高速公路信息化管理系统设计与实现

陈琳

摘要：文章结合高速公路信息化管理系统的需求，分析确定其系统总体组成框架，从系统功能模块、路段监控、隧道监控和联动方案管理等四方面介绍了系统的设计方案，从路段监控、隧道监控、安全预警等三方面阐述了系统的实现方法，并全面分析了信息化管理系统的功能，以综合提高高速公路管理效率和服务水平。

关键词：高速公路;信息化管理系统;路段监控;隧道监控

中国分类号：U412.6文章标识码：A552054

0 引言

随着计算机和通信技术的快速发展，国内多条高速公路开展了信息化管理系统的开发，以求提高服务质量和管理水平，降低管理费用。传统的高速公路日常信息化管理还没有形成体系，没有实现监控设备的统一管理，在发生事故时只能单个处理，还没有实现统一调度。本文通过对高速公路信息化管理的功能需求进行综合分析，确定了信息化管理系统的总体架构，对系统的设计与实现进行全面闡述，总结分析关键技术。

1 系统总体框架

高速公路信息化管理系统的开发是在充分利用已有信息资源的基础上，运用最新的数据库技术、通信技术和数据存储与处理技术进行系统开发。建立和完善数据库，将各个子系统融合为一个整体，通过分析提炼有价值的数据信息，为高速公路信息化管理提供可靠的数据支撑，系统总体框架如图1所示。

高速公路信息化管理系统的总体框架采用WEB的三层结构设计，该结构可提高数据的安全性、方便扩充功能，也便于后期进行系统升级和维护。系统第一层为物理层，主要功能是通过各类设备完成通信，收集数据;系统数据层（第二层）的功能是对收集的数据进行分析和管理;人机界面（第三层）可实现人机交互，实现数据、图片和视频的查找与共享。通过分布权限，管理人员可在系统内部任意一台联网计算机对高速公路展开监控和管理工作。外部人员可以通过互联网访问系统，获取出行信息等，为各类用户提供服务。

2 系统功能设计

2.1 系统功能模块设计

2.1.1 数据统计分析层

数据统计分析层各设备通过专用的通信协议与外场设备连接，通过相应的驱动程序对外场设备采集回来的数据进行统计分析。统计分析后转换为各个文件形式，部分数据存入实时数据库，传输到下一层。该层各设备的驱动程序有专用的驱动设备，彼此互不影响。

2.1.2 数据处理层

数据处理层是将统计分析层实时数据库中的数据通过驱动程序进行进一步处理，处理后的数据由数据表现层提取。该层的功能模块根据需要对采集回来的数据进行处理，并存入数据库。

2.1.3 数据表现层

数据表现层是通过功能模块将实时数据库中的数据进行处理后，以图形、数字和报表等形式呈现给用户。该层的主要功能是进行图形制作，可实现监控界面的布置、外场设备摆放位置的设计等。该层为用户界面，可将数据信息转换后直接呈现给用户，实现对高速公路的监控管理。

综上所述，以上三个功能层为系统功能模块组成部分，系统功能模块总体结构如图2所示。

2.3 隧道监控模块设计

隧道监控模块由监控分中心、外场设备、服务器、传输系统等组成，该模块组成结构如图3所示。该模块可以对隧道内部的有害气体浓度、光强、风机、照明设施等进行检测和控制，并通过可变情报板、信号灯等为出行人员提供信息和提示，紧急情况下还可安排救援。

2.2 路段监控模块设计

路段监控模块由监控中心、外场设备、服务器、传输系统等组成，该模块组成结构如图4所示。该模块可对各路段的气象条件、交通量、车辆信息等进行监控，并通过可变情报板等为出行人员提供路况信息。

2.4 联动方案管理模块设计

该模块是在紧急情况下，对隧道内部的风机、照明等设施进行控制，并通过可变情报板、车道标志、信号灯发布信息。触动源动作主要是隧道内部的CO/Ⅵ超标、火灾报警和照明设备异常等，由值班人员确认后选择处治方案，并操控外场设备执行处治方案，触动接触完成后恢复至正常运行状态。

3 系统功能实现

3.1 路段监控功能实现

路段监控模块可以以图形格式显示高速公路各路段的交通监控信息，可以实时监测车辆信息、气象信息，并通过可变情报板将监控信息显示出来，路段监控主界面如图5所示。

车辆信息监控是通过车辆检测器对高速公路上车辆的车型、车速、车流量等数据进行收集，并将数据处理后实时显示出来。通过外场设备收集车辆信息，每5 min向分中心上报一次。分中心将数据储存起来，处理后在监控界面显示。如高速公路出现拥挤或堵塞现象，系统会及时报警，并弹出处治方案，提醒管理人员采取措施进行处治。另外，分中心可以通过向通信设备发送检测命令来检测通信设备是否正常。

3.2 隧道监控模块实现

隧道监控系统可以对隧道内部的车辆数据、CO浓度、Ⅵ浓度、光强、火灾预警、风机、照明设施等情况进行检测，并提供紧急通信服务，隧道监控模块主界面如图6所示。

隧道监控模块可以对车流量数据进行采集，经分中心处理后在监控界面显示出来。隧道内部发生拥堵时进行预警，提示管理人员选择措施进行处理。实时收集隧道内部的监控数据，并在隧道内部和外部的可变情报板显示处理方案。根据隧道内部各车道的通行情况，调整信号灯，指挥车辆通行，隧道交通指示界面如图7所示。每分钟对隧道内部的CO/Ⅵ浓度、光强进行检测，并将数据发送到分中心，经处理后在监控界面上显示。如隧道内部的CO/Ⅵ浓度、光强检测值超限，系统预警并提示系统管理员选择措施进行处理。

隧道内的风机被作为一个单独的机电设备进行管理，分级与PLC本地控制器连接，通风系统手动控制界面如图8所示。根据隧道内部CO/Ⅵ浓度、通风状况、风速等调整风机的工作状态，包括正转、反转、停止。管理员可以直接查看风机的参数，并根据需要对参数进行调整。

根据隧道内部照明设备运行情况、光强检测结果等参数对隧道内部照明设备进行手动调整，隧道照明系统手动控制界面如图9所示。管理员可以通过手动控制界面直接查询照明设备的配置参数，并根据照明需要进行参数调整。

3.3 联动方案管理功能实现

根据系统监控结果，分析确定照明、通风等机电设备和通信设备的运行情况，发现故障及时采取措施进行处治。

系统发生异常事件后，及时进行预警，提醒管理人员进行处理。当隧道内部的CO/Ⅵ浓度、风速等指标出现异常时，系统可以直接调用相应的处治方案，供管理人员选择。对系统异常事件、交通事件、其他异常事件进行归类，根据事件特征选择调用处理方案。

4 结语

本文结合高速公路信息化管理现状，分析了高速公路信息化管理系统运行过程中存在的问题，结合系统需求进行系统总体框架设计，并从路段监控、隧道监控和联动方案管理三个大方面对信息化监控系统的设计与实现进行了全面阐述。高速公路信息化管理系统可将路段监控、隧道监控等功能集合形成一个整体，综合利用系统数据，提高系统的管理效率。另外，通过数据共享，管理人员可实时查询数据，并向出行人员发布信息，可有效提高高速公路的运行效率，全面提升服务水平。

参考文献：

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