基于阿里云的公路交安设施管理系统设计

来源:用户上传      作者:杨亮　闫凯旋

　　摘 要：运用网络信息技术对交通安全设施进行实时管理，是保障交通安全高效运行的重要手段，对于避免交通事故、降低交通拥堵、提升出行者满意度有重要意义。文章提出了一种基于阿里云的公路交安设施管理系统，借助WebGis及BIM技术，将交安设施属性数据和空间数据有机结合，提供交安设施信息查询、空间可视化及管理与养护3个功能，使得管理更加方便快捷、形象直观。
　　关键词：阿里云;交通安全设施;管理系统;WebGis;BIM
　　0 引言
　　截至2020年年底，我国公路总里程477.35万公里，然而交安设施信息仍存在一数多源、数据冗余等问题，以纸质台账为主，亟需提高数字化程度[1]。近年来，随着通信技术、智能交通系统及物联网技术的迅猛发展，使得构建公路交安设施管理系统成了可能。
　　公路交安设施管理系统研究方面，美国及欧洲一些发达国家一直处于世界前列。早在1993年，美国就提出了ITS体系结构，并将交通信息系统（ATIS）视为其中的重要组成[2]。欧洲许多国家也在20世纪末建立了路政设施信息监测维护系统，如意大利的TANA系统，英国的NGDF系统[3]。德国、日本、荷兰也在21世纪初构建了类似的系统，既确保了交通的高效与安全运行，也带来了巨大的社会效益。我国在这方面起步较晚但发展迅速，交通运输部于2017年颁布了“推进智慧交通发展行动计划”，将交通信息的采集与管理技术纳入重点发展目标。2019年，连云港搭建了交安设施管理平台，广安、鹰潭也分别于2018年、2019年开始实施NB-IOT智慧交安设施项目的建设工作。
　　目前，交安设施管理系统尚处于会计式管理阶段，设施的空间分布、种类及工作状态等尚未纳入计算机管理范畴且空间可视化效果差。据此，本文借助WebGis及BIM技术，将交安设施属性数据和空间数据有机结合，基于阿里云搭建公路交安设施管理系统，通过空间信息交互式查询，使得交安设施的管理更加方便快捷、形象直观。
　　1 总体设计
　　公路交安设施管理系统主要由4个层次及两个服务体系构成。4个层次指访问层、网格层、服务层及持久层，两个服务体系指安全体系及标准规范体系。所述4个层次及其功能分别为：（1）访问层。负责数据库访问，可访问数据库系统、二进制文件、文本文档及XML文档，实现数据表的Select（查询），Insert（插入），Update（更新），Delete（删除）。本系统设置了PC端、移动端、采集车等多个信息获取渠道。（2）网络层。连接前端采集与后台数据分析，采取阿里云传输NAT网关管理公网IP，利用负载均衡避免单点故障，同时使用阿里云ECS云服务器的弹性计算降低IT成本。（3）服务层。对采集的各种数据信息进行留存、统计及分析，由各种业务应用模块组成，为业务人员提供丰富的业务应用服务。（4）持久层。供数据存储调用，利用阿里云成熟的数据库技术、云数据库MySQL版等，可满足业务需求，同时随着业务量增加可随时购买增加新数据库。
　　两个服务体系及其功能分别为：（1）安全体系。主要包括信任服务、基本安全保护、故障恢复和容灾等安全系统。为保障网络传输以及主机端数据安全，分别采用网络传输的SSL证书及阿里云安全中心以保障数据信息安全。（2）标准规范体系。标准和规范支撑体系是确保整个系统成功实施的软因素。必须遵循国家和行业的相关标准，通过科学合理的应用标准和规范，也可降低实施的难度和成本。
　　2 系统数据库设计
　　系统数据库源于交安设施检测器并服务于模型应用，主要包含交安设施数据库及业务数据库。公路安全设施数据库包括设施类别、所属路线、具体桩号、问题类别等。交通安全设施主要包含标志、标线、护栏、防撞设施、诱导设施、防眩设施、隔音板、电子板等，可划分为区段类交通安全设施和点类交通安全设施，具体信息如表1和表2所示。
　　业务数据库包括保修缺损巡查数据库、缺损巡检文件数据库、保修养护通知单数据库以及工程计量单和养护通知单。业务数据库根据系统日常管养流程进行设计，严格遵守巡查、保修、验收审核等闭合流程。系统后期跟进业务数据库生成各种统计报表，便于管理者对交安设施管理做全面的评估，为养护单位工程量结算提供合理的依据，具体信息如表3所示。
　　3 网络设计
　　本系统采用阿里云网络高可用架构。该架构提供业务分发、弹性扩展、多可用区部署等功能。在此基础上，使用负载均衡SLB（Server Load Balancer）Χ嗵ㄔ品务器ECS进行流量分发，可扩展应用系统对外服务能力、消除单点故障，提升应用系统的可用性。
　　通过自定义镜像，可以迅速复制出相同应用部署的云服务器ECS实例，之后将实例添加到SLB后端服务器组中，实现业务高可用。SLB可以同时配置4层和7层监听，及轮循、加权轮循、加权最小连接数等多种算法，合理分配后端ECS计算资源。本系统采用云数据库RDS（Relational Database Service），针对高并发场景进行特殊优化，同时引入线程池、并行复制、隐含主键等功能保证系统持续稳定和高吞吐。云数据库CloudDBA具有完备的性能监控数据，实时监控实例硬件使用指标、慢SQL，并给出各种优化建议，可帮助用户快速定位并解决问题。
　　系统的PC端采用通用网络技术，利用SSL证书、云安全中心、堡垒机、云防火墙等多种形式保障数据安全，同时提高系统实用性，摆脱自建服务器本地网络访问数据的限制。系统的智能移动终端采用4G/5G网络访问。移动终端巡查系统使用的Android 手机App巡检模式。
　　4 系统应用的实现
　　本文提出的基于阿里云的公路交安设施管理系统可实现交安设施的信息查询、交安设施空间可视化平台搭建及交安设施管理与养护3个方面的功能。交安设施信息查询基于BIM技术实现，可在模型中展现不同道路上的交安设置位置、类型、完好情况等，用户漫游时在模型上点击需要查看的交安设施可以查看其详细的信息，包括交安设施的类型、位置、规格、外观、安装时间、生产厂家、养护历史等，也可查询每条公路的设施数量以及根据使用年限、巡查的结果，智能分析出每年需要的维修、更换的标识标牌以及需要复喷的标线的工程量。
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