高速公路信息化管理系統設計與實現

陳琳

摘要：文章結合高速公路信息化管理系統的需求，分析確定其系統總體組成框架，從系統功能模塊、路段監控、隧道監控和聯動方案管理等四方面介紹了系統的設計方案，從路段監控、隧道監控、安全預警等三方面闡述了系統的實現方法，并全面分析了信息化管理系統的功能，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;路段監控;隧道監控

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展，國內多條高速公路開展了信息化管理系統的開發，以求提高服務質量和管理水平，降低管理費用。傳統的高速公路日常信息化管理還沒有形成體系，沒有實現監控設備的統一管理，在發生事故時只能單個處理，還沒有實現統一調度。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的總體架構，對系統的設計與實現進行全面闡述，總結分析關鍵技術。

1 系統總體框架

高速公路信息化管理系統的開發是在充分利用已有信息資源的基礎上，運用最新的數據庫技術、通信技術和數據存儲與處理技術進行系統開發。建立和完善數據庫，將各個子系統融合為一個整體，通過分析提煉有價值的數據信息，為高速公路信息化管理提供可靠的數據支撐，系統總體框架如圖1所示。

高速公路信息化管理系統的總體框架采用WEB的三層結構設計，該結構可提高數據的安全性、方便擴充功能，也便于后期進行系統升級和維護。系統第一層為物理層，主要功能是通過各類設備完成通信，收集數據;系統數據層（第二層）的功能是對收集的數據進行分析和管理;人機界面（第三層）可實現人機交互，實現數據、圖片和視頻的查找與共享。通過分布權限，管理人員可在系統內部任意一臺聯網計算機對高速公路展開監控和管理工作。外部人員可以通過互聯網訪問系統，獲取出行信息等，為各類用戶提供服務。

2 系統功能設計

2.1 系統功能模塊設計

2.1.1 數據統計分析層

數據統計分析層各設備通過專用的通信協議與外場設備連接，通過相應的驅動程序對外場設備采集回來的數據進行統計分析。統計分析后轉換為各個文件形式，部分數據存入實時數據庫，傳輸到下一層。該層各設備的驅動程序有專用的驅動設備，彼此互不影響。

2.1.2 數據處理層

數據處理層是將統計分析層實時數據庫中的數據通過驅動程序進行進一步處理，處理后的數據由數據表現層提取。該層的功能模塊根據需要對采集回來的數據進行處理，并存入數據庫。

2.1.3 數據表現層

數據表現層是通過功能模塊將實時數據庫中的數據進行處理后，以圖形、數字和報表等形式呈現給用戶。該層的主要功能是進行圖形制作，可實現監控界面的布置、外場設備擺放位置的設計等。該層為用戶界面，可將數據信息轉換后直接呈現給用戶，實現對高速公路的監控管理。

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

2.3 隧道監控模塊設計

隧道監控模塊由監控分中心、外場設備、服務器、傳輸系統等組成，該模塊組成結構如圖3所示。該模塊可以對隧道內部的有害氣體濃度、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 路段監控模塊設計

路段監控模塊由監控中心、外場設備、服務器、傳輸系統等組成，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、車輛信息等進行監控，并通過可變情報板等為出行人員提供路況信息。

2.4 聯動方案管理模塊設計

該模塊是在緊急情況下，對隧道內部的風機、照明等設施進行控制，并通過可變情報板、車道標志、信號燈發布信息。觸動源動作主要是隧道內部的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，并操控外場設備執行處治方案，觸動接觸完成后恢復至正常運行狀態。

3 系統功能實現

3.1 路段監控功能實現

路段監控模塊可以以圖形格式顯示高速公路各路段的交通監控信息，可以實時監測車輛信息、氣象信息，并通過可變情報板將監控信息顯示出來，路段監控主界面如圖5所示。

車輛信息監控是通過車輛檢測器對高速公路上車輛的車型、車速、車流量等數據進行收集，并將數據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。分中心將數據儲存起來，處理后在監控界面顯示。如高速公路出現擁擠或堵塞現象，系統會及時報警，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送檢測命令來檢測通信設備是否正常。

3.2 隧道監控模塊實現

隧道監控系統可以對隧道內部的車輛數據、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，隧道監控模塊主界面如圖6所示。

隧道監控模塊可以對車流量數據進行采集，經分中心處理后在監控界面顯示出來。隧道內部發生擁堵時進行預警，提示管理人員選擇措施進行處理。實時收集隧道內部的監控數據，并在隧道內部和外部的可變情報板顯示處理方案。根據隧道內部各車道的通行情況，調整信號燈，指揮車輛通行，隧道交通指示界面如圖7所示。每分鐘對隧道內部的CO/Ⅵ濃度、光強進行檢測，并將數據發送到分中心，經處理后在監控界面上顯示。如隧道內部的CO/Ⅵ濃度、光強檢測值超限，系統預警并提示系統管理員選擇措施進行處理。

隧道內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，通風系統手動控制界面如圖8所示。根據隧道內部CO/Ⅵ濃度、通風狀況、風速等調整風機的工作狀態，包括正轉、反轉、停止。管理員可以直接查看風機的參數，并根據需要對參數進行調整。

根據隧道內部照明設備運行情況、光強檢測結果等參數對隧道內部照明設備進行手動調整，隧道照明系統手動控制界面如圖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，并根據照明需要進行參數調整。

3.3 聯動方案管理功能實現

根據系統監控結果，分析確定照明、通風等機電設備和通信設備的運行情況，發現故障及時采取措施進行處治。

系統發生異常事件后，及時進行預警，提醒管理人員進行處理。當隧道內部的CO/Ⅵ濃度、風速等指標出現異常時，系統可以直接調用相應的處治方案，供管理人員選擇。對系統異常事件、交通事件、其他異常事件進行歸類，根據事件特征選擇調用處理方案。

4 結語

本文結合高速公路信息化管理現狀，分析了高速公路信息化管理系統運行過程中存在的問題，結合系統需求進行系統總體框架設計，并從路段監控、隧道監控和聯動方案管理三個大方面對信息化監控系統的設計與實現進行了全面闡述。高速公路信息化管理系統可將路段監控、隧道監控等功能集合形成一個整體，綜合利用系統數據，提高系統的管理效率。另外，通過數據共享，管理人員可實時查詢數據，并向出行人員發布信息，可有效提高高速公路的運行效率，全面提升服務水平。

參考文獻：

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