高速公路機電系統的聯網支撐設計

陳略

(貴州交通職業技術學院, 貴州交通技師學院， 貴州， 貴陽 550008)

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，交通行業的規模越來越大。高速公路的建設也如火如荼地進行，并在經濟建設方面取得了巨大的成就。高速公路的快速發展提升了省市區域內的公路網整體技術水平，高速公路的建設可以優化整體的交通運輸結構[1]，可以有效地減少交通擁堵和交通事故出現的概率，對于舒緩交通繁雜的局面具有積極的意義。同時，在高速公路發展中，應努力提高服務質量，實現對整段路網設備的有效監控[2]。通過部署聯網通信系統，按照不同路段和車輛通行狀況，合理準確地進行設備管理。采用車型自動識別技術、聯網防作弊技術實現對高速公路科學的管理[3]，提升通行能力，統籌調度管理，達到對經濟、社會的綜合效益。

1 高速公路建設規劃

1.1 高速公路管理體制設計

高速公路機電系統的設計需要以高速公路路網的建設角度出發，并且也要同時綜合業務需求、管理規則、投資成本等因素實現對高速公路機電系統的建設[4]。為了保證可以兼顧行政區域的劃分與工作人員生活便利等條件，采取三層體系管理。所以，將機電系統的管理體制設計成“省中心——路網分中心——基層管理單元”三層管理體系，具體如圖1所示。

圖1 機電系統管理體制圖

1.2 高速公路聯網設計原則

為了貫徹交通運輸部以及國家宏觀的技術政策，聯網設計原則應采納“統一規劃、分期實施”的策略。在原有基礎設施的資源上，逐步進行升級改造，形成平滑過渡的設施建設。參考的設計原則應具備科學性、前瞻性和包容性[5]。科學性設計原則表明無論是總體性規劃，還是局部的技術性規劃都應科學地看待，結合系統的軟硬件建設，依賴先進性與實用性的技術的實現。前瞻性原則是指應考慮到未來高速公路的建設方向，充分分析出交通可能出現的新情況和新常態[6]，保證在很長的一段時間內保持領先的建設特點，適當地進行超前建造，參照國際和國內的先進建造經驗。包容性原則是高速公路在建設竣工后使用時間一般會長達30—50年左右[7]，建設過程中，機電系統也會產生更新的情況，所以當前建設的機電系統應保證兼容性。

2 整體架構與通信系統功能設計

2.1 整體架構

高速公路的機電系統應設計成具有管理性質的應用軟件，采用B/S的模式架構，依據高速公路的特點，其機電系統的聯網設計，主要包含用戶界面、業務處理、數據訪問以及異常處理等軟件包。用戶界面包完成與操作人員的主要交互，接收動作指令并在完成后反饋結果給人員，同時向業務層傳輸處理請求，向操作人員展示結果。業務處理包則是在完成接收操作人員指令后，實現各種業務處理，向數據層發送數據并反饋結果給界面。數據訪問包作為數據的支撐操作，一般用來實現事務處理和數據庫的訪問連接。異常處理包的職責則是包含對異常數據的日志記錄與管理，上傳異常信息給用戶界面。其整體設計圖如圖2所示。

圖2 整體架構圖

2.2 骨干網傳輸與路段內接入網系統

高速公路通信系統的建立需要適應高速公路的需求，通信系統的建立要服務于公路的運營效率和業務能力。從管理效率的角度分析，通信系統主要包括通信系統的三級管理機構和兩層輔助系統，即骨干通信網和路段接入網[8]。通信系統的搭建應主要著眼于各個路段通信系統的互聯互通、未來路段接入以及通信系統擴容的骨干網建設。以省市區域作為骨干網的主要傳輸系統，由它來鏈接城市骨干網和各個路段網的接入網平臺，通信系統的重要功能就是成為通信系統和監控系統的實時承載通路，為數字圖像提供信號傳輸通道以及音頻信號的電話網中繼傳輸通道，保留一定的新業務所需的數字空間，為后續的信息化交通構建提供預留環境。

網絡節點采用自動交換光網絡(ASON)設備[9]，網絡中骨干通信節點使用10G設備。邊緣節點依據網絡的通信流量采用2.5 G或622 M的通信容量設備。對于傳輸業務量大于2.5 G時，可以實現粗波長級別的傳輸[10]，安裝更大容量的光板和光纜線路。主要設備為ASON系列的STM-16或者STM-4等級分插復用器。

路段內接入網的制式選擇是屬于骨干網下的一段基層網絡，其靈活、業務場景的特點主要用于支持基層管理部門的語音、圖像業務的傳輸[11]。根據路段內的傳輸業務特點不同，一般分為2部分：一部分以SDH/MSTP的接入網為主；另一部分則以IP網絡為主傳輸小數據業務。MSTP綜合業務接入網設置在路段分中心的終端設備上[12]，通過OLT和ONU設備對每一個站點進行連接，形成自愈性組網，構成環帶鏈或者各種雙環結構[13]。

3 設備管理與維護功能設計

3.1 設備管理功能模塊

為了管理高速公路上機電系統中的各類機電設備的日常管理和維護，實現對機電設備的合理規范管理、科學養護，建立合理的養護計劃，高效率地調度高速公路的養護隊伍，特在建立起通信系統后，專門設計設備管理模塊、設備維護模塊以及公路專項工程管理，達到高速公路的機電系統全面聯網管理。首先是設備管理功能的設計，包含對現場設備管理、備品備件管理以及資產管理。設備管理功能的設計示意圖如圖3所示。

圖3 設備管理功能的設計示意圖

現場設備管理功能的設計是對高速公路機電設備的合理管理，設備信息一般包含資產編號、所屬公司、設備名稱、型號、供應商、采購人、生產商、建檔日期等信息，由于高速公路的各個路段內，存在大量正在使用的設備，需要將各個路段的設備信息導入到管理系統中，并且管理功能應具備對設備信息的查詢、新增、修改、刪除等基本操作，支持對于設備的信息模糊查詢，其業務邏輯功能如表1所示。設備管理與設備信息查詢，可以按照路段和收費站的名稱進行查詢，也可以對模糊信息進行查詢，獲取聯網設備信息，該功能界面如圖4所示。

表1 設備管理業務邏輯功能表

圖4 設備信息查詢界面

3.2 設備維護功能模塊

設備維護功能模塊主要用于設備故障的維修管理和常規維護，故障維修模塊一般是用于對設備故障的上報功能和故障受理登記等功能，維護功能主要是構建機電系統中設備的常規維護計劃和維護登記等。設備維護管理的流程如圖5所示。從系統收到故障上報開始，依次經過受理系統故障、故障審批的監控流程，形成對聯網中的高速公路機電系統設備的實時監督，用于提高工作效率。上報主要是報修人員將設備信息、故障情況和故障原因等信息錄入到系統中。故障上報后，由故障接收單位對維修原因、故障處理情況、修復時間等進行處理。經過逐級審批，明確各個流程中的工作責任，最后統計維修記錄和報修統計查詢，對于故障進行分級管理，主要包含一般、緊急、重大3種級別，確定故障的處理時效程度。設備維護的業務邏輯界面如圖6所示。常規的設備維護功能主要是依照合同約定對設備形成周期性的檢查，利用刪除、查詢、修改等操作對養護的設備進行跟蹤管理，并且完善相應的養護填寫記錄，對于養護的情況經核實后對維修人員進行考核和業務考察，作為設備管理的主要功能。

圖5 故障維修流程圖

圖6 故障維護登記圖

3.3 專項工程功能模塊

在機電系統的專項工程功能模塊中，專項工程主要指通過各種軟硬件的升級完成對現有機電系統的改造功能，需要跟蹤整個項目的立項、審批、實施過程，直至最終的驗收。所以，該功能模塊應具有以下的功能，分別為立項申請、立項審批、施工管理以及工程驗收階段。立項申請功能包括立項的基本信息、預算金額等等。立項審批功能是負責人填寫審批意見、并將審批意見給到相關部門。施工管理功能相對復雜，應由方案確定和招標管理兩部分組成。方案確定是明確設計單位、設計成本與方案等等，而招標管理則是由施工計劃、設備計劃、支付計劃、進度檢查等信息組成。最終的驗收功能包含工程進度各個環節的考核與落實情況。立項界面圖、立項審批圖以及施工管理界面圖分別如圖7～圖9所示。

圖7 專項工程立項圖

圖8 專項工程審批圖

圖9 施工管理圖

4 總結

本文針對高速公路的聯網機電系統作為分析對象，采用軟件工程的思想對機電系統進行設計。首先，分析了國內外機電系統的現狀，對高速公路的規劃建設進行闡述；然后，針對機電系統中的架構和通信環境展開研究。依照劃分的三級管理結構，按照統一聯網的需求，對機電系統的設備管理、維修養護、專項工程建設等各個環節進行功能設計與實現。解決了高速公路設備管理不嚴格、維護隊伍工作效率低的痛點，有利于提升服務質量。在今后的研究中，可以采用更多物聯網的手段實現更加全面的設備監控和通信質量，并不斷更新規劃管理理念，以更好地適應高速公路的發展。