一种公路养护信息化管理系统的制作方法

本发明涉及公路日常养护施工技术领域，具体涉及一种公路养护信息化管理系统。

背景技术：

目前，公路养护部门为了确保所辖区域路线的正常运维，需要派出巡检养护人员每天对公路及所附属的构造物(路线，路基，路面，沿线设施，桥涵及匝道，绿化，交通量观测，路况质量的检查，测量，评定)进行检查，还对公路的养护管理资料(公路病害资料，公路病害修复信息，公路日常养护信息等)进行更新，存储，分析，并且为养护管理人员提供数据分析以提高管理质量，以便及时发现存在的问题，采取措施，防患于未然。通过巡视检查和评测工作为所辖区域的正常交通畅通及安全运行提供了保障。

但是，目前现有的道路养护信息系统比较落后，功能比较单一，不能够同时集合病害坐标定位、养护任务管理、验收管理、巡检系统管理及施工登记管理等各种功能，也无法结合道路的历史信息和环境信息进行综合的管理，使得我国的道路智能化管理面临巨大的问题。

技术实现要素：

针对目前现有公路养护信息化管理技术的不足，本发明提供了一种公路养护信息化管理系统，用于解决目前现有的道路养护信息系统比较落后，功能比较单一，不能够同时集合病害坐标定位、养护任务管理、验收管理、巡检系统管理及施工登记管理等各种功能，也无法结合道路的历史信息和环境信息进行综合的管理的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种公路养护信息化管理系统，包括手持移动终端、数据存储处理中心、养护作业车辆、七个信息化管理模块系统；

所述养护作业车辆包含车载定位终端、操作平台和车载报警系统，三者均与数据存储处理中心无线连接，手持移动终端也与数据存储处理中心无线连接，所述操作平台用于在养护作业车辆上进行巡检数据查看和执行相应操作；

所述手持移动终端以及所述养护作业车辆内的操作平台均具有所述七个信息化管理模块系统，分别为：巡检计划管理系统、信息采集系统、病害信息定位系统、病害复核管理系统、养护任务管理系统、施工登记管理系统及养护验收管理系统；所述巡检计划管理系统用于制定公路养护巡检计划，所述信息采集系统用于对按照巡检计划管理系统制定的巡检计划进行巡检时，进行路况病害数据进行识别、采集病害信息，所述病害信息定位系统用于对按照巡检计划管理系统制定的巡检计划进行巡检时，对采集到的病害信息进行病害位置定位，获取其在公路上的位置，所述病害复核管理系统用于对按照巡检计划管理系统制定的巡检计划巡检到的病害程度、与所述病害程度对应的维修方案及工程量进行复核，所述养护任务管理系统用于对巡检产生的、可以被公路管理单位进行内部养护维修的病害生成养护任务，所述施工登记管理系统用于对养护过程中涉及到的施工人员、机械设备、施工材料、安全布控及维修信息进行管理，所述养护验收管理系统用于对已执行的养护任务进行评价和验收；

所述车载报警系统可根据所述巡检计划管理系统巡检到的结果进行报警提醒；

所述手持移动终端内置北斗模块、gps模块及gionass模块来进行定位，并结合电子地图，实时采集公路病害位置空间坐标，自动根据空间坐标与路线桩号转换关系来获取桩号，手持移动终端通过4g或wifi与数据存储处理中心相连，将巡检和/或养护结果传输到数据存储处理中心中。

优选的，本发明一种公路养护信息化管理系统中，在为某一类型的病害制定维修方案时，通过大数据分析学习到每一类病害的处理方案，并在学习到处理方案后，根据学习到的处理方案制定对应类型病害的维修方案。

优选的，本发明一种公路养护信息化管理系统中，所述养护作业车辆内的车载定位终端对车辆运行过程中位置、速度、方向、形式线路、运行轨迹、行驶里程及作业业务类型信息进行采集记录并上报到数据存储处理中心。

优选的，本发明一种公路养护信息化管理系统中，手持移动终端实时采集病害空间坐标，自动根据空间坐标与路线桩号转换关系来获取桩号，通过以下步骤来实现：

s1、手持移动终端根据预设的时间间隔采集路网经纬度坐标信息；

s2、根据手持移动终端采集到的路网经纬度坐标信息生成逐桩坐标数据；

s3、为逐桩经纬度坐标数据创建包络矩形，生成桩号数据：具体为给每个逐桩点关联一个桩号，获取s2中得到的逐桩经纬度坐标数据，以每个逐桩点坐标为矩形中心基点，根据预设的矩形对角线长度范围，给逐桩坐标数据创建包络矩形，将矩形所包围的经纬度坐标数据与对应的桩号进行关联；

s4、数据中心存储桩号数据；

s5、寻找距离手持移动终端定位的病害经纬度坐标位置最近的包络矩形，根据步骤s3中包络矩形与对应的桩号数据之间的关联关系，获取该包络矩形的桩号，将其作为该病害的位置桩号。

优选的，本发明一种公路养护信息化管理系统中，所述步骤s2通过以下流程实现：

s21：根据手持移动终端按照预设时间间隔采集的起始点和终点两点的经纬度坐标求解两点之间的距离d，计算公式如下：

其中haversin函数的表达式为haversin(θ)＝sin²(θ/2)＝(1-cos(θ))/2

其中r为地球半径，分别为获取的起点和终点两点的纬度，δλ为获取的起点和终点两点经度的差值；

s22：将起始点的经纬度坐标利用高斯正算计算出在高斯平面坐标系下的投影坐标(x0，y0)，其中gk()代表高斯克吕格投影；

s23：从k＝0开始进行以下步骤直至计算到采集终点：

根据第k个逐桩点和第k+1个逐桩点之间距离s和方位角alpha，计算出第k+1个逐桩点在所述高斯平面坐标系下的投影坐标(xk+1，yk+1)：其中xk+1＝xk+s*cos(alpha)，yk+1＝yk+s*sin(alpha)，然后利用高斯反算得到第k+1个逐桩点的经纬度坐标将k更新为k+1。

优选的，本发明一种公路养护信息化管理系统中，手持移动终端在wifi方式下登陆数据中心，采集数据时获取空间坐标，通过网络传输到数据处理中心，数据中心数据库进行匹配，自动生成桩号信息通过无线网络传输到手持移动终端设备中，所述手持移动终端包括手持移动pda。

优选的，本发明一种公路养护信息化管理系统中，手持移动终端采集的数据可通过webgis以可视化地图的形式进行展示，平台用户可调用数据中心存储的数据一键输出公路病害、病害采集报表。

与现有的技术比较，本发明的优点是:

1、公路的日常巡检、定期巡检任务可通过巡检计划自动由服务器端生成，管理人员只需定期指定巡检计划，减少了管理人员工作量。

2、针对巡检人员在巡检过程中经常有漏检，甚至是不检的情况，使用了高精度定位产品来进行设施位置的识别。这样巡检人员只有到现场使用pda才能进行设备的检查，同时，手持移动终端的巡检程序也提供了未检设施的查询，使巡检人员方便的查找到没有检查的设施，避免漏检的情况；对于巡检结果的保存，原来的工作方法使用纸记录方式，不便于查找，而且保存也是一个大问题，每个月的巡检都会产生很多的记录表，非常不好保存，时间一长，追溯巡检结果比较困难。而利用计算机的大容量存储和快速的检索，这个问题迎刃而解。

3、高精度的数据采集系统，保证了采集的病害数据空间位置的准确性，结合可视化地图，用户很容易就能通过病害经纬度坐标找到对应病害的实际位置。采集的病害数据的桩号信息与实际里程标称桩号之间误差很小，完全满足实际工作需求和行业数据交换要求。

4、系统使用过程中，路线、上下行、桩号等信息可由系统自动匹配，病害类别、属性信息也只需进行简单地选择即可，相比传统采集软件效率更高，准确度更高，操作也更便捷；

5、养护作业流程的管理方面，从病害采集、审核、维修批复、任务指派到病害维修实行流程电子化管理，维修完成后，系统实现了基于人工、材料和机械的计量核算审核机制，并集成了质量自检、质量抽检流程。同时，从养护管理系统中自动抽取维修计量信息，实现病害维修的闭合管理；

6、养护作业车辆被纳入到系统中管理后，作业车辆的动态状况通过无线通信网络及可视化地图实时反馈给管理人员，便于养护设备的规范化使用。另外，管理人员可综合多种因素合理对作业车辆进行调拨，降低了运营成本，节约了公司资源。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例公路养护信息化管理系统功能构成示意图；

图2为本发明实施例手持移动终端病害信息定位系统组成框架图；

图3为本发明实施例手持移动终端采集数据自动生成桩号流程图；

图4为本发明实施例病害信息定位桩号获取示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明实施例公路养护信息化管理系统功能构成示意图见图1，包括养护作业车辆10、数据存储处理中心20、手持移动终端30和七个信息化管理模块系统，本发明实施例手持移动终端由pda实现；

所述养护作业车辆10包含车载定位终端、操作平台和车载报警系统，三者均与数据存储处理中心20无线连接，手持移动终端30也与数据存储处理中心20无线连接，所述操作平台用于在养护作业车辆上进行巡检数据查看和执行相应操作；

所述手持移动终端30以及所述养护作业车辆10内的操作平台均具有所述七个信息化管理模块系统，分别为：巡检计划管理系统11、信息采集系统12、病害信息定位系统13、病害复核管理系统14、养护任务管理系统15、施工登记管理系统及养护验收管理系统16；

其中巡检计划管理系统11主要是由公路管理单位为下级公路巡查养护站制定巡查计划，并由计算机系统自动按制定的计划生成养护任务，养护任务会按照系统设定的一套规则在执行时间临近时由系统中间件(一种监听系统数据的服务，该服务会实时分析系统中的数据，并合理调配系统资源)向任务执行人员推送巡检通知消息。巡检计划管理系统还包含公路巡检养护站临时追加的巡检任务。巡检计划管理系统由手持移动终端和数据存储处理中心实现，手持移动终端搜集公路病害数据(包括路基、路面、沿线设施等的损坏)，数据存储处理中心通过服务器实时接收、管理、监察客户端的使用情况，并对手持移动终端提交的数据进行可视化展示及统计。在服务器端可对巡检的病害数据进行查看，并根据病害程度和可用维修经费决定是否对病害进行养护维修。

病害信息采集系统12通过手持移动终端和数据存储处理中心来实现，本实施例中手持移动终端采用手持移动pda来实现,内置定制定位模块(北斗模块、gps模块、gionass模块进行定位)，并结合电子地图，实时采集公路病害空间坐标位置，自动建立采集空间坐标与路线桩号转换关系从而获取桩号信息。可以帮助业务员及时掌握采集的病害桩号，附近病害、路况、设施设备特征，有哪些项目需要检查，不仅提高了巡检速度，而且避免了经常出现漏检的情况。pda可以通过4g或wifi安全的与后台管理系统相连，将巡检或养护结果以及现场拍摄的图片、音频、视频等文件传输到服务器中。

本发明实施例手持移动终端病害信息采集系统组成框架图见图2，整个病害信息采集系统12内有数据中心、基站、移动pda、平台用户、移动/联通发射塔、gnss卫星、cors1和cors2，其中数据中心和各个基站使用光纤/adsl连接，平台用户和移动/联通发射塔通过网络连接到数据中心，cors1和cors2和数据中心通过网络实现数据通信。pda作为公路基础数据的采集工具，采用北斗+gps+gionass多系统组合导航、定位、授时，并结合cors(一种卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯等多种高新技术多方位深度结合的产物)技术，gis(地理信息系统)技术，计算机建模及应用等技术通过无线网络与数据中心相连实现数据交换。本系统具有定位精度高(可达厘米级)、高动态、抗干扰等特点高精度的数据采集系统保证了采集的病害数据空间位置的准确性，结合可视化地图，用户很容易就能通过病害经纬度坐标找到对应病害的实际位置。但考虑到公路管理单位之间进行数据交换时，一般通过路线名称、路幅(上下行)、桩号来描述具体病害的实际位置。因此，建立一套细粒度、准确可靠的空间坐标与桩号对应关系，是该信息化管理系统的关键。该本发明实施例手持移动终端采集数据自动生成桩号流程图见图3，以下进行详细描述：

1.路网经纬度坐标采集

路网采集分为实际埋有里程桩路段(如高速公路、国省道、县乡道)，未实际埋有里程桩的路段(如村道)，对于未实际埋有公里桩的路段，只需设定时间间隔采集路段空间位置坐标信息，对于实际埋有公里桩的路段，除按设定时间间隔对路段空间位置信息进行采集，还需要采集各整公里桩的位置信息。

2.生成路网逐桩点桩号

对于实际埋有里程桩的路段，需综合考虑里程桩所指示的桩号与根据高精度gps数据计算得出的实际距离之间的关系。如：当某段计算距离为1100米，而实际桩号指示为1000米时，应按比例对路段进行压缩，并结合方位角来计算每一米的经纬度坐标。

根据pda根据设定的时间采集的两点经纬度坐标求解距离的计算公式：

其中haversin函数表达式为haversin(θ)＝sin²(θ/2)＝(1-cos(θ))/2

r为地球半径，可取平均值6371km；φ1,φ2表示起点和终点的纬度；δλ表示起点和终点经度的差值。

根据起点的经纬度坐标，到逐桩点1的距离及方位角计算逐桩点1的经纬度坐标：

首先将起点的经纬度(φ0,λ0)利用高斯正算计算出在高斯平面坐标系下的投影坐标(x0,y0)。(x0,y0)＝gk(φ0,λ0)，gk()代表高斯克吕格投影。其中高斯正算是由大地坐标求解高斯平面坐标，高斯克吕格投影是地球椭球面和平面间正形投影的一种，在本实施例用来将经纬度坐标转换成平面正形投影坐标。

然后根据起点和第一个逐桩点的距离s和方位角alpha,，计算出第一个的坐标(x1，y1)，其中x1＝x0+s*cos(alpha)，y1＝y0+s*sin(alpha)。最后利用高斯反算(l1,b1)＝gk^-1(x1,y1)即可计算出第一个逐桩点的经纬度(φ1,λ1)。其中高斯反算是指由高斯平面坐标求解大地坐标。其中s取1.1米。

依次计算第二个逐桩点、第三个逐桩点直至第999个逐桩点的经纬度坐标。

3.为逐桩坐标数据表创建包络矩形生成桩号

产生的逐桩坐标数据，主要是为病害采集系统和其它业务系统提供基础数据支撑，

用来实现空间坐标数据到桩号数据的转换，如果不为逐桩数据创建一个匹配的范围，系统将几乎无法获取到桩号信息。根据设定的包络矩形的对角线长度范围，给逐桩坐标数据创建包络矩形，一个包络矩形框编号关联一个桩号，将生成的桩号存储于数据中心服务器中，构建带查询范围的逐桩坐标数据库。

4.采集数据的存储

考虑到公路行业的工作特性，在开展业务工作时，系统的稳定性、准确性、易用性固然重要，系统在网络信息不佳时能否正常使用、在车辆众多的危险环境能否先选填主要信息后补充属性信息都是需要考虑的问题。该公路病害采集系统充分考虑了以上因素，可在wifi环境下登录数据中心，病害采集时，用户在现场只需对病害进行拍照即可，空间坐标及桩号信息由系统自动获取，其它信息可在手机端或web端进行完善后提交。

采集的病害数据可通过webgis以地图专题图层的形式进行展示，单击病害图标可查看病害的详细信息。

病害信息定位系统13通过病害采集系统采集到的病害空间坐标，自动根据空间坐标与路线桩号转换关系来获取病害信息定位桩号，获取信息定位桩号示意图见图4。图4中刻度代表逐桩点的桩号位置，四边形代表各个逐桩点的矩形包络区域。公路业务处理人员在进行业务处理时，手持移动pda定位病害位置，如图4病害1和病害2所示两处病害。查找病害落在哪个矩形框内，取距离该病害最近的矩形框关联的桩号为该病害的桩号。病害1位于2号逐桩点包络矩形内，将病害1的位置定义为2号桩处。病害2的位置离4号逐桩点包络矩形最近，将病害2的位置定义为4号桩处。经测试，采集的病害数据的桩号信息与实际里程桩标称的桩号误差可控制在1米以内，完全满足实际工作需求和行业数据交换要求。

病害复核管理系统14是完成当巡检一线人员发现病害提交后，上级单位指定人员对提交的病害进行现场查看，主要对病害程度、维修方案、工程量进行复核。

养护任务管理系统15主要包括日常养护任务管理和养护方案管理，日常养护任务管理是对巡检产生的，可以被公路管理单位进行内部养护维修的病害。这些病害被以养护工单的形式下发给养护站进行维修处理，考虑到不同类型病害在进行养护维修时所涉及的人(人员)/机(机械设备)/物(物品工具)/料(材料)/法(方法)都各有差异，系统会自动按照病害类别和工程量对养护工单进行分解，生成明细工单，并将工单派发给养护维修负责人。养护维修负责人将明细工单发送给维修班组，维修班组分类实施病害养护维修，在养护维修过程中，按要求通过手持移动终端记录参与维修的人员、使用的机械设备、消耗的物料、维修采用的方法以及维修安全区域的布置情况等文字、图片、音频、视频数据。养护方案管理是对巡检的病害设定的一种养护维修方法，包括路基病害(如路基边沟不洁、路肩损坏等)、路面病害(裂缝、车辙、拥包、沉陷、坑槽等)、沿线设施(标志缺损、护栏损坏等)等的维修材料及维修措施，系统初始化时会将养护管理单位在常年养护过程中形成的一套病害养护方案录入到系统中，形成一个标准病害养护维修方案库。对于后期追加的病害处理方案，可以由管理员录入到系统中。系统具有一定的自我学习功能，在使用的第一阶段，需要人员为相应巡查病害选择维修方案，系统会对选择结果形成记忆，并在后期对同类型病害自动匹配维修方案。另外，根据维修方案所用材料的单价、数量等信息，可以为养护任务自动生成病害养护维修费用表。

施工登记管理系统16包括管理施工人员管理、养护机械设备管理、施工材料管理、安全布控管理及维修信息管理。其中养护机械设备管理是对设备从采购、分配、调拨、报废整个生命周期的管理。为了实现养护机械设备科学化管理，每台机械设备上都装配有车载定位设备，通过车载终端设备对车辆运行过程中位置、速度、方向、形式线路、运行轨迹、行驶里程、作业业务类型(公路巡检或养护施工等)等信息进行上报。web服务器端可通过可视化地图实时对养护机械设备的使用情况进行监控。系统可预先为机械设备设置活动边界，当机械设备出现在边界范围以外或无任务状态出车时，系统将会产生告警，并自动通过系统中间件将告警信息推送给管理员。对于养护机械设备在使用过程中产生的运转记录、保养记录、维修记录、使用台账等信息，可通过系统简单的查询后导出相应报表，相较于传统操作模式更加高效可靠。

养护验收管理系统17是养护维修完成后，需按养护评价体系对病害养护状况进行评价验收。对于通过外协或招标的养护工程，系统需将纸质流程电子化，将各项审批任务放在web端进行，并提供便捷的上传、下载、预览、打印等功能对养护工程各节点所包含的资料(招投标文件、会签文档、设计图纸等)进行统一管理，大大提高了资料检索的效率。

本发明的一种公路养护信息化管理系统能巡检公路将病害的对象、类别、属性、程度等信息严格遵循《公路技术状况评定标准》jtgh20-2007的内容进行设计，巡检采集的路基、路面、沿线设施病害数据可按规范计算生成sci(路基损坏状况指数)、pci(路面损坏状况指数)、tci(沿线设施损坏状况指数)。对于系统中产生的人员、机械设备、工具、物料等信息，用户可以按要求自定义报表模板进行数据导出。采用高度自动化地方式对巡查及养护业务中的人员、机械设备、物料等进行管控，采用全电子化的处理方式对系统单据进行审批处理，相对传统方式，大大提高了工作效率。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出若干改进和变形，这些均属于本发明的保护之内。