可视化GIS技术在运维系统中的应用
在目前高速公路信息化领域中，物联网技术的应用已达到一定的成熟度，但是随着高速公路路网信息化的不断发展以及规模的不断扩大，随之而来的业务复杂度不断提升，系统的风险也越来越集中，给交通信息化领域中的运维管理能力带来了极大的考验。结合现状，引用GIS技术的应用来加强运维系统管理能力是一种解决手段，GIS的应用让运维系统结合ITS地理区域分布的特点，将基于动态分层地图信息汇聚层专有技术与系统建设进行了有机融合，展现了基础设施的静态、动态信息及路网运行动态区域分布信息。
一、运维系统简介
运行维护系统（以下简称运维系统），是以高速公路智能设施维护管理的科学化、信息化为目标，以计算机系统为平台，以地理信息技术、网络技术和信息管理技术为支撑，在设备管理的制度化、规范化的基础上，提供支持机电系统正常运行的设备信息管理工具。
运行维护系统是对软、硬件设施以及外场设施的运行状态进行监控、记录、告警展示的系统。通过对内外场设施的实时监控，可以快速发现智能化设备运行过程中存在的问题，为联网中心各系统安全、稳定和高效运行提供保障，同时为联网中心运维管理工作提供全方位、可靠、高效的管理操作手段，实现管理工作的信息化、规范化与标准化管理，全面提升运行维护的工作效率与管理水平。
二、GIS介绍
地理信息系统（GIS）技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术，在资源与环境应用领域中，它发挥着技术先导的作用。GIS技术不仅可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息，还可以对资源环境管理和实践模式进行快速和重复的分析测试，便于制定决策，进行科学和政策的标准评价，而且可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较，也可将数据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流，明显地提高工作效率和经济效益，为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持。
GIS在高速公路信息化系统中的应用可以实现高速公路交通信息、基础设施、气象信息等相关数据的实时展示、检索，并为路段以及省中心其他系统提供GIS展示方面的服务。
利用GIS技术提供可视化操作平台，将基础资源信息、事件动态信息、业务协同信息集中展示，梳理事件处置流程，实现路网与路段之间的协作。利用自动检测手段，减轻调度人员工作强度，减少人工漏判、误判情况，保障数据安全、稳定、高效、健康运行，提升对路况综合信息的动态感知、快速响应和实时发布能力，及时掌握外场设施、设备运行状况。
（一）GIS硬件架构
由于内网与外网在数据与应用安全上有不同的要求，所以从数据库服务器到应用服务器内网与外网应分别硬件隔离。
1、内网应用方面
对于联网中心与路中心的包括监控调度、运维系统、收费系统、决策支持系统等内部系统，数据由数据中心GIS数据库服务器、各系统属性与实时历史数据库提供，功能服务由GIS服务平台的出图渲染服务器与査询分析服务器发布，其中2台服务器做硬件负载均衡与软件负载均衡，均为IBM x3850 X5服务器。
2、外网应用方面
对于公众服务平台www.96777.com应用与手机应用等外网服务，基于安全性考虑在服务平台之上由防火墙进行隔离。数据由两台外网数据库服务器提供，数据中心数据库通过核心交换机对其进行定期数据推送。功能服务由GIS服务平台的出图渲染服务器与査询分析服务器发布，服务器做硬件负载均衡与软件负载均衡，均为IBM x3850 X5服务器。
3、与各单位数据共享
交通厅信息中心遥感服务在数据中心的前置机中发布服务供内网应用调用，高速公路各路公司通过数据中心的文件共享服务器以及GIS服务平台中的出图渲染应用服务器进行数据服务发布共享。
具体GIS硬件架构设计如图1所示。
（二）GIS软件架构
G1S矢量数据在数据中心的GIS空间数据库中存储，关联了资源属性库与实时历史库后供GIS服务平台调用。GIS服务平台在应用服务器时按功能应用封装了常用的GIS功能接口，供不同应用系统开发调用使用。GIS服务平台为内外网各系统提供数据服务与应用服务，并为相关单位提供数据服务共享：相关单位可通过调用此OGC标准的服务地址来构建其特定的专业应用子系统。
1、性能优化
考虑到需满足GIS并发数，尤其是外网应用，经调研最少需要达到100个瞬时GIS并发才能满足需求，因此在内网或外网中，需要各配两套iServer高级版平台软件，通过集群技术提高GIS并发。
2、接口封装
将底层接口按实际功能与业务需求封装成常用的开发接口，包括基本操作接口、实时渲染接口、査询操作接口和空间分析接口等，以方便各应用调用开发与软件维护。
3、数据服务共享发布
GIS服务平台为内外网各系统提供数据服务与应用服务，并为相关单位提供数据服务共享。
具体GIS软件架构设计如图2所示。
三、GIS技术在运维系统中应用
以运维系统为例，配以GIS平台为基础数据平台，保障了运维内场中机房设施相关数据采集的安全性及准确性，实现了对服务器、网络及安全设备等的基础设施的监控支持，并且及时掌握了外场设施、设备运行状况。
（一）数据保障
利用GIS自身空间数据分析以及矢量数据分析等特点，采集、贮存、管理、分析外场设备的相关数据。利用外场设备保障数据传输的同时，为内场运维系统及其他相关业务系统提供了数据质量上的保障。
这些数据质量可以通过数据建模方式得到保障，因为GIS能够描述地表和大气等的二维三维特征。
例如，GIS能够将反映气象信息中降雨量的雨量线迅速制图。
这样的图称为雨量线图。通过有限数量的点的量测可以估计出整个地表的特征，这样的方法已经很成熟。一张二维雨量线图可以和G1S中相同区域的其他图层进行叠加分析。
（二）设备展示的特性
利用GIS地图实现对外场设备基础数据GIS实时展示，通过GIS地图的方式，展示设备的基础数据，通过图层控制工具，可以査看不同类型设备的点位和详细信息。这样的方式给用户带来的操作的直观性、管理的实时性、控制的便捷性、信息的综合性、分析的智能性、业务的联动性都是无可比拟的。
1、操作的直观性
用户可以在地图上直接对外场设备（如摄像机、情报板、交调设备等）进行快速定位和査询，这些外场设备的整体和局域分布状况均可以精准定位，用户可以通过过滤条件选择所想査看范围内外场设备的信息。GIS地图为用户提供了可视化的査询方式，如点选、面选（一定范围选择）、线性选择（一条线上选择）、多边形选择（多条不规则线选择）等多重空间査询条件，处于选中状态的设备属性信息，以摄像机为例，视频的点的编号、型号、维护单位信息、桩号位置、所属路公司等信息，便可在地图上显示出来。同时，GIS地图还支持摄像机图属互动査询，用户不仅可以通过点击地图上的摄像机，査看其详细信息，同样也可以通过输入摄像机编号，査询出该摄像机的信息，从而实现底图数据和文字信息的互査功能。
2、管理的实时往
GIS地图的直观性为用户营造了一个图文并茂、简单便捷的使用环境，它对运维系统外场设备管理实时性的增强，也起了非常大的作用。比如摄像机，它可以提供24小时全天候以及全方位的图像监视功能，用户可以在地图上直接选定某个摄像机，调取监测点的实时图像，并可切换至运维系统界面、指挥中心上大屏幕显示，为用户提供最直观的信息。同时还支持视频图像导航功能，在调出的视频窗口点击播放某一实时视频时，该摄像机会在GIS地图上高亮闪烁以及居中显示，并能査看该摄像机的详细信息，也就是说，可以提供实时图像与地理数据的互査服务。
用户还可以通过运维系统中GIS地图接收每个摄像机的地理位置信息，并在地图中轮巡播放指定的摄像机，帮助用户实时掌握摄像机的监控路径，并且可以根据需要及时调整轮巡的时序和方式。
3、展示的动态性
GIS地图支持用户通过点击某个外场设备，启动该外场设备的检索，在用户设定地理位置和时间要求的情况下，系统能够自动播放和展示符合要求的图像及信息。通过这些信息可以实时了解路况信息，同时可以捕捉特定目标，描绘出特定目标的移动轨迹，如GPS信息査询、交调流量信息等。
GIS技术以地理空间信息为桥梁，实现外场设备信息的集成，增加对图像及其他信息的发掘能力，同时为智能分析、预案处理分析、业务联动提供技术支撑。
4、信息的综合性
信息的综合性是指通过一系列的数据转换和处理，使GIS数据与设备或其他数据关联起来。用户在GIS地图上直接点击、模糊査询或列表选择某个点位，可以迅速从运维系统所提供的功能菜单中调取各种所需信息，包括如下几点。
（1）实时监控，供用户査看现场情况。
（2）设备所在的地理信息和周边环境信息。
（3）设备运行状态、设备质量、设备的有效性。
（4）设备周边资源配置信息。这类信息的覆盖范围很广，包括道路设施、水源布局、重点单位、所属派出所、警用车辆、巡逻人员等，当遇到紧急状况时，可以在GIS地图上调出周边资源配置信息，紧急调度可用人力物力，减少反应时间。
（5）设备的故障警告信息。当设备出现故障时，比如视频打不开、信息中断或设备损坏等，GIS地图上该点位设备信息会出现红色标记不停闪烁，同时运维系统产生一条设备损坏信息通知用户。用户通过GIS地图直接点击该设备节点，会以弹出窗口的形式显示该设备的用途、类型、操作系统、IP地址、当前运行状态、周边维护单位等详细信息，方便用户准确发出指令及时解除故障。
（6）设备的维修情况和历史记录。用户可以通过运维系统全面掌握所有设备的故障状态，合理配备相应资源跟进维护。详细的设备维修日志包括维修日期、维修人员、故障原因、解决方案等，与设备地理空间信息关联显示，为延长设备的使用寿命、提高故障处理能力、增强视频监控系统运行的可持续性，储备充分的信息资源。
5、分析的智能性
用户可以直接通过运维系统中GIS地图决速査看并统计内外场设备的损坏情况。通过分析，对各种原因产生的问题形成的相应可视化图表进行排名展示，如监控设备的运行状态、故障率、故障因素、修复率等运维数据和指标，辅助管理和决策者对信息系统运行状态进行全面把握，同时辅助管理者对信息系统设施设备运行维护工作进行绩效分析、评价、考核。需包括如下几点。
（1）硬件智能化
硬件部分包括外场设施设备和内场机房设施设备，均可在运维系统中的GIS地图界面上査看设备的运行状态情况。一旦设备出现损坏或者机房温度、湿度、UPS供电等出现异常，在系统的GIS地图界面上，将自动在损坏的设施设备或所在服务器上进行标红显示，除在运维系统中自动生成一条报警信息以外，同时对损坏原因或设备损坏次数等信息形成可视化图形进行展示，及时让用户第一时间了解设备损坏情况及损坏原因等信息，方便用户根据损坏原因找到修复的方式。
（2）软件智能化
软件部分包括对机房内服务器中运行的内部应用系统、程序及网络环境的运行监控。比如监控传输数据是否稳定，服务器当前TCP连接数、响应速度是否正常等。出现异常情况时，GIS地图界面中会出现红色闪烁标记并报警提示用户，便于用户快速发现、分析并解决问题，确保系统软件的正常运行。
（3）移动端实时监控管理
为了让用户更便捷地査看运维系统中内外场设施设备及系统运行状态，针对现有网络及业务的维护工作，结合PC端运维系统的功能应用，完成了手机端“运维系统”APP。“运维系统”APP实现了移动端与PC端业务流的交互，用户可以通过手机端“运维系统”APP中有关GIS地图界面，第一时间査看内外场设施设备的运作情况及系统运行状态，并能够实现远程监控、手动重启等操作，使用户能对现场维护工作进行实时反馈处理，提高工作效率。另外，根据“运维系统”的不同需要，将在未来逐步更新相应的功能模块，使移动端的功能更完善，操作更便捷。
四、结束语
GIS的应用是运维系统的重要组成部分，在现有运维系统建设日趋完善的前提下，将GIS引入到高速公路中，成为当前高速公路运维管理系统的必然趋势。随着高速公路内外场硬件设施和软件系统的建设以及移动通信技术的应用，建设符合高速公路运维管理系统的基本条件已经基本具备，将GIS技术作为一个信息平台引入高速公路运维管理系统模式中，使之成为一个设备技术数据与査询支撑平台，是构建快速反应、和谐高速公路的一个重要方面，也是未来高速公路运维系统模式的发展方向，是信息化高速公路建设的代表。
作者：王世鲲 曹晓强 孙同心 单位：上海电科智能系统股份有限公司
