高速公路機電設(shè)施養(yǎng)護檢測管理評價系統(tǒng)

趙暄

（石家莊市交投津石高速公路建設(shè)管理有限公司深正分公司，石家莊 050000）

1 引言

在高速公路中，機電系統(tǒng)是確保其安全高效健康運行的關(guān)鍵所在。為確保機電系統(tǒng)的使用壽命及性能，需要高質(zhì)量做好養(yǎng)護維修工作。為使高速公路機電系統(tǒng)使用壽命得以延長，并使系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性可以有效維持，需確保機電系統(tǒng)設(shè)施的養(yǎng)護工作質(zhì)量。為更加具有針對性和高效性地開展高速公路機電系統(tǒng)的養(yǎng)護工作，需做好機電系統(tǒng)養(yǎng)護情況的檢測和評估工作，為后續(xù)養(yǎng)護工作提供指導(dǎo)，為改造維修機電設(shè)施提供決策支持。當(dāng)前，已經(jīng)有較多系統(tǒng)評價方法[1]，本文針對機電系統(tǒng)的特點，通過結(jié)合了數(shù)據(jù)和模型的現(xiàn)代綜合評價方法開展研究。

2 系統(tǒng)總體需求

高速公路機電設(shè)施養(yǎng)護檢測管理評價系統(tǒng)主要針對養(yǎng)護檢測指標(biāo)體系、具體內(nèi)容、技術(shù)方法和檢測數(shù)據(jù)開展科學(xué)化和信息化的管理，并通過深加工的方式對數(shù)據(jù)進行處理，以對機電系統(tǒng)運行狀況做出綜合評價。高速公路機電系統(tǒng)的組成如圖1所示[2]。

圖1 高速公路機電系統(tǒng)設(shè)施組成結(jié)構(gòu)

針對結(jié)構(gòu)劃分情況，通過層次分析法以模糊評價算法從下到上開展評價。在評價各結(jié)構(gòu)時，所選取的指標(biāo)體系是關(guān)鍵所在。評價指標(biāo)的選擇原則為科學(xué)、操作性強、定性和定量相結(jié)合[3]。指標(biāo)的確定及權(quán)重系數(shù)賦值方法為實地調(diào)研、專家咨詢以及問卷調(diào)查等。

3 系統(tǒng)總體規(guī)劃與體系結(jié)構(gòu)

高速公路機電設(shè)施養(yǎng)護檢測管理評價系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)如圖2所示，其設(shè)計研究目的在于通過信息化管理和綜合評價的方式處理機電系統(tǒng)的養(yǎng)護檢測工作，按照所得結(jié)果獲取對應(yīng)的預(yù)警等級，以針對性采取措施。

圖2 養(yǎng)護檢測管理評價系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)

1）各路段養(yǎng)護管理處的職責(zé)主要在于：一是開展周期性的日常養(yǎng)護管理，并在評價系統(tǒng)中輸入相關(guān)檢測數(shù)據(jù)；二是在系統(tǒng)中輸入相關(guān)檢測數(shù)據(jù)之后對機電系統(tǒng)設(shè)施運行情況開展評價，并按照結(jié)果預(yù)警情況做出相應(yīng)措施，確保機電系統(tǒng)穩(wěn)定健康運營；三是通過數(shù)據(jù)庫將相關(guān)檢測數(shù)據(jù)傳輸至上一級。

2）分中心職責(zé)主要在于：一是確定養(yǎng)護檢測指標(biāo)體系、各項權(quán)重、內(nèi)容管理及檢測周期；二是定期開展養(yǎng)護檢測數(shù)據(jù)的綜合評價，結(jié)合所得結(jié)果的預(yù)警內(nèi)容判斷是否更換或改造相關(guān)機電設(shè)施；三是總結(jié)養(yǎng)護數(shù)據(jù)，分析故障原因，形成有關(guān)養(yǎng)護方案和規(guī)范，并輸出各類分析報表。

3）省中心的職責(zé)在于掌握和監(jiān)督機電系統(tǒng)運行和養(yǎng)護情況，并進行指示。

結(jié)合機電系統(tǒng)特點和養(yǎng)護檢測工作的評價需要，決定采用C/S結(jié)構(gòu)模式進行系統(tǒng)設(shè)計，以使客戶端PC處理性能得到充分發(fā)揮[4-5]?？蛻舳擞休^快的響應(yīng)速度，有利于錄入和調(diào)出大量的養(yǎng)護數(shù)據(jù)[6]。

4 系統(tǒng)主要模塊功能

4.1 評價指標(biāo)與檢測項目管理

該模塊有單位工程、分部工程和分項工程的指標(biāo)管理以及檢測項目管理。單位工程指標(biāo)管理、分部工程指標(biāo)管理和分項工程指標(biāo)管理的功能分別在于分部工程、分項工程和關(guān)鍵評價指標(biāo)的添加、查詢和權(quán)重確定等，檢測項目管理主要包括日常養(yǎng)護和專項養(yǎng)護兩種類型，主要功能在于管理和維護關(guān)鍵評價指標(biāo)的檢測內(nèi)容和設(shè)備等。

4.2 養(yǎng)護數(shù)據(jù)管理

該模塊功能在于養(yǎng)護檢測數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的管理，包含錄入、編輯和查詢數(shù)據(jù)等。所輸入的數(shù)據(jù)類型主要有日常養(yǎng)護、專項養(yǎng)護和故障數(shù)據(jù)。各指標(biāo)的評價等級如表1所示。

表1 指標(biāo)層評定分級和評分

4.3 機電系統(tǒng)運行狀況評價與預(yù)警

在整個系統(tǒng)中，評價模塊是核心所在。針對高速公路機電系統(tǒng)組成特點，結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論按從下到上的方式逐層開展綜合分析評價[7]，也可按養(yǎng)護管理要求，針對結(jié)構(gòu)各級開展評價。結(jié)合評價結(jié)果給出評測信息，具體見表2。

表2 評測結(jié)論信息

4.4 數(shù)據(jù)查詢與報表

數(shù)據(jù)查詢面向評價指標(biāo)、檢測數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)以及評價結(jié)果，具體可通過養(yǎng)護檢測時間段和設(shè)施類型進行查詢。報表的生成以及打印可以通過報表組件進行開發(fā)，可針對性輸出和打印各類數(shù)據(jù)的報表。

5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與系統(tǒng)實現(xiàn)

5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

一般情況下，路段養(yǎng)護管理處主要儲存、管理和評價所轄路段的養(yǎng)護數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、評價結(jié)果和預(yù)警數(shù)據(jù)；不同路段所得到的數(shù)據(jù)需輸送到各自所對應(yīng)的分中心，各分中心再針對所輸入的數(shù)據(jù)開展管理分析和評價，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞≈行?。針對該類運行模式，通過分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立起物理分散而邏輯集中的數(shù)據(jù)庫。該種情況下各路段終端都有各自數(shù)據(jù)庫和用戶，可以有效運行獨立事務(wù)及局部項目，獨立自治性較高，且可以相互協(xié)調(diào)各分支節(jié)點使之成為整體。

本級和上一級交換和傳輸數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方式主要為數(shù)據(jù)庫的同步更新技術(shù)，通過事務(wù)復(fù)制的方式同步數(shù)據(jù)[8]。在執(zhí)行事務(wù)復(fù)制時需要快照、日志閱讀和分發(fā)3個代理。發(fā)布者和分發(fā)者為各路段終端數(shù)據(jù)庫，所對應(yīng)上一級的數(shù)據(jù)庫則為訂購者。首先建立起各路段終端節(jié)點數(shù)據(jù)的快照代理，并將同步狀態(tài)信息記錄到數(shù)據(jù)庫中。各終端節(jié)點在進行事務(wù)復(fù)制后均有獨立的日志閱讀代理，日記閱讀代理具體可通過搜索發(fā)布者事務(wù)日志的方式獲取有復(fù)制標(biāo)志的事務(wù)，并在分發(fā)數(shù)據(jù)庫中插入該類事務(wù)，在分發(fā)者中運行并與發(fā)布者進行連接。分發(fā)代理在分發(fā)數(shù)據(jù)庫的事務(wù)中插入日志閱讀代理，并相應(yīng)分發(fā)給訂購者，以實現(xiàn)上級節(jié)點和各分支節(jié)點數(shù)據(jù)庫的同步更新。

以訪問數(shù)據(jù)速度較快、結(jié)構(gòu)便于修改和數(shù)據(jù)完整性容易實現(xiàn)為目的設(shè)計各分支節(jié)點的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)表作為存儲數(shù)據(jù)的載體，在設(shè)計數(shù)據(jù)表時應(yīng)遵守降低冗余、便于查閱等原則，以使更新和查詢效率得到提高。具體方法為：一是按照需求進行主要存儲實體的提取，并進行實體關(guān)系圖的構(gòu)造；二是基于實體關(guān)系圖建立表結(jié)構(gòu)，即建立專屬于各實體類型的數(shù)據(jù)表并進行主鍵的設(shè)置，采用增加外鍵的方式構(gòu)建各表的關(guān)系。

5.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

通過Microsoft系統(tǒng)中的.NET平臺開發(fā)高速公路養(yǎng)護檢測管理評價系統(tǒng)，通過Microsoft SQL Serve 2019，ADO數(shù)據(jù)訪問技術(shù)設(shè)計分支節(jié)點數(shù)據(jù)庫。通過MFC開發(fā)客戶端應(yīng)用程序。

5.3 實驗結(jié)果與分析

采用以上述研究成果對4條高速公路開展日常養(yǎng)護和專項養(yǎng)護檢測，并通過該系統(tǒng)分析和管理所得到的養(yǎng)護檢測數(shù)據(jù)，對各機電設(shè)施運行狀況進行評價，所得結(jié)果如表3所示。

表3 4條高速公路機電設(shè)施運行狀況評價結(jié)果

從結(jié)果上看，高速公路一機電系統(tǒng)整體存在較差的運行情況，其中的監(jiān)控設(shè)施處于很差的運行狀態(tài)，預(yù)警程度達(dá)到三級，該種情況和現(xiàn)場調(diào)研檢查情況基本一致，此外，通信、收費等設(shè)施也處于較差的運行狀態(tài)，需開展修復(fù)或改造；高速公路二機電系統(tǒng)整體存在一般的運行情況，預(yù)警程度達(dá)到二級，尚且可用，但各系統(tǒng)實施時的關(guān)鍵指標(biāo)又存在較為嚴(yán)重的參數(shù)衰耗，有一定的缺陷和隱患存在；高速公路三和高速公路四的機電系統(tǒng)整體存在較好的運行情況，僅有個別工程出現(xiàn)不足，在一定程度上指標(biāo)有所衰減，需開展針對性養(yǎng)護。通過對上述4條高速公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)的處理，對該系統(tǒng)的可行性進行了驗證。

此外，上述結(jié)果還顯示，高速公路機電設(shè)施一般情況下有5年的健康運行時間，當(dāng)運營時間超過5年時設(shè)備就會出現(xiàn)較高的故障率，有較大的老化以及損壞程度，需開展大修或改造。特別是外場監(jiān)控設(shè)施因為長期在惡劣的環(huán)境下運行，因此，有嚴(yán)重的老化損壞程度，多數(shù)設(shè)施在，2～3年的運營后就不可使用。