高速公路信息化管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

張海濤

（河南交通投資集團有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

公路具有點多、線長、面廣的特點，統(tǒng)計工作具有較強的復雜性，傳統(tǒng)模式下，主要以人工為主，紙質(zhì)記錄的統(tǒng)計方式工作效率低，準確度不足，在統(tǒng)計過程中涉及的信息量很大，人工統(tǒng)計會出現(xiàn)失誤、遺漏等問題。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，管理人員可實時查詢數(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行效率，全面提升服務水平?；诖耍疚闹饕治隽烁咚俟沸畔⒒芾硐到y(tǒng)設計與實現(xiàn)。

1 公路信息化建設現(xiàn)狀

建立功能完善的信息系統(tǒng)是推動公路統(tǒng)計工作順利有效開展的前提和保障，也是提供數(shù)據(jù)信息及時性、全面性的重要手段。結(jié)合目前情況來看，由于我國公路建設面積大，涉及范圍廣，很多地區(qū)尚未建立較為完善的信息管理系統(tǒng)，在我國一些經(jīng)濟水平不高的地區(qū)仍然采用以人工為主的統(tǒng)計方式，給我國公路統(tǒng)計信息化建設的進一步發(fā)展造成了制約。其次，從宏觀的角度出發(fā)，在全國公路范圍內(nèi)建立信息化統(tǒng)計管理系統(tǒng)有助于推動公路事業(yè)的進一步發(fā)展。在我國經(jīng)濟和社會迅速發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的統(tǒng)計模式已經(jīng)無法滿足行業(yè)發(fā)展的需求。除了信息化程度不足之外，公共統(tǒng)計工作具有一定的重復性，統(tǒng)計人員工作積極性和主動性不足，在實際統(tǒng)計工作開展過程中缺乏創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，很多工作人員仍然秉持傳統(tǒng)的思維模式，無法根據(jù)行業(yè)發(fā)展的需求提高自己專業(yè)技能和綜合素質(zhì)，無法將現(xiàn)代化的信息管理系統(tǒng)有效利用到實際管理工作中，這也是阻礙我國公路統(tǒng)計工作進一步發(fā)展的主要原因之一[1]。

2 高速公路信息化管理系統(tǒng)設計

2.1 設計目標

滿足公路信息化管理實際需求，結(jié)合公路養(yǎng)護管理現(xiàn)狀，構(gòu)建完善的信息管理系統(tǒng)，并應用于公路信息化養(yǎng)護管理中，提高公路養(yǎng)護管理質(zhì)量和效能。系統(tǒng)的搭建實現(xiàn)公路養(yǎng)護管理中的基礎數(shù)據(jù)進行信息化管理、工程日常維護與施工建設管理、公路橋梁評價與安全管理、智能決策輔助管理、數(shù)據(jù)化報表統(tǒng)計與查詢管理等信息化管理功能。在系統(tǒng)中把參與公路管理的工作人員都納入進來，實現(xiàn)辦公業(yè)務的自動化、數(shù)據(jù)檢索與查詢的智能化、決策智能輔助的科學化，進一步提升公路養(yǎng)護管理的信息化效能[2]。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設計

2.2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析層

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析層各設備通過專用的通信協(xié)議與外場設備連接，通過相應的驅(qū)動程序?qū)ν鈭鲈O備采集回來的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。統(tǒng)計分析后轉(zhuǎn)換為各個文件形式，部分數(shù)據(jù)存入實時數(shù)據(jù)庫，傳輸?shù)较乱粚?。該層各設備的驅(qū)動程序有專用的驅(qū)動設備，彼此互不影響。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層是將統(tǒng)計分析層實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過驅(qū)動程序進行進一步處理，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)需要對采集回來的數(shù)據(jù)進行處理，并存入數(shù)據(jù)庫。

2.3 隧道監(jiān)控模塊設計

隧道監(jiān)控模塊由監(jiān)控分中心、外場設備、服務器、傳輸系統(tǒng)等組成。該模塊可以對隧道內(nèi)部的有害氣體濃度、光強、風機、照明設施等進行檢測和控制，并通過可變情報板、信號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。

2.4 路段監(jiān)控模塊設計

路段監(jiān)控模塊由監(jiān)控中心、外場設備、服務器、傳輸系統(tǒng)等組成。該模塊可對各路段的氣象條件、交通量、車輛信息等進行監(jiān)控，并通過可變情報板等為出行人員提供路況信息[3]。

2.5 聯(lián)動方案管理模塊設計

該模塊是在緊急情況下，對隧道內(nèi)部的風機、照明等設施進行控制，并通過可變情報板、車道標志、信號燈發(fā)布信息。觸動源動作主要是隧道內(nèi)部的CO/VI 超標、火災報警和照明設備異常等，由值班人員確認后選擇處治方案，并操控外場設備執(zhí)行處治方案，觸動接觸完成后恢復至正常運行狀態(tài)。

3 高速公路信息化管理系統(tǒng)實現(xiàn)措施

3.1 建立信息化管理制度

建立統(tǒng)一的信息化管理標準，保障公路信息化管理的穩(wěn)步進行，加強各部門層級之間的溝通，推動其更好發(fā)展。制定科學合理的公路信息化管理發(fā)展規(guī)劃，打造公路養(yǎng)護管理全面信息化與網(wǎng)絡化的戰(zhàn)略目標，結(jié)合公路養(yǎng)護實際情況，開展信息化總體建設。制訂公路養(yǎng)護管理暫行辦法和興化市公路養(yǎng)護管理體制改革意見，針對興化市公路養(yǎng)護管理中存在的問題，采取有效的措施具有針對性的解決問題，保障興化市公路信息化管理有據(jù)可依、有法可查。徹底打破現(xiàn)存的傳統(tǒng)的業(yè)務格局，讓高速公路養(yǎng)護管理的數(shù)據(jù)信息可以及時、準確在各級部門之間傳遞。全面掌握在信息化管理中的差異化數(shù)據(jù)，對各類數(shù)據(jù)信息進行持續(xù)匯總，并結(jié)合實際具有針對性的制定標準化的信息化管理制度。

3.2 充分利用好現(xiàn)代化的信息技術(shù)

隨著我國網(wǎng)絡技術(shù)和科學技術(shù)的逐漸發(fā)展，公路統(tǒng)計信息系統(tǒng)的建設是公路行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是提高統(tǒng)計工作效率和工作質(zhì)量的有效手段。以人工為主的傳統(tǒng)統(tǒng)計工作模式具有很大的局限性，統(tǒng)計工作開展過程中容易出現(xiàn)各類不可控制的問題，容易出現(xiàn)信息數(shù)據(jù)遺漏、準確性不足、信息全面性缺乏，收集到的信息數(shù)據(jù)與實際情況不符，給公路建設和養(yǎng)護工作造成難度。充分利用信息化系統(tǒng)可以使信息數(shù)據(jù)更加全面、精細、準確，同時還能有效降低實際工作中投入的人力成本，減少統(tǒng)計人員的工作量[4]。

3.3 優(yōu)化高速公路信息化技術(shù)

3.3.1 自動質(zhì)量巡檢

為從根本上保證高速公路監(jiān)控系統(tǒng)在構(gòu)建和應用時的完整性和有效性，盡可能滿足高速公路在監(jiān)控時提出的個性化需求，要將智慧監(jiān)控科學合理地引入其中。將其作為基礎，有利于實現(xiàn)高速公路信息化建設的有效推進，同時對先進技術(shù)手段的合理利用，能夠保證高速公路監(jiān)控系統(tǒng)自身智能化水平得到有效提升，以此推動高速公路工程項目的建設和穩(wěn)定高效發(fā)展。高速公路工程項目由于各個路段視頻編碼之間具有明顯的差異，所以導致整個視頻格式存在不同，對后續(xù)管理造成一定影響。因此，應保證現(xiàn)有路段視頻編碼格式的統(tǒng)一性，以此保證后續(xù)管理工作的全面有序開展。編制視頻格式標準時，以H.264 為基礎，合理利用符合要求的格式，以提供清晰可靠的視頻。在智慧監(jiān)控的影響下，對自動質(zhì)量巡檢方式進行合理利用，能夠定期對自動巡檢方法進行合理利用，對系統(tǒng)運行中可能存在的信號丟失等相關(guān)問題進行巡視檢查，以保證故障維護工作效率得以提升[5]。

3.3.2 監(jiān)控視頻智能化

智能化分析作為智慧監(jiān)控的重要功能，在高速公路信息化建設中有突出的作用。高速公路事業(yè)發(fā)展進一步穩(wěn)固了視頻監(jiān)控的重要地位，視頻監(jiān)控范圍越來越大，覆蓋密度也不斷增加，能夠?qū)ΜF(xiàn)有資源進行更加合理的利用。通過智慧監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)Ω咚俟奋嚵髁窟M行實時監(jiān)測，分析各個時間段車流量情況。同時，智能化分析功能可以對高速公路中車輛運行情況進行實時分析，比如車輛行駛、停止以及加速狀態(tài)等，為導航、交通疏導等提供實時數(shù)據(jù)支持。圖1 為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)軟件整體架構(gòu)圖。智慧監(jiān)控技術(shù)應用于高速公路信息化建設，可以提升其智能化程度，運用到高速公路安全監(jiān)測工作體系中，能夠從根本上對運行車輛進行動態(tài)化監(jiān)測，且通過智能化分析車輛運行的狀態(tài)，可以對車輛運行中存在的異常問題及時處理，消除安全隱患。

3.3.3 ETC 收費系統(tǒng)

各省在全國統(tǒng)一收費標準框架下，制訂了高速公路行業(yè)準則、地方標準，使高速公路管理行為統(tǒng)一化。除此之外，各省對ETC 配套項目的設備規(guī)范和技術(shù)標準的統(tǒng)一也十分重視?，F(xiàn)各省主要使用的是具有開放框架，可兼容5G 技術(shù)的中國交通、華為等ETC 門架系統(tǒng)，以保護目前基建投資能夠向未來智慧高速公路平滑過渡，同時為后續(xù)選擇發(fā)展5G+C－V2X 技術(shù)奠定了基礎。高速公路ETC 的應用優(yōu)勢如下：①利于節(jié)省停車花費的時間，防止發(fā)生收費中車道擁堵的現(xiàn)象，減少尾氣排放。車輛經(jīng)過ETC 專用車道大概需使用2.5～3s，如此可節(jié)省通行時間、降低收費擁堵問題的發(fā)生率。②利于嚴格控制運營成本、實現(xiàn)節(jié)能減排的效果，為有效改善人們的生存環(huán)境，需秉持低碳原則加以控制，要求減少二氧化碳排放量，獲得低能量、低消耗和低開支的效果。針對車輛ETC 專用車道通行情況來說，車輛收費車道不需停車，這時能節(jié)省燃油使用量、時間，降低二氧化碳的排放、油料消耗，改善收費站四周環(huán)境。經(jīng)營企業(yè)為維護經(jīng)濟效益，采用ETC 系統(tǒng)能夠節(jié)省人力資源，控制實際運營的成本。③可有效保證整體服務水平、管理水平，ETC 專用車道快捷、高速，便于保證車輛通行能力，獲得駕駛?cè)藛T的滿意、認可。市場經(jīng)濟的快速發(fā)展下，使得經(jīng)濟效益最大化、更好的為社會提供服務。站在管理人員的角度來看，不但能加強車輛通行方面能力，而且有助于防止發(fā)生收費擁堵狀況，保證收費的時效性、準確性、秩序性等，從根本上提升整體管理工作效率[6]。

3.3.4 通信系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)三網(wǎng)合一

實現(xiàn)高速公路三大系統(tǒng)融合的過程中需要在網(wǎng)絡層面上實現(xiàn)通信、監(jiān)控、收費系統(tǒng)在高速公路上的統(tǒng)一；需要在業(yè)務層面上實現(xiàn)、音頻、數(shù)據(jù)、視頻這三類業(yè)務的在高速公路應用上的融合。我們可以利用新一代的網(wǎng)絡技術(shù)、全新的綜合業(yè)務接入技術(shù)、全新的光傳輸技術(shù)以及視頻信息壓縮、解壓等實現(xiàn)的視頻監(jiān)控技術(shù)，可以將高速公路通信、監(jiān)控、收費系統(tǒng)三大系統(tǒng)融合起來。信息網(wǎng)絡所涉及的點都可以接收到監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信息、音頻信息以及告警信號、控制信號，可以實現(xiàn)移動圖像的測試、警報信息的上報、指令的遠程下達，也可以在高速公路的網(wǎng)絡在不同位置的實時監(jiān)控、操控遠距離場所。高速公路通信、監(jiān)控、收費系統(tǒng)的融合，可以有效利用通信系統(tǒng)的豐富高效的傳輸及容量的資源。

3.4 完善通信系統(tǒng)的運維管理體系

當前，通信單位圍繞通信系統(tǒng)所開展的運行與維護工作具有較大實施難度，其涉及面也較廣，這使得日常的維護管理工作需要面臨諸多問題。因此，通信單位可圍繞其管理結(jié)構(gòu)搭建相匹配的通信管理，革新管理工作與通信技術(shù)體系，充分展現(xiàn)流程、標準、規(guī)范、指標的技術(shù)導向作用，逐步完善標準化的管理體系。同時，通信單位還應從設計、規(guī)劃、運行、維護等多個環(huán)節(jié)著手，健全責任機制，明確管理主體，細化各項工作流程，逐步完善規(guī)章制度與工作標準。在此基礎上，通信單位還應圍繞上述標準強化監(jiān)督執(zhí)行與考核力度，盡可能增強規(guī)章機制的有效性、科學性、可行性。

3.5 采用集中管理模式

對于高速公路機電通信系統(tǒng)的運行管理，要采取集中管理模式。通過集中管理模式的應用，實時同步上傳各類監(jiān)控、收費設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并在通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下，由收費監(jiān)控中心統(tǒng)一接收數(shù)據(jù)，并分散反饋給各用戶，進而形成一個基于多媒體、以光纖傳輸數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。為了提高機電通信系統(tǒng)中各個設備性能的穩(wěn)定程度，需要將收費中心服務器實施雙機備份，并借助冗余保護等技術(shù)來提高通信系統(tǒng)的使用性能。高速公路機電通信系統(tǒng)的數(shù)字化網(wǎng)絡建設，當前面臨著復雜的業(yè)務接口非標的現(xiàn)實問題，可以借助同步數(shù)據(jù)體系等技術(shù)方案來解決。同時，引入集中管理模式的應用，還可以降低系統(tǒng)管理、運行與維護成本，提高現(xiàn)有資源的利用效率。

4 結(jié)語

綜上所述，在傳統(tǒng)高速公路養(yǎng)護管理的基礎上，采用現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段進行管理，是高速公路養(yǎng)護管理的發(fā)展趨勢。高速公路信息化養(yǎng)護管理體系的構(gòu)建，提高了高速公路養(yǎng)護管理水平和治理，為高速公路的治理提供了重要的支撐。利用現(xiàn)代化的信息設備和信息技術(shù)，建立公路信息化管理平臺電子數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)，可以提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準確性、及時性，利用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)將統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)進行實時上傳，并利用計算機軟件對各項數(shù)據(jù)進行綜合整理和分析，對不符合實際情況的信息數(shù)據(jù)進行及時更新。