高速公路机电设施养护检测管理评价系统

赵暄

（石家庄市交投津石高速公路建设管理有限公司深正分公司，石家庄 050000）

1 引言

在高速公路中，机电系统是确保其安全高效健康运行的关键所在。为确保机电系统的使用寿命及性能，需要高质量做好养护维修工作。为使高速公路机电系统使用寿命得以延长，并使系统稳定性和可靠性可以有效维持，需确保机电系统设施的养护工作质量。为更加具有针对性和高效性地开展高速公路机电系统的养护工作，需做好机电系统养护情况的检测和评估工作，为后续养护工作提供指导，为改造维修机电设施提供决策支持。当前，已经有较多系统评价方法[1]，本文针对机电系统的特点，通过结合了数据和模型的现代综合评价方法开展研究。

2 系统总体需求

高速公路机电设施养护检测管理评价系统主要针对养护检测指标体系、具体内容、技术方法和检测数据开展科学化和信息化的管理，并通过深加工的方式对数据进行处理，以对机电系统运行状况做出综合评价。高速公路机电系统的组成如图1所示[2]。

图1 高速公路机电系统设施组成结构

针对结构划分情况，通过层次分析法以模糊评价算法从下到上开展评价。在评价各结构时，所选取的指标体系是关键所在。评价指标的选择原则为科学、操作性强、定性和定量相结合[3]。指标的确定及权重系数赋值方法为实地调研、专家咨询以及问卷调查等。

3 系统总体规划与体系结构

高速公路机电设施养护检测管理评价系统运行结构如图2所示，其设计研究目的在于通过信息化管理和综合评价的方式处理机电系统的养护检测工作，按照所得结果获取对应的预警等级，以针对性采取措施。

图2 养护检测管理评价系统运行结构

1）各路段养护管理处的职责主要在于：一是开展周期性的日常养护管理，并在评价系统中输入相关检测数据；二是在系统中输入相关检测数据之后对机电系统设施运行情况开展评价，并按照结果预警情况做出相应措施，确保机电系统稳定健康运营；三是通过数据库将相关检测数据传输至上一级。

2）分中心职责主要在于：一是确定养护检测指标体系、各项权重、内容管理及检测周期；二是定期开展养护检测数据的综合评价，结合所得结果的预警内容判断是否更换或改造相关机电设施；三是总结养护数据，分析故障原因，形成有关养护方案和规范，并输出各类分析报表。

3）省中心的职责在于掌握和监督机电系统运行和养护情况，并进行指示。

结合机电系统特点和养护检测工作的评价需要，决定采用C/S结构模式进行系统设计，以使客户端PC处理性能得到充分发挥[4-5]。客户端有较快的响应速度，有利于录入和调出大量的养护数据[6]。

4 系统主要模块功能

4.1 评价指标与检测项目管理

该模块有单位工程、分部工程和分项工程的指标管理以及检测项目管理。单位工程指标管理、分部工程指标管理和分项工程指标管理的功能分别在于分部工程、分项工程和关键评价指标的添加、查询和权重确定等，检测项目管理主要包括日常养护和专项养护两种类型，主要功能在于管理和维护关键评价指标的检测内容和设备等。

4.2 养护数据管理

该模块功能在于养护检测数据和故障数据的管理，包含录入、编辑和查询数据等。所输入的数据类型主要有日常养护、专项养护和故障数据。各指标的评价等级如表1所示。

表1 指标层评定分级和评分

4.3 机电系统运行状况评价与预警

在整个系统中，评价模块是核心所在。针对高速公路机电系统组成特点，结合层次分析法和模糊数学理论按从下到上的方式逐层开展综合分析评价[7]，也可按养护管理要求，针对结构各级开展评价。结合评价结果给出评测信息，具体见表2。

表2 评测结论信息

4.4 数据查询与报表

数据查询面向评价指标、检测数据、故障数据以及评价结果，具体可通过养护检测时间段和设施类型进行查询。报表的生成以及打印可以通过报表组件进行开发，可针对性输出和打印各类数据的报表。

5 数据库设计与系统实现

5.1 数据库设计

一般情况下，路段养护管理处主要储存、管理和评价所辖路段的养护数据、故障数据、评价结果和预警数据；不同路段所得到的数据需输送到各自所对应的分中心，各分中心再针对所输入的数据开展管理分析和评价，并将相应数据传输到省中心。针对该类运行模式，通过分布式数据库结构建立起物理分散而逻辑集中的数据库。该种情况下各路段终端都有各自数据库和用户，可以有效运行独立事务及局部项目，独立自治性较高，且可以相互协调各分支节点使之成为整体。

本级和上一级交换和传输数据的实现方式主要为数据库的同步更新技术，通过事务复制的方式同步数据[8]。在执行事务复制时需要快照、日志阅读和分发3个代理。发布者和分发者为各路段终端数据库，所对应上一级的数据库则为订购者。首先建立起各路段终端节点数据的快照代理，并将同步状态信息记录到数据库中。各终端节点在进行事务复制后均有独立的日志阅读代理，日记阅读代理具体可通过搜索发布者事务日志的方式获取有复制标志的事务，并在分发数据库中插入该类事务，在分发者中运行并与发布者进行连接。分发代理在分发数据库的事务中插入日志阅读代理，并相应分发给订购者，以实现上级节点和各分支节点数据库的同步更新。

以访问数据速度较快、结构便于修改和数据完整性容易实现为目的设计各分支节点的数据库。数据表作为存储数据的载体，在设计数据表时应遵守降低冗余、便于查阅等原则，以使更新和查询效率得到提高。具体方法为：一是按照需求进行主要存储实体的提取，并进行实体关系图的构造；二是基于实体关系图建立表结构，即建立专属于各实体类型的数据表并进行主键的设置，采用增加外键的方式构建各表的关系。

5.2 系统实现

通过Microsoft系统中的.NET平台开发高速公路养护检测管理评价系统，通过Microsoft SQL Serve 2019，ADO数据访问技术设计分支节点数据库。通过MFC开发客户端应用程序。

5.3 实验结果与分析

采用以上述研究成果对4条高速公路开展日常养护和专项养护检测，并通过该系统分析和管理所得到的养护检测数据，对各机电设施运行状况进行评价，所得结果如表3所示。

表3 4条高速公路机电设施运行状况评价结果

从结果上看，高速公路一机电系统整体存在较差的运行情况，其中的监控设施处于很差的运行状态，预警程度达到三级，该种情况和现场调研检查情况基本一致，此外，通信、收费等设施也处于较差的运行状态，需开展修复或改造；高速公路二机电系统整体存在一般的运行情况，预警程度达到二级，尚且可用，但各系统实施时的关键指标又存在较为严重的参数衰耗，有一定的缺陷和隐患存在；高速公路三和高速公路四的机电系统整体存在较好的运行情况，仅有个别工程出现不足，在一定程度上指标有所衰减，需开展针对性养护。通过对上述4条高速公路养护数据的处理，对该系统的可行性进行了验证。

此外，上述结果还显示，高速公路机电设施一般情况下有5年的健康运行时间，当运营时间超过5年时设备就会出现较高的故障率，有较大的老化以及损坏程度，需开展大修或改造。特别是外场监控设施因为长期在恶劣的环境下运行，因此，有严重的老化损坏程度，多数设施在，2～3年的运营后就不可使用。