云友公路隧道养护管理智能云平台的开发及应用

'“云友”公路隧道养护管理智能云平台的开发及应用丁浩潘勇招商局重庆交通科研设计院有限公司公路隧道建设技术国家工程实验室摘要：随着我国公路隧道交通从建设为主阶段转向建养并重阶段，亟需加强公路隧道的信息化养护管理。而我国公路隧道养护信息的管理现状表现为“信息规模庞大、信息记录不标准、信息利用水平低下、缺少动态信息、养护信息与决策管理脱节”的局面。因此开发“云友”公路隧道养护管理智能云平台，其屮包括公路隧道养护、检/监测以及预测决策等单元，实现公路隧道养护的数字化管理，为养管部门提供科学化的维修决策。通过工程应用，其可靠性和适用性得到了印证。关键词：公路隧道;隧道养护;云平台;数字化管理;收稿日期：2017-03-13基金：国家重点研发计划项目，项目编号2016YFC0802201 DevelopmentandApplicationofCloudPlatformforIntelligentManagementofRoadTunnelMaintenanceDINGHaoPANYongCAIShuangChinaMerchantsChongqingCommunicationsResearch&DesignInstituteCo,Ltd.:Abstract：WiththedevelopmentofroadtunnelfromconstructiondominatedtoconstructionandmaintenanceequallyimportantinChina,itisurgenttostrengthentheinformationalizedmaintenanceofroadtunnel.ThemanagementstatusofroadtunnelmaintenanceinChinashowsasituationofhugescaleofinformation,nonstandardrecordofinformation,lowutilizationlevelofinformation,lackofthedynamicinformation,anddisconnectedmaintenanceinformationanddecision-makingandmanagement.Basedonthis,theauthorshavedevelopedtheintelligentcloudplatformforthemaintenanceofroadtunnel,whichincludestheoperationmonitoringofroadtunnel,themaintenanceofroadtunnelancltheanalysisunitofdecision-making.Itcanrealizethedigitalmanagementofroadtunnelmaintenance,andprovidescientificdecisionsfortunnelmaintenancedepartment.Throughengineeringapplications，itsreliabilityandapplicabilityhavebeenverified.Keyword：roadtunnel;tunnelmaintenance;cloudplatform;digitalizedmanagement;Received：2017-03-13我国是个地形崎岖的国家，69%国土都是山地或重丘，II江河纵横，海域宽阔U1。随着西部开发的大发展，长大隧道数量逐年攀升，我国已经是世界上公路隧道最多、最复杂、发展最快的国家。作为“能源消耗大户”，很多隧道出现了建得起养不起的现实问题，公路隧道养护的信息化监管工作面临新的形势和挑战，同时公路隧道养护信息化管理是实现公路隧道养护与管理现代化的重要基础。 1公路隧道养护信息的管理现状我国公路隧道养护信息的管理现状表现为“信息规模庞大、信息记录不标淮、信息利用水平低下、缺少动态信息、养护信息与决策管理脱节”的局面。(1)信息规模庞大。公路隧道养护过程屮，涉及设计、施工、检测和监测等各类信息;而且，随着养护时间的增加，检测和监测的信息量不断增加;若再实施维修加岡，则进一步增加了养护信息量。(2)记录格式不标准。对于隧道的各类资源的数字信息化尚无统一标准和规范，不利于井享、不利于规范化管理、不利于行业管理部门及时掌握实际状况与统计分析。另外，对于在不同隧道中出现的相似情况也不能及时共享，对其后续的隧道专项检测、安全评估与病害处治，都不能起到借鉴作用，零星分散在不同省份、不同高速公路上的隧道中。(3)信息利用水平低下。据调查，目前我国多数公路隧道的养护信息管理还主要停留在台账管理阶段，尽管采用了计算机数据库系统，但也仍只是停留在“电子台账”的层面。火量检测和监测的采集数据被闲置，多年累积的历年数据也不能有效进行历史比对，不能及时有效整合分析，造成“数据垃圾”。(4)缺少动态信息。目前公路隧道养护信息，主要是对设计、施工、检测和监测等各文件资料的数据整理，且普遍缺少对隧道土建结构和机电设施等各类设施的长期监测数据，再加上管理上的缺陷，各类信息不能描述隧道内各类设施的变化过程，缺少动态信息。(5)养护信息与决策管理脱节。大部分隧道都建立了信息化管理系统，隧道的基础数据都已实现电子化，但是，由于系统的操作不便，巡视人员每天记录的隧道病害发展情况不能及时录入系统，部分隧道管理系统荣入的病害情况滞后于值班口志的病害情况，一年前荣入系统的病害仍然存在，未及时修复，管理系统未与养护作业挂钩，不能有效地为养护科学化决策服务。基于目前公路隧道养护信息的管理现状，故将云计算技术引入隧道养护系统，建立公路隧道养护系统的“云平台”，可以将零散资源整合成极大规模的数据库云，既可轻松实现无限存储、超级运算、高效快速传输、资源共享等传统技术无法实现的功能，又可以有效发挥我国各级隧道养护系统的地区特色，从而实现多种养护资源信息的便捷获取和全面井享，提高隧道养护的服务水平和质量。 2采用云平台幵发模式的优势(1)与传统开发模式的比较。传统开发模式，是以软件产品为屮心，通过市场推广以不断寻找更多的客户购买产品来实现业务增长，其服务模式具有单一性、不可控性等特点，并且软件部署较为复杂，通常需耍根据不同业务部署在不同的服务器上面，而且其扩展性较弱以及扩展技术比较复杂。云平台开发模式，是以业务服务为中心，通过统一的开发及部署平台，让开发用户专注到产品业务中来，云平台模式改变了传统模式的部署方式，可进行统一部署，大大降低了软件部署的难度和成本，方便软件的部署及扩展。(2)采用云计算技术的优势分析。本期公路隧道养护智能养护系统云平台采用iaaS+SaaS的云服务模式，基础设施服务(IaaS)采用交科院自建私有云的服务模式，这种自建私有云的模式能有效提升隧道养护智能养护云平台数据的安全性及云平台服务的灵活性，在此环境下，网络、数据、计算、存储等TT硬件资源被整合成一个动态的资源池，采用多租户模式服务多个客户，即按照客户需求动态分配各种物理资源和虚拟资源，有效把各种计算机资源合理利用起来，节约了硬件成本，提高了硬件的使用效率。软件即服务(SaaS)将公路隧道智能养护平台建立成一套公有的软件平台，用户不需要购买软件，而改用向租用平台服务，此举的优势如下。(1)从技术层面來看:能让客户无需配备IT方面专业人员，同时又能得到最新的技术应用，满足客户对隧道管养的规范要求。(2)从投资层面来看:客户只需要以和对低廉的“月租”方式进行投资，不用一次性投资到位，不用占用过多的营运资金，缓解客户资金不足的压力。3云平台的设计与系统组成3.1功能设计隧道养护信息技术，是应用计算机技术、通信技术和传感器技术等信息技术手段,来设计、开发、安装和实施隧道养护信息系统和应用软件。隧道养护信息技术，既涉及到隧道养护监测和检测过程中的信息釆集、隧道养护评估过程中的信息处理等，又涉及到隧道养护管理过程中的信息存储、计划管理、管理软件系统等管理手段与方法等。显然，借助隧道养护信息技术，既能一定程度地缓解在养护管理资源方面的需求瓶颈，又能实现养护检测和决策工作方面的部分需求，也能满足养护管理工作方面的部分需求。 针对目前公路隧道养护信息的管理现状，以及对云计算技术的应用，确定“云友”赞能云平台的功能定位如下：(1)管理更清晰，不同养护角色权限不同，使政企分离、管养分开、人贝职责明确；(2)目的更明确，通过设置养护计划和策略，明确养护目的；(3)资源更匹配，人、财、物、设备等资源与养护工作任务高度匹配;(4)技术手段先进，检测设备先进、解译水平高，能实现预防性养护和辅助管理；(5)评估决策科学，基于事件关联的隧道技术状况评价决策体系，使决策更科学、更智能。由此，“云友”智能云平台应具有以下功能：(1)隧道各类设施养护工作信息的录入与存储；(2)隧道各类设施综合技术状况的评估；(3)制订隧道养护计划；(4)安排、优化和管理隧道养护工作；(5)隧道各类设施安仝风险及发展趋势预测；(6)拟定隧道维修加固决策；(7)编制隧道养护预算；(8)提供专家系统咨询服务。3.2技术架构基于系统的需求和业务描述，结合隧道管养平台的人员使用特点，系统将采用B/S(浏览器/服务器)架构方式来实现结构与用户的交互方式，从而减少部署和维护成本，提高用户可用性。同时，B/S结构系统采用模块化结构，便于后期的功能扩展，具有良好的可伸缩性和扩展性。客户端不再和数据库服务器相连，减少了数据库的访问接口，从而保证了数据的安全性和保密性，其结构图如图1所示。图1系统软件结构下载原图3.3系统总体结构 本裨能云平台可以从三个方面概括，其屮包括公路隧道运营监测、公路隧道养护以及决策分析单元。具体按照业务分类可以分为土建结构模块、机电设施模块、其他工程设施模块、报表模块、专家系统模块、养护管理与策略模块以及隧道基础信息模块，如图2所示。 3.4系统实现(1)“土建结构”模块。主耍提供隧道土建结构的养护信息录入、査询与综合技术状况的评估等功能。(2)“机电设施”模块。主要提供隧道机电设施的养护信息录入、查询与综合技术状况的评估等功能。(3)“其他工程设施”模块。主要提供隧道其他工程设施的养护信息泶入、查询与综合技术状况的评估等功能。(4)“报表报告”模块。主要根据各类检测信息，提供检查报告、统计图表等功能。(5)“专家系统”模块。主要向各类专家与养护机构提供交流互动功能。(6)“养护管理与策略”模块。主要根据隧道检测评估结果等情况，提供“养护工作管理”、“养护计划”和“养护策略”等功能。(7)“用户反馈”模块。主要向各类平台用户与平台技术和开发人员提供交流互动功能。(8)“隧道基础信息”模块。主要提供隧道设计、施工、竣工、维修加固等基础信息的录入、查询等功能。4“云友”智能云平台的特点(1)云平台开发模式:引入云计算技术，充分利用其按需、易拓展的服务特点，为不同等级、不同需求的用户按需订制养护服务模式。 (2)行业规范法理基础:依据2015年3/11日发布实施的《公路隧道养护技术规范》(JTGH12-2015)进行开发。(3)方便实用信息化技术:基于用户使用角度，将隧道设计、竣工、检测和管理等各类养护信息进行数字化和标准化，将检测和评估等各类养护工作流程化和规范化，最终形成方便实用的隧道养护信息化技术。(4)动态编制养护方案:根据对各类养护信息的整理、比对和分析，基于行业规范方法，“动态”编制相应养护计划和策略。(5)提供专家诊断服务:针对部分现有养护技术不足的现状，通过“线上”调阅养护信息一“线下”专家诊断分析一“线上”上传专家意见的模式，提供专家诊断服务。5工程应用目前，“云友”智能云平台正在包茂高速公路彭黔段、黔酉段、桂林段，以及福银高速三明段、泉厦高速厦门段和南京绕城高速公路等路段的隧道工程中进行试用，系统的可靠性及适用性经受了考验。6结语随着我国公路隧道交通从建设为主阶段转向建养并重阶段，亟需加强公路隧道的信息化养护管理。“云友”智能云平台的建立则可指导公路隧道日常养护、维修和加固等阶段主要管理工作的多功能信息处理与智能决策系统。实现公路隧道养护日常管理的数字化、养护巡奔和其他各类检奔信息采集的标准化、养护信息综合处理的规范化以及养护管理和维修决策的科学化。通过工程应用，系统的可靠性及适用性经受了考验。参考文献[1]吴江滨，张顶立，王梦恕.铁路运营隧道病害现状及检测评估[J].中国安全科学学报，2003,13(6):49-52.[2]AkiraH.DevelopmentofexpertsystemsinJNR.JapaneseRailwayEngineering[J].1986，26(3):16-20.[3]KazuakiK，MinoruK，TsutomuTotal.StructureandconstructionexamplesoftunnelreinforcementmethodusingthinsteelpanelsTil.NipponSteeltechnicalReport,2005,92:45-50. 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