浅谈基于地理信息系统（GIS）的高速公路信息化建设

刘斌

摘 要 以遂渝高速路公司基于GIS开发的铁建高速云服务系统为例，简要阐述结合GIS技术进行高速公路信息化建设的设计思想和应用情况，并介绍了遂渝高速公路信息化建设取得的进展和后续的建设思路。

关键词 高速公路;信息化;GIS;平台

引言

随着高速公路路网的不断完善，高速公路外场设备种类和数量日益增大，这对高速公路外场设备的运营、维护能力提出了更高的要求。为实现高速公路机电管理的信息化、协同化，提高高速公路机电资产管理水平，增强突发事件的应急处置能力，重庆铁发遂渝高速公路有限公司（以下简称“铁发遂渝公司”）进行了基于地理信息系统（GIS）的高速公路信息化建设项目，围绕铁建亿联云服务平台，实现全公司机电管理信息化管理的总体目标。

本次信息建设针对铁发遂渝公司管理现状及相关信息化应用存在的缺陷，通过分析不同用户对高速公路项目信息的基本需求，明确高速公路项目管理信息系统在机电管理过程中信息分类，以及不同用户所需数据的处理方法。并在此基础上提出了一套科学合理的管理信息系统解决方案。项目使用地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）为基础软件，以铁发遂渝公司管辖路段作为研究对象，对高速公路涉及的各类资产信息进行数据结构化处理形成標准化数据库。利用GIS强大的空间数据与属性数据的一体化管理能力，实现路面管理的可视化，在此基础上开发能够实现日常业务操作的应用软件，实现综合信息的发布与收集。旨在方便、快捷地满足各类应用系统调用公路数据，全面提高高速公路管理现代化水平。

1GIS概念

GIS的发展可以追溯到20世纪60年代，1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson第一次提出了“地理信息系统”（Geographic Information System，简称GIS）这一概念。如今，GIS已经发展成为一种特定的空间信息系统，它采用现代化的方法采集、存储、分析、管理和显示、模拟与地理空间分布有关的数据和图形。

我国GIS虽然起步较晚，但发展至今也已初步实现了产业化，并在许多部门和领域得到了应用，特别是在城市建设规划、110报警联动、数字地图、铁路运输、航空导航、金融等方面，GIS系统得到了极大的发展。而相对于我国高速公路的飞速发展，专用GIS系统在高速公路上的应用却相对滞后。

随着网络时代的来临，如何将先进的计算机、通信技术结合GIS系统更有效的管理高速公路，充分发挥其高速、便捷的特点，使之更好地服务于社会大众，是此次信息化建设研究的重点。下面以亿联云服务平台为例，简要介绍铁发遂渝公司信息化建设的思路和成果[1]。

2亿联云服务平台

亿联云服务平台是根据铁发遂渝公司的自身特点，基于路段级资源整合、数据共享的基础上结合当今先进的计算机通信技术、物联网以及大数据技术所构建而成，同时借鉴了国内外相关软件优缺点，从全公司业务管理的角度考虑，总体建设将充分满足路段级信息化管理，以及一线运维末梢的各种需求，整合公司各职能部门在高速公路管理中的机电管理业务。系统总体结构如图1所示。

2.1 软硬件平台

本系统硬件由业务数据服务器，业务操作界面，传感器等几部分组成。软件运行和开发环境采用微软的Windows平台，数据库采用的是Mysql，程序开发语言主要采用了Java、HTML、JavaScript、Spring等。

整个开发过程严格遵循国家、重庆地区有关法律法规、地方规定、行业标准以及工业标准，采用高标准性的技术，应用软件开发符合国家标准《信息技术软件生存周期过程》（GB/T8566 一2001），代码设计符合通用的国际标准以及国家标准。同时充分考虑本次总体建设的多部门、多业务系统、多数据接口数据交互的现状，采用基于云计算中心的数据交换与SOA相结合的设计方案，保证系统结构完整性和信息一致性。

2.2 人机界面

该平台分为Web端和移动端，具有独立的人机交互界面，具有直观、形象、友好等特点。例如系统采用GIS技术分别在Web端和移动端对路段进行标注，并能显示收费站、服务区等各种构造物信息，利用BIM+GIS技术对隧道进行建模，以最直观的方式展示地理图形。

2.3 系统功能

亿联云服务平台结合GIS技术，提供了路段设备信息展示，机电设备管理，机电维修，隧道监测，工程管理，评价考核等多种功能，涵盖了高速公路管理，运营的多个业务流程。

（1）路段信息展示。亿联云服务平台Web端和移动端利用GIS技术，将铁发遂渝公司管辖的高速公路路段地理位置信息明确的显示在主界面上，并可选择查看路段上各种构建物和重要设备，如收费站，服务区，情报板，摄像头，路段施工和事故地点等，点击收费站可以查看收费站设备完好率等数据，点击摄像头可查看实时视频，点击事故地点可以查看事故具体情况数据。

除了路段信息查看，平台还提供了定位和导航功能。平台移动端可以在地图上显示车辆当前所在路段位置，当行驶到服务区或隧道等地方，系统会自动显示出该服务区或隧道设备信息，便于驾驶员了解该服务区或隧道的情况。

（2）机电设备管理。机电设备管理主要包含了二维码管理和机电设备库房管理。二维码的使用便于路段设备管理与维护，根据编码规则对设备进行唯一编码管理。库房管理主要是对设备基础信息、库存、出入库、处置等设备全生命周期进行管理。设备采购后会通过库房管理的入库功能进行系统，系统会根据制定好的规则自动为每个设备分配唯一的二维码，该二维码会伴随机电设备出库，安装直到报废。工作人员通过移动APP扫码功能可以方便查看该设备的名称，型号，出入库以及安装的时间等基础信息，并能查看该设备的历史安装记录和历史维修记录，使维修工作高效化，实现设备从入库-安装-维护-报废的全生命周期管理。如在库存盘点时发现某一设备丢失，可根据二维码追踪设备使用记录，找到最后责任人;根据二维码分析各厂商设备质量情况、成本情况;通过扫描设备二维码，可快速了解设备详细信息，可提高报修的准确性和及时性等等。

（3）机电维修管理。机电维修管理是结合铁发遂渝公司机电部实际情况，对维修流程进行了优化后开发而成。维修流程主要包含了故障上报，故障确认及分配，故障维修，维修确认等几个步骤，所有操作都能做到有据可查，通过扫描设备二维码，可以查看该设备的历史维修情况，包括每一次的维修人员，故障图片和描述，维修详情等信息，为维修人员提供参考，提高了维修效率，规范了维修流程。

（4）隧道监测。隧道监测主要包含隧道机电设备监测和隧道病理监测。

隧道机电设备监控通过安装传感器，定时对隧道照明、风机和摄像机等重要设备进行监测，主要监测相关的设备的电流值，光照度等指标，通过后台算法自动判断设备的工作状态是否正常，并根据多天的数据生成趋势图，并为设备运行状态评分，为管理人员筛选出运行状态不太好的设备，提前进行排查，避免应机电设备故障引发的安全事故，同时减少了人工维护的难度，提高了隧道机电设备完好率。

隧道病理监测主要依托GIS+BIM技术对重要隧道进行建模，利用扫描技术、摄影技术、图像比对技术等实现对整隧段的养护数据的采集、清洗、加工、入库。基于典型构造物（隧道）的养护基础数据进行构建方法研究，为养护信息化提供数据支撑。

（5）工程管理。工程管理是针对高速公路上各种工程施工的管理。主要解决工程现场监管资源不足，纸质记录难查、施工监管不及时等问题。工程管理主要包含合同信息录入，技术交底，施工申请，施工监控，施工审批，工程验收，结算资料等流程，通过流程图查看功能可以很清楚了解工程目前流程情况，流程中各个用户处理事件效率、提交资料情况等，使工程管理流程化，规范化。

（6）评价考核。评价考核主要通过系统中的设备信息和维修数据对供应商和维修人员进行评价考核。通过数据分析，减少人为判断，使考核评价更加准确科学。

供应商评价体系主要是根据系统中相同类型的设备一定时间内故障次数，使用寿命等数据，根据相应的加权算法，对不同的供应商进行评分管理，从而为以后的供应商选择提供数据支撑。

机电绩效考核是根据系统中维修人员的维修工单数量，维修难度等级，工资参数，通过加权算法，统计出当月维修人员的绩效得分和绩效奖金。

2.4 系统特点

（1）先进性与高效性。紧密结合目前高速公路管理实际情况，选用先进成熟的技术、开发方法和工具（GIS，Java，BIM，Windows），这些技术能够顺应当今技术的发展趋势，同时采用的技术适度超前，满足未来五到十年的发展需求。保证系统能够按时、按质、按量的提供营运管理者使用。

（2） 可行性与易用性。由于信息化整体建设的各大业务系统的用户绝大多数不是计算机专业人员，而是业务管理人员、各个层次的领导者及相关岗位的工作人员，他们对计算机的使用不像计算机专业人员那样熟悉，因此本次信息化总体建设的各务系统设计以人机交互友好性为基本设计原则。在设计时，系统广泛采用现在流行且证明行之有效的图表、窗口界面，菜单驱动，快速功能按钮、下拉选择框等界面与接口技术，方便管理者学习与使用，提高其工作效率，充分发挥系统功能。

（3）开放性与安全性。采用具有开放性及符合标准的软、硬件技术及通用网络协议和成熟的、在业界被广泛采用的主流数据库管理系统，能够与各主要计算机、网络厂商的系统产品互联，支持市场主流的服务器、操作系统、中间件、数据库产品，可以方便地与其他厂家同类型应用系统进行软、硬平台互连，便于系统未来的扩展。

系统在设计和部署时，釆用了严格的安全保障措施，充分保证数据安全和应 用系统安全。系统安全主要从设备、网络、操作系统、数据库、应用软件、用户 （使用者）和安全保障制度（包括运行制度、使用制度、保密制度等）等方面都予以充分重视，此外，双机热备、应用系统和数据的备份机制、网络数据加密、数字签名、用户身份认证等技术也在本次建设中得以充分体现[2]。

3信息化平台的意义

铁建亿联运维平台项目的建设重点是研发如何将GIS、通信和物联网等高新技术和铁发遂渝公司管理运营实际情况相结合，运用到高速公路信息化、智能化建设中，不但提升公司管理水平和日常运营能力，提高员工工作效率，同时也提升了公众对高速公路服务的满意度，主要体现在以下方面：

3.1 面向管理

（1）办公灵活、便捷，提升应急反应速率。平台除了采用B/S（网页版）架构外，还提供了移动端APP，移动端运用流媒体技术，GIS，物联网等技术，将多种应用功能集成到一起，突破了时间和空间的限制，让管理者可以随时随地全面掌控所需的信息。

例如，移动端接入的高清视频查看功能，让管理人员实时了解道路情况，当G93沙坪坝收费站路段发生拥堵，拥堵情况如何？管理人员不管身处何处，通过一部手机就能实时监控高速全线收费站、路段、隧道、服务区的情况。

（2）位置服务，管理便捷。通过对GIS+信息化平台的建设，大大提高管理者的数据获取效率和准确性。管理者除了在任何地点、时间能通过系统获取各项信息外，还可通过在道路上巡查自动获取周围信息。如：进入服务区范围后，平台APP会自动推送当前服务区信息给管理者，包括服务区当前营收情况、服务区商家位置信息及经营期限、热卖商品、人流数量信息、机电设备完好率等等;进入隧道后，平台APP自动推送当前隧道机电完好率、当日车流量、隧道能见度、CO浓度、隧道综合评分等信息。大大方便管理信息获取。

（3）固化业务流程，提高运营管理水平。信息化的基础是结合计算机编程技术将业务流程信息化，实现无纸化办公。铁发遂渝公司将各部门业务流程进行优化整合，结合GIS，通信，物联网等技术通过编程，以系统的形式呈现出来，一个环节都必须根据制定的流程执行，并生成相应的表单，做到有据可查，避免人為原因造成的误操作、乱操作，使数据更加准确更加安全，同时使管理更加规范。

平台着重对维修流程，库房管理流程，工程管理流程进行了流程优化和开发。以机电维修为例，平台将故障报修到故障维修确认整个流程整合到维修管理平台，维修记录中包含有现场照片、维修期限和定位信息，确保维修人员现场处理，提升维修人员积极性，减少设备维修周期。

（4）数据直观丰富，辅助决策。平台基于GIS，物联网等技术可以为管理人员提供丰富的数据支持，例如通过传感器采集隧道机电设备运行数据;通过机电维修管理收集各收费站等重要构造物机电设备完好率，故障数;通过库存管理系统提供设备库存数等，并在数据展示页面生成柱状图、趋势图、扇形图，便于横向和纵向分析，同时还能根据收集到的基础数据进行数据加工，得到供应商评价和维修人员绩效考核等数据，为管理人员的决策提供科学，准确的数据支撑。

（5）实现高速公路资产的可见、可查询、可追溯。高速路沿途各项外场设备型号繁杂，数量众多，日常管理及维护是个大问题。针对这个难题，亿联云服务平台通过开发二维码管理系统和库存管理系统，将资产信息和GIS地图相整合，在地图上能查看路段上各位置的外场设备基础信息以及故障状态信息。并且建立电子库存，对设备进行全生命周期的监控，设备从采购入库，到领用出库，领用人，用于哪次维修都有记录，实现了资产的可见、可查询、可追溯。

3.2 面向一线员工

（1）高集成高效率。亿联云服务平台是一个高集成化系统，平台还集成了日常工作督办、工程项目监管、工作绩效考核等日常管理应用，为一线工作者带来不少便利。工作人员通过一个平台能做多种操作，避免了重复填报、多端操作，提高了办公效率。

（2）设备全生命周期管理，提升故障排查速率。亿联云服务平台采用设备全生命周期管理的思想，将设备从采购入库到报废整个生命周期信息结合二维码技术运用到日常设备运维工作中，维修人员用手机扫描故障设备二维码，设备使用时长、维修记录等信息就跃然手机屏幕之上，还可以自动与机电维修系统相连，对维修方法进行指导提示。仅如此，该平台智能化的路段运行感知体系，能够精确提示车行路段的设备信息，便于开展全覆盖检修，大大提升了运维人员对设备的维修和巡查效率。

（3）绩效考核，提高工作积极性。平台维修管理对上报的故障进行了维修难度分类，并设置维修期限，系统根据维修人员故障维修数量，工作参数，结合加权算法，自动生成员工当月的绩效，如果员工希望能提供绩效工资，需要完成难度更大，数量更多的工单。系统还借鉴了滴滴快车的抢单模式提供了抢单功能，让维修人员从以前的被动接受维修任务，到主动接单的工作模式的转变，大大提高了一线员工的工作积极性。

3.3 面向公众

（1）安全保障。平台通过GIS+的方式，在APP上面向公众显示沿路所有安全及救援设备信息，包括高速公路的机电设备、安全设施、周边医院等等。如：在隧道发生紧急情况时，公众可通过APP查看附近的重要设备的位置信息，包括消费设施、紧急电话、横通门、安全通道等等信息，提高公众安全保障质量。

平台为公众提供了定位救援功能。当出现事故时，如上报人员不确定自己所处位置信息（特别是在夜晚时），可以通过拨打监控中心电话，点击监控中心发送的短信，系统将自动定位救援地点，并实时发送救援信息到最近的救援车辆，大大提高救援的准确性和及时性。

公众在高速上行驶，可通过APP提交发现的任何问题，系统自动跟进处理，并将处理结果反馈给公众用户。如发现设备不牢固，公众可通过APP直接提交信息，可提交信息可包括圖片、视频等信息，APP自动定位报警位置。如果是机电设备还可直接通过扫描二维码提交问题。平台建设时充分考虑操作便捷度，系统尽量自动获取设备信息、位置信息等等，降低公众操作工作量，方便公众操作。

（2）通行导航。平台具备导航功能，相比于百度或者高德等常见的导航系统，亿联云平台针对下辖的路段，更详细的展示沿路的重要设施或其他信息。包括隧道、桥梁、服务区、安全通道、消防设施、道路施工信息、封道信息、周边特产等等，提供的数据范围更广、效率更高、数据更准确。

（3）优质服务。平台通过展示周边的配套设施，提高了公众的快捷性和满意度。如：公众可以通过平台，提前了解服务区的售卖商品，了解服务区的商家布局、卫生间及休息室位置信息、车位信息、人流量信息;提前了解高速拥堵情况、大雾封道信息;通过公众视频，查看高速公路的实时视频信息，了解高速公路通行情况等等。大大提高公众的信息获取渠道，方便公众对高速公路的使用。

4结束语

铁发亿联云服务平台，利用物联网技术，GIS与大数据理念对高速公路各项业务进行有机优化和聚合，加强内部管理与高速公路运营能力，提高了铁发遂渝公司高速公路管理的信息化水平，增强了高速公路通行保障能力、应急处置能力。同时，响应国家号召，提高高速公路安全保障，为公众提供更多更好更及时的优质服务，带动高速沿线经济发展。亿联云服务平台的建设完成，是铁发遂渝公司在高速公路信息化的道路上迈出的重要一步，后续我们将持续探索如何将其他先进技术和理念运用到高速公路信息化建设中，不断完善，持续发展。

参考文献

[1] 张斌，程良明，潘梁，等.基于GIS的高速公路联网数据应用管理平台设计[C].中国高速公路信息化研讨会.第十八届中国高速公路信息化研讨会论文集.南京：中国公路学会，2016：71-76.

[2] 刘彬，陆璐.基于地理信息系统的高速公路监控管理新模式的研究与应用[J].西部交通科技，2019（6）：142-144.