的應(yīng)用讓運(yùn)維系統(tǒng)結(jié)合ITS地理區(qū)域分布的特點(diǎn),將基于動(dòng)態(tài)分層地圖信息匯聚層專(zhuān)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(dòng)態(tài)信息及路網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)區(qū)域分布信息。
一、運(yùn)維系統(tǒng)簡(jiǎn)介
運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)運(yùn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)為平臺(tái),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(yùn)行的設(shè)備信息管理工具。
運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)是對(duì)軟、硬件設(shè)施以及外場(chǎng)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、記錄、告警展示的系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)內(nèi)外場(chǎng)設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控,可以快速發(fā)現(xiàn)智能化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題,為聯(lián)網(wǎng)中心各系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行提供保障,同時(shí)為聯(lián)網(wǎng)中心運(yùn)維管理工作提供全方位、可靠、高效的管理操作手段,實(shí)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(yùn)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(lái)的一門(mén)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(duì)資源環(huán)境管理和實(shí)踐模式進(jìn)行快速和重復(fù)的分析測(cè)試,便于制定決策,進(jìn)行科學(xué)和政策的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià),而且可以有效地對(duì)多時(shí)期的資源環(huán)境狀況及生產(chǎn)活動(dòng)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析比較,也可將數(shù)據(jù)收集、空間分析和決策過(guò)程綜合為一個(gè)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(wèn)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(shí)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(shí)時(shí)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(tái),將基礎(chǔ)資源信息、事件動(dòng)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(shí)現(xiàn)路網(wǎng)與路段之間的協(xié)作。利用自動(dòng)檢測(cè)手段,減輕調(diào)度人員工作強(qiáng)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(yùn)行,提升對(duì)路況綜合信息的動(dòng)態(tài)感知、快速響應(yīng)和實(shí)時(shí)發(fā)布能力,及時(shí)掌握外場(chǎng)設(shè)施、設(shè)備運(yùn)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(kù)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(duì)于聯(lián)網(wǎng)中心與路中心的包括監(jiān)控調(diào)度、運(yùn)維系統(tǒng)、收費(fèi)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(kù)服務(wù)器、各系統(tǒng)屬性與實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)提供,功能服務(wù)由GIS服務(wù)平臺(tái)的出圖渲染服務(wù)器與査詢(xún)分析服務(wù)器發(fā)布,其中2臺(tái)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(duì)于公眾服務(wù)平臺(tái)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(tái)之上由防火墻進(jìn)行隔離。數(shù)據(jù)由兩臺(tái)外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供,數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)核心交換機(jī)對(duì)其進(jìn)行定期數(shù)據(jù)推送。功能服務(wù)由GIS服務(wù)平臺(tái)的出圖渲染服務(wù)器與査詢(xún)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(guò)數(shù)據(jù)中心的文件共享服務(wù)器以及GIS服務(wù)平臺(tái)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(jì)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(kù)中存儲(chǔ),關(guān)聯(lián)了資源屬性庫(kù)與實(shí)時(shí)歷史庫(kù)后供GIS服務(wù)平臺(tái)調(diào)用。GIS服務(wù)平臺(tái)在應(yīng)用服務(wù)器時(shí)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(kāi)發(fā)調(diào)用使用。GIS服務(wù)平臺(tái)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(guò)調(diào)用此OGC標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)地址來(lái)構(gòu)建其特定的專(zhuān)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(gè)瞬時(shí)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(jí)版平臺(tái)軟件,通過(guò)集群技術(shù)提高GIS并發(fā)。
2、接口封裝
將底層接口按實(shí)際功能與業(yè)務(wù)需求封裝成常用的開(kāi)發(fā)接口,包括基本操作接口、實(shí)時(shí)渲染接口、査詢(xún)操作接口和空間分析接口等,以方便各應(yīng)用調(diào)用開(kāi)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(tái)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(jì)如圖2所示。
三、GIS技術(shù)在運(yùn)維系統(tǒng)中應(yīng)用
以運(yùn)維系統(tǒng)為例,配以GIS平臺(tái)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái),保障了運(yùn)維內(nèi)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)掌握了外場(chǎng)設(shè)施、設(shè)備運(yùn)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(diǎn),采集、貯存、管理、分析外場(chǎng)設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)。利用外場(chǎng)設(shè)備保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí),為內(nèi)場(chǎng)運(yùn)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(guò)數(shù)據(jù)建模方式得到保障,因?yàn)镚IS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(chēng)為雨量線圖。通過(guò)有限數(shù)量的點(diǎn)的量測(cè)可以估計(jì)出整個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)外場(chǎng)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)GIS實(shí)時(shí)展示,通過(guò)GIS地圖的方式,展示設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過(guò)圖層控制工具,可以査看不同類(lèi)型設(shè)備的點(diǎn)位和詳細(xì)信息。這樣的方式給用戶帶來(lái)的操作的直觀性、管理的實(shí)時(shí)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(dòng)性都是無(wú)可比擬的。
1、操作的直觀性
用戶可以在地圖上直接對(duì)外場(chǎng)設(shè)備(如攝像機(jī)、情報(bào)板、交調(diào)設(shè)備等)進(jìn)行快速定位和査詢(xún),這些外場(chǎng)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(guò)過(guò)濾條件選擇所想査看范圍內(nèi)外場(chǎng)設(shè)備的信息。GIS地圖為用戶提供了可視化的査詢(xún)方式,如點(diǎn)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(xún)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(diǎn)的編號(hào)、型號(hào)、維護(hù)單位信息、樁號(hào)位置、所屬路公司等信息,便可在地圖上顯示出來(lái)。同時(shí),GIS地圖還支持?jǐn)z像機(jī)圖屬互動(dòng)?xùn)嗽?xún),用戶不僅可以通過(guò)點(diǎn)擊地圖上的攝像機(jī),査看其詳細(xì)信息,同樣也可以通過(guò)輸入攝像機(jī)編號(hào),査詢(xún)出該攝像機(jī)的信息,從而實(shí)現(xiàn)底圖數(shù)據(jù)和文字信息的互査功能。
2、管理的實(shí)時(shí)往
GIS地圖的直觀性為用戶營(yíng)造了一個(gè)圖文并茂、簡(jiǎn)單便捷的使用環(huán)境,它對(duì)運(yùn)維系統(tǒng)外場(chǎng)設(shè)備管理實(shí)時(shí)性的增強(qiáng),也起了非常大的作用。比如攝像機(jī),它可以提供24小時(shí)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(gè)攝像機(jī),調(diào)取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)圖像,并可切換至運(yùn)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(shí)還支持視頻圖像導(dǎo)航功能,在調(diào)出的視頻窗口點(diǎn)擊播放某一實(shí)時(shí)視頻時(shí),該攝像機(jī)會(huì)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(shuō),可以提供實(shí)時(shí)圖像與地理數(shù)據(jù)的互査服務(wù)。
用戶還可以通過(guò)運(yùn)維系統(tǒng)中GIS地圖接收每個(gè)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(shí)時(shí)掌握攝像機(jī)的監(jiān)控路徑,并且可以根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整輪巡的時(shí)序和方式。
3、展示的動(dòng)態(tài)性
GIS地圖支持用戶通過(guò)點(diǎn)擊某個(gè)外場(chǎng)設(shè)備,啟動(dòng)該外場(chǎng)設(shè)備的檢索,在用戶設(shè)定地理位置和時(shí)間要求的情況下,系統(tǒng)能夠自動(dòng)播放和展示符合要求的圖像及信息。通過(guò)這些信息可以實(shí)時(shí)了解路況信息,同時(shí)可以捕捉特定目標(biāo),描繪出特定目標(biāo)的移動(dòng)軌跡,如GPS信息査詢(xún)、交調(diào)流量信息等。
GIS技術(shù)以地理空間信息為橋梁,實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)設(shè)備信息的集成,增加對(duì)圖像及其他信息的發(fā)掘能力,同時(shí)為智能分析、預(yù)案處理分析、業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)提供技術(shù)支撐。
4、信息的綜合性
信息的綜合性是指通過(guò)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(lái)。用戶在GIS地圖上直接點(diǎn)擊、模糊査詢(xún)或列表選擇某個(gè)點(diǎn)位,可以迅速?gòu)倪\(yùn)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(diǎn)。
(1)實(shí)時(shí)監(jiān)控,供用戶査看現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)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(lèi)信息的覆蓋范圍很廣,包括道路設(shè)施、水源布局、重點(diǎn)單位、所屬派出所、警用車(chē)輛、巡邏人員等,當(dāng)遇到緊急狀況時(shí),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(shí)間。
(5)設(shè)備的故障警告信息。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),比如視頻打不開(kāi)、信息中斷或設(shè)備損壞等,GIS地圖上該點(diǎn)位設(shè)備信息會(huì)出現(xiàn)紅色標(biāo)記不停閃爍,同時(shí)運(yùn)維系統(tǒng)產(chǎn)生一條設(shè)備損壞信息通知用戶。用戶通過(guò)GIS地圖直接點(diǎn)擊該設(shè)備節(jié)點(diǎn),會(huì)以彈出窗口的形式顯示該設(shè)備的用途、類(lèi)型、操作系統(tǒng)、IP地址、當(dāng)前運(yùn)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(shí)解除故障。
(6)設(shè)備的維修情況和歷史記錄。用戶可以通過(guò)運(yùn)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(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、提高故障處理能力、增強(qiáng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的可持續(xù)性,儲(chǔ)備充分的信息資源。
5、分析的智能性
用戶可以直接通過(guò)運(yùn)維系統(tǒng)中GIS地圖決速査看并統(tǒng)計(jì)內(nèi)外場(chǎng)設(shè)備的損壞情況。通過(guò)分析,對(duì)各種原因產(chǎn)生的問(wèn)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(yùn)行狀態(tài)、故障率、故障因素、修復(fù)率等運(yùn)維數(shù)據(jù)和指標(biāo),輔助管理和決策者對(duì)信息系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面把握,同時(shí)輔助管理者對(duì)信息系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作進(jìn)行績(jī)效分析、評(píng)價(jià)、考核。需包括如下幾點(diǎn)。
(1)硬件智能化
硬件部分包括外場(chǎng)設(shè)施設(shè)備和內(nèi)場(chǎng)機(jī)房設(shè)施設(shè)備,均可在運(yùn)維系統(tǒng)中的GIS地圖界面上査看設(shè)備的運(yùn)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(dòng)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(yùn)維系統(tǒng)中自動(dòng)生成一條報(bào)警信息以外,同時(shí)對(duì)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(shí)讓用戶第一時(shí)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(duì)機(jī)房?jī)?nèi)服務(wù)器中運(yùn)行的內(nèi)部應(yīng)用系統(tǒng)、程序及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的運(yùn)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(shí),GIS地圖界面中會(huì)出現(xiàn)紅色閃爍標(biāo)記并報(bào)警提示用戶,便于用戶快速發(fā)現(xiàn)、分析并解決問(wèn)題,確保系統(tǒng)軟件的正常運(yùn)行。
(3)移動(dòng)端實(shí)時(shí)監(jiān)控管理
為了讓用戶更便捷地査看運(yùn)維系統(tǒng)中內(nèi)外場(chǎng)設(shè)施設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),針對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的維護(hù)工作,結(jié)合PC端運(yùn)維系統(tǒng)的功能應(yīng)用,完成了手機(jī)端“運(yùn)維系統(tǒng)”APP。“運(yùn)維系統(tǒng)”APP實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)端與PC端業(yè)務(wù)流的交互,用戶可以通過(guò)手機(jī)端“運(yùn)維系統(tǒng)”APP中有關(guān)GIS地圖界面,第一時(shí)間査看內(nèi)外場(chǎng)設(shè)施設(shè)備的運(yùn)作情況及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、手動(dòng)重啟等操作,使用戶能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋處理,提高工作效率。另外,根據(jù)“運(yùn)維系統(tǒng)”的不同需要,將在未來(lái)逐步更新相應(yīng)的功能模塊,使移動(dòng)端的功能更完善,操作更便捷。
四、結(jié)束語(yǔ)
GIS的應(yīng)用是運(yùn)維系統(tǒng)的重要組成部分,在現(xiàn)有運(yùn)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(yùn)維管理系統(tǒng)的必然趨勢(shì)。隨著高速公路內(nèi)外場(chǎng)硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)的建設(shè)以及移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用,建設(shè)符合高速公路運(yùn)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(gè)信息平臺(tái)引入高速公路運(yùn)維管理系統(tǒng)模式中,使之成為一個(gè)設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)與査詢(xún)支撐平臺(tái),是構(gòu)建快速反應(yīng)、和諧高速公路的一個(gè)重要方面,也是未來(lái)高速公路運(yùn)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(qiáng) 孫同心 單位:上海電科智能系統(tǒng)股份有限公司