高速公路信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳琳

摘要：文章結(jié)合高速公路信息化管理系統(tǒng)的需求，分析確定其系統(tǒng)總體組成框架，從系統(tǒng)功能模塊、路段監(jiān)控、隧道監(jiān)控和聯(lián)動(dòng)方案管理等四方面介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，從路段監(jiān)控、隧道監(jiān)控、安全預(yù)警等三方面闡述了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，并全面分析了信息化管理系統(tǒng)的功能，以綜合提高高速公路管理效率和服務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：高速公路;信息化管理系統(tǒng);路段監(jiān)控;隧道監(jiān)控

中國(guó)分類號(hào)：U412.6文章標(biāo)識(shí)碼：A552054

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)多條高速公路開展了信息化管理系統(tǒng)的開發(fā)，以求提高服務(wù)質(zhì)量和管理水平，降低管理費(fèi)用。傳統(tǒng)的高速公路日常信息化管理還沒有形成體系，沒有實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備的統(tǒng)一管理，在發(fā)生事故時(shí)只能單個(gè)處理，還沒有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度。本文通過對(duì)高速公路信息化管理的功能需求進(jìn)行綜合分析，確定了信息化管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行全面闡述，總結(jié)分析關(guān)鍵技術(shù)。

1 系統(tǒng)總體框架

高速公路信息化管理系統(tǒng)的開發(fā)是在充分利用已有信息資源的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最新的數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。建立和完善數(shù)據(jù)庫，將各個(gè)子系統(tǒng)融合為一個(gè)整體，通過分析提煉有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，為高速公路信息化管理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

高速公路信息化管理系統(tǒng)的總體框架采用WEB的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)可提高數(shù)據(jù)的安全性、方便擴(kuò)充功能，也便于后期進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)。系統(tǒng)第一層為物理層，主要功能是通過各類設(shè)備完成通信，收集數(shù)據(jù);系統(tǒng)數(shù)據(jù)層（第二層）的功能是對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理;人機(jī)界面（第三層）可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖片和視頻的查找與共享。通過分布權(quán)限，管理人員可在系統(tǒng)內(nèi)部任意一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)對(duì)高速公路展開監(jiān)控和管理工作。外部人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問系統(tǒng)，獲取出行信息等，為各類用戶提供服務(wù)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

2.1.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析層

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析層各設(shè)備通過專用的通信協(xié)議與外場(chǎng)設(shè)備連接，通過相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)ν鈭?chǎng)設(shè)備采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)分析后轉(zhuǎn)換為各個(gè)文件形式，部分?jǐn)?shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，傳輸?shù)较乱粚?。該層各設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序有專用的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，彼此互不影響。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層是將統(tǒng)計(jì)分析層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行進(jìn)一步處理，處理后的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)表現(xiàn)層提取。該層的功能模塊根據(jù)需要對(duì)采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并存入數(shù)據(jù)庫。

2.1.3 數(shù)據(jù)表現(xiàn)層

數(shù)據(jù)表現(xiàn)層是通過功能模塊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，以圖形、數(shù)字和報(bào)表等形式呈現(xiàn)給用戶。該層的主要功能是進(jìn)行圖形制作，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控界面的布置、外場(chǎng)設(shè)備擺放位置的設(shè)計(jì)等。該層為用戶界面，可將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換后直接呈現(xiàn)給用戶，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路的監(jiān)控管理。

綜上所述，以上三個(gè)功能層為系統(tǒng)功能模塊組成部分，系統(tǒng)功能模塊總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 隧道監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

隧道監(jiān)控模塊由監(jiān)控分中心、外場(chǎng)設(shè)備、服務(wù)器、傳輸系統(tǒng)等組成，該模塊組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。該模塊可以對(duì)隧道內(nèi)部的有害氣體濃度、光強(qiáng)、風(fēng)機(jī)、照明設(shè)施等進(jìn)行檢測(cè)和控制，并通過可變情報(bào)板、信號(hào)燈等為出行人員提供信息和提示，緊急情況下還可安排救援。

2.2 路段監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

路段監(jiān)控模塊由監(jiān)控中心、外場(chǎng)設(shè)備、服務(wù)器、傳輸系統(tǒng)等組成，該模塊組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。該模塊可對(duì)各路段的氣象條件、交通量、車輛信息等進(jìn)行監(jiān)控，并通過可變情報(bào)板等為出行人員提供路況信息。

2.4 聯(lián)動(dòng)方案管理模塊設(shè)計(jì)

該模塊是在緊急情況下，對(duì)隧道內(nèi)部的風(fēng)機(jī)、照明等設(shè)施進(jìn)行控制，并通過可變情報(bào)板、車道標(biāo)志、信號(hào)燈發(fā)布信息。觸動(dòng)源動(dòng)作主要是隧道內(nèi)部的CO/Ⅵ超標(biāo)、火災(zāi)報(bào)警和照明設(shè)備異常等，由值班人員確認(rèn)后選擇處治方案，并操控外場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行處治方案，觸動(dòng)接觸完成后恢復(fù)至正常運(yùn)行狀態(tài)。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 路段監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

路段監(jiān)控模塊可以以圖形格式顯示高速公路各路段的交通監(jiān)控信息，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛信息、氣象信息，并通過可變情報(bào)板將監(jiān)控信息顯示出來，路段監(jiān)控主界面如圖5所示。

車輛信息監(jiān)控是通過車輛檢測(cè)器對(duì)高速公路上車輛的車型、車速、車流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并將數(shù)據(jù)處理后實(shí)時(shí)顯示出來。通過外場(chǎng)設(shè)備收集車輛信息，每5 min向分中心上報(bào)一次。分中心將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來，處理后在監(jiān)控界面顯示。如高速公路出現(xiàn)擁擠或堵塞現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警，并彈出處治方案，提醒管理人員采取措施進(jìn)行處治。另外，分中心可以通過向通信設(shè)備發(fā)送檢測(cè)命令來檢測(cè)通信設(shè)備是否正常。

3.2 隧道監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)

隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)隧道內(nèi)部的車輛數(shù)據(jù)、CO濃度、Ⅵ濃度、光強(qiáng)、火災(zāi)預(yù)警、風(fēng)機(jī)、照明設(shè)施等情況進(jìn)行檢測(cè)，并提供緊急通信服務(wù)，隧道監(jiān)控模塊主界面如圖6所示。

隧道監(jiān)控模塊可以對(duì)車流量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，經(jīng)分中心處理后在監(jiān)控界面顯示出來。隧道內(nèi)部發(fā)生擁堵時(shí)進(jìn)行預(yù)警，提示管理人員選擇措施進(jìn)行處理。實(shí)時(shí)收集隧道內(nèi)部的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并在隧道內(nèi)部和外部的可變情報(bào)板顯示處理方案。根據(jù)隧道內(nèi)部各車道的通行情況，調(diào)整信號(hào)燈，指揮車輛通行，隧道交通指示界面如圖7所示。每分鐘對(duì)隧道內(nèi)部的CO/Ⅵ濃度、光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到分中心，經(jīng)處理后在監(jiān)控界面上顯示。如隧道內(nèi)部的CO/Ⅵ濃度、光強(qiáng)檢測(cè)值超限，系統(tǒng)預(yù)警并提示系統(tǒng)管理員選擇措施進(jìn)行處理。

隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)被作為一個(gè)單獨(dú)的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行管理，分級(jí)與PLC本地控制器連接，通風(fēng)系統(tǒng)手動(dòng)控制界面如圖8所示。根據(jù)隧道內(nèi)部CO/Ⅵ濃度、通風(fēng)狀況、風(fēng)速等調(diào)整風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。管理員可以直接查看風(fēng)機(jī)的參數(shù)，并根據(jù)需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)隧道內(nèi)部照明設(shè)備運(yùn)行情況、光強(qiáng)檢測(cè)結(jié)果等參數(shù)對(duì)隧道內(nèi)部照明設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，隧道照明系統(tǒng)手動(dòng)控制界面如圖9所示。管理員可以通過手動(dòng)控制界面直接查詢照明設(shè)備的配置參數(shù)，并根據(jù)照明需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

3.3 聯(lián)動(dòng)方案管理功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控結(jié)果，分析確定照明、通風(fēng)等機(jī)電設(shè)備和通信設(shè)備的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)采取措施進(jìn)行處治。

系統(tǒng)發(fā)生異常事件后，及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，提醒管理人員進(jìn)行處理。當(dāng)隧道內(nèi)部的CO/Ⅵ濃度、風(fēng)速等指標(biāo)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)可以直接調(diào)用相應(yīng)的處治方案，供管理人員選擇。對(duì)系統(tǒng)異常事件、交通事件、其他異常事件進(jìn)行歸類，根據(jù)事件特征選擇調(diào)用處理方案。

4 結(jié)語

本文結(jié)合高速公路信息化管理現(xiàn)狀，分析了高速公路信息化管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題，結(jié)合系統(tǒng)需求進(jìn)行系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)，并從路段監(jiān)控、隧道監(jiān)控和聯(lián)動(dòng)方案管理三個(gè)大方面對(duì)信息化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了全面闡述。高速公路信息化管理系統(tǒng)可將路段監(jiān)控、隧道監(jiān)控等功能集合形成一個(gè)整體，綜合利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的管理效率。另外，通過數(shù)據(jù)共享，管理人員可實(shí)時(shí)查詢數(shù)據(jù)，并向出行人員發(fā)布信息，可有效提高高速公路的運(yùn)行效率，全面提升服務(wù)水平。

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