高速公路信息化管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

陳琳

摘要：文章結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)動方案管理等四方面介紹了系統(tǒng)的設計方案，從路段監(jiān)控、隧道監(jiān)控、安全預警等三方面闡述了系統(tǒng)的實現(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水平。

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

中國分類號：U412.6文章標識碼：A552054

0 引言

隨著計算機和通信技術的快速發(fā)展，國內(nèi)多條高速公路開展了信息化管理系統(tǒng)的開發(fā)，以求提高服務質(zhì)量和管理水平，降低管理費用。傳統(tǒng)的高速公路日常信息化管理還沒有形成體系，沒有實現(xiàn)監(jiān)控設備的統(tǒng)一管理，在發(fā)生事故時只能單個處理，還沒有實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度。本文通過對高速公路信息化管理的功能需求進行綜合分析，確定了信息化管理系統(tǒng)的總體架構，對系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)進行全面闡述，總結分析關鍵技術。

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上，運用最新的數(shù)據(jù)庫技術、通信技術和數(shù)據(jù)存儲與處理技術進行系統(tǒng)開發(fā)。建立和完善數(shù)據(jù)庫，將各個子系統(tǒng)融合為一個整體，通過分析提煉有價值的數(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的三層結構設計，該結構可提高數(shù)據(jù)的安全性、方便擴充功能，也便于后期進行系統(tǒng)升級和維護。系統(tǒng)第一層為物理層，主要功能是通過各類設備完成通信，收集數(shù)據(jù);系統(tǒng)數(shù)據(jù)層（第二層）的功能是對收集的數(shù)據(jù)進行分析和管理;人機界面（第三層）可實現(xiàn)人機交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖片和視頻的查找與共享。通過分布權限，管理人員可在系統(tǒng)內(nèi)部任意一臺聯(lián)網(wǎng)計算機對高速公路展開監(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。

2 系統(tǒng)功能設計

2.1 系統(tǒng)功能模塊設計

2.1.1 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)较乱粚印Ｔ搶痈髟O備的驅(qū)動程序有專用的驅(qū)動設備，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。

2.1.3 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時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行處理后，以圖形、數(shù)字和報表等形式呈現(xiàn)給用戶。該層的主要功能是進行圖形制作，可實現(xiàn)監(jiān)控界面的布置、外場設備擺放位置的設計等。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，實現(xiàn)對高速公路的監(jiān)控管理。

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

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，該模塊組成結構如圖3所示。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。

2.2 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，該模塊組成結構如圖4所示。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。

2.4 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 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 路段監(jiān)控功能實現(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，可以實時監(jiān)測車輛信息、氣象信息，并通過可變情報板將監(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)控是通過車輛檢測器對高速公路上車輛的車型、車速、車流量等數(shù)據(jù)進行收集，并將數(shù)據(jù)處理后實時顯示出來。通過外場設備收集車輛信息，每5 min向分中心上報一次。分中心將數(shù)據(jù)儲存起來，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)會及時報警，并彈出處治方案，提醒管理人員采取措施進行處治。另外，分中心可以通過向通信設備發(fā)送檢測命令來檢測通信設備是否正常。

3.2 隧道監(jiān)控模塊實現(xiàn)

隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以對隧道內(nèi)部的車輛數(shù)據(jù)、CO濃度、Ⅵ濃度、光強、火災預警、風機、照明設施等情況進行檢測，并提供緊急通信服務，隧道監(jiān)控模塊主界面如圖6所示。

隧道監(jiān)控模塊可以對車流量數(shù)據(jù)進行采集，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)生擁堵時進行預警，提示管理人員選擇措施進行處理。實時收集隧道內(nèi)部的監(jiān)控數(shù)據(jù)，并在隧道內(nèi)部和外部的可變情報板顯示處理方案。根據(jù)隧道內(nèi)部各車道的通行情況，調(diào)整信號燈，指揮車輛通行，隧道交通指示界面如圖7所示。每分鐘對隧道內(nèi)部的CO/Ⅵ濃度、光強進行檢測，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、光強檢測值超限，系統(tǒng)預警并提示系統(tǒng)管理員選擇措施進行處理。

隧道內(nèi)的風機被作為一個單獨的機電設備進行管理，分級與PLC本地控制器連接，通風系統(tǒng)手動控制界面如圖8所示。根據(jù)隧道內(nèi)部CO/Ⅵ濃度、通風狀況、風速等調(diào)整風機的工作狀態(tài)，包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。管理員可以直接查看風機的參數(shù)，并根據(jù)需要對參數(shù)進行調(diào)整。

根據(jù)隧道內(nèi)部照明設備運行情況、光強檢測結果等參數(shù)對隧道內(nèi)部照明設備進行手動調(diào)整，隧道照明系統(tǒng)手動控制界面如圖9所示。管理員可以通過手動控制界面直接查詢照明設備的配置參數(shù)，并根據(jù)照明需要進行參數(shù)調(diào)整。

3.3 聯(lián)動方案管理功能實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控結果，分析確定照明、通風等機電設備和通信設備的運行情況，發(fā)現(xiàn)故障及時采取措施進行處治。

系統(tǒng)發(fā)生異常事件后，及時進行預警，提醒管理人員進行處理。當隧道內(nèi)部的CO/Ⅵ濃度、風速等指標出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)可以直接調(diào)用相應的處治方案，供管理人員選擇。對系統(tǒng)異常事件、交通事件、其他異常事件進行歸類，根據(jù)事件特征選擇調(diào)用處理方案。

4 結語

本文結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)運行過程中存在的問題，結合系統(tǒng)需求進行系統(tǒng)總體框架設計，并從路段監(jiān)控、隧道監(jiān)控和聯(lián)動方案管理三個大方面對信息化監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)進行了全面闡述。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。

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