工程管理中计算机电子信息技术的应用实践

姜楠 JIANG Nan；谭艳鹃 TAN Yan-juan；王楚珺 WANG Chu-jun

（北京计算机技术及应用研究所，北京 100854）

0 引言

随着近几年智慧城市的理念提出，智慧高速公路作为智慧城市重要的交通网络组成部分，运营管理工作也逐步具有智慧化需求，单一的联网收费难以满足当前智慧城市发展理念的需求。因此，需在当前的高速公路运营管理、规划和建设中，重视智慧型运营概念的融入，以及数据挖掘技术、实时分析技术等计算机电子信息技术的应用，以此满足当下的公路工程发展需求。

1 项目概况

西安咸阳国际机场专用高速公路项目主要为了连接西安市区和咸阳国际机场，提高交通便利性，而进行规划建设。该专用高速公路多车道、标准的收费站、服务区等设施。全长20.58 公里，设计行车速度120 公里/小时；其中特大桥1 座全长6911.4 米；互通式立交4 处，分离式立交4处；跨线桥7 座，通道24 道，涵洞79 道；全线设收费站4处，2023 年6 月前主要采用ETC 不停车收费系统。在原有ETC 不停车收费系统基础上，引入整站式无人收费站。

2 总体技术方案

2.1 平台功能设计

根据当前高速公路工程运营管理的发展需求，设计智慧型管理平台，如图1 所示。

图1 智慧型营运管理平台功能模块划分

图1 展示了高速公路智能运营管理平台中的三个主要功能模块：运营分析、稽查分析和信息推送。

首先，运营分析模块利用数据挖掘模型对历史数据进行自动挖掘和分析。通过分析收费金额的趋势信息和车辆行为模式统计数据，该模块能够为决策制定者提供有价值的运营分析结果。收费金额趋势信息可以帮助制定合理的收费政策，并优化营运管理工作。车辆行为模式统计信息可以揭示车辆通行规律和习惯，为交通管控部门提供决策依据。

其次，稽查分析模块通过实施分析模型对实时数据进行智能化分析。它能够检测并识别出高速公路网络中存在的作弊行为和违规车辆。通过与信令数据和入口/出口流水数据的比对，稽查分析模块能够准确判断是否存在套牌车、换卡作弊和其他违规行为。识别出这些问题后，相关信息将反馈给联网收费系统，以指导稽查人员确定稽查范围、加强力度以及提高精确度。

最后，信息推送模块负责将工作清单和通知信息推送到平台主界面上。这样，操作员可以及时获得稽查任务清单和重要通知，保证工作流程的顺畅进行。通过信息推送，工作人员能够快速响应稽查任务，并做出相应决策。通过信息推送，工作人员可以及时获取到任务和通知，提高工作的协调性和效率。可以通过界面上的弹窗通知、邮件或短信等方式进行。信息服务模块整合了各种通讯渠道，比如短信平台、网站和移动端口等，可以用于向用户发送相关信息，包括公告、通知、提醒和事件更新等[1]。

2.2 总体架构

根据图2 所示，高速公路智慧运营管理平台的数据源主要包括联网收费系统数据库和联网监控系统数据库。这两个数据库为平台提供历史数据和实时数据，用于支持运营分析、稽查分析和信息推送等功能。

图2 智慧型营运管理平台总体框架

首先，历史数据从联网收费系统数据库和联网监控系统数据库中获取，并经过融合和传输后存储在运营管理平台的数据库中。这些历史数据涵盖了丰富的信息，如收费金额、车辆行为模式和断面分析等。基于历史数据的分析和预测，可以揭示收费趋势、车辆通行规律等关键信息，为决策制定者提供有价值的运营分析结果。

其次，实时数据通过实时采集系统从联网收费系统和联网监控系统中获取，并存储在运营管理平台的实时数据库中。这些实时数据可满足稽查分析的需求。稽查分析模块利用实时数据进行智能化分析，识别并检测出路网内可能存在的作弊行为和违规车辆等信息。这有助于指导稽查部门确定稽查的范围、力度和精确性，提高稽查工作的效果和准确性[2]。

2.3 技术路线

通过数据挖掘技术，可以对大量的历史数据进行分析和挖掘，以发现其中的模式和趋势。对于高速公路的数据，可以分析车辆通行情况、收费记录等信息。

在高速公路收费金额的预测中，可使用线性回归算法来实现收费金额的预测。通过回归分析，可以确定超重车辆特征与收费金额之间的关系，并据此建立预测模型。该模型可以根据超重车辆的特征信息，例如车型、重量、通行路段等，来预测其应支付的收费金额。线性回归算法在这个过程中可找到最佳的拟合直线，以使得预测结果更加准确。如车辆轴重、通行记录等信息，识别出可能存在作弊行为的车辆。利用作弊车辆模型，将实时数据套用到模型中，并将识别出的作弊车辆信息上传至联网收费系统，以便进行进一步的处理和稽查[3]。

2.4 平台功能模型设计

2.4.1 智慧型营运分析

在智慧型高速公路平台中，运营分析是基于营运管理平台的历史数据进行的。主要的数据源来自联网收费系统和联网监控系统的历史数据。这些数据经过采集、集成和清洗等处理，以满足营运管理平台的需求。联网收费系统是高速公路收费的主要组成部分，记录了车辆通行的相关信息，包括收费金额、车辆类型、通行时间等。这些数据汇总起来形成了收费系统的历史数据。而联网监控系统主要用于监测和管理高速公路的交通情况，其中包括车辆流量、通行速度、交通事故等数据。这些数据也被记录下来，形成了监控系统的历史数据。

为了提高运营分析的准确性和有效性，这些历史数据需要经过一系列的处理步骤。首先，数据需要被采集并从各个系统中获取，然后进行集成，将不同来源的数据整合成一个一致的数据集。随后对数据进行清洗，去除错误、重复或不完整的数据。清洗后的数据可以更好地支持运营分析。在数据融合阶段，联网收费系统和联网监控系统的历史数据被采集、集成和清洗。这些步骤包括删除多余字段、区分人工半自动车道收费系统（MTC）和电子停车收费系统（ETC）的数据，并进行数据过滤以清除噪声。如图3 所示。

图3 数据融合过程图

将入口表和出口表按照卡号字段进行集合操作，目的是找到相同卡号的记录。然后对这些卡号相同的记录进行操作时间分析。在进行操作时间分析时，可以筛选出每个卡号对应的最早入口记录和最晚出口记录，并将这些数据保留下来。同时，需要过滤掉其他记录，以排除坏卡、废卡等特殊因素引入的噪声数据。通过这样的数据算法处理，可以得到每个卡号的有效通行时间段，即最早入口记录的时间与最晚出口记录的时间之间的时长。这些有效通行时间段可以用于进一步的分析和运营管理决策，如计算车辆的平均通行时间、拥堵状况等。

2.4.2 车辆行为模式分析

车辆行为模式分析模型主要依据车牌号和车牌颜色作为车辆档案的标识，并设置相关指标来进行数据分析，从而推断出车辆的行为模式。常规路线分析是其中一个重要环节，使用车牌号对车辆的通行记录进行OD 分析。按年为单位对车辆的通行记录进行统计，可以获得每辆车的常规通行路线。

2.5 智能化稽查分析

根据营运管理平台实时数据库的数据源，构建实时数据模型，以智能分析路网内的通行车辆，并判断是否存在作弊车辆的数据异常情况。在车辆信息采集方面，会收集车辆的车型、车种、卡号、入口时间、入口抓拍图等信息[4]。

对于套牌车作弊的分析，将相关信息存储在套牌车作弊记录表中，为后续处理的依据。实时分析系统可以帮助提高稽查工作的效率和准确度，以及减少套牌车作弊行为的发生。

对于换卡作弊分析，当出口车道产生流水信息和抓拍图像后，通过营运管理实时平台数据库，实时分析车辆信息。相关信息将被记录在换卡作弊记录表中，并传输至联网收费系统，以进一步核查和处理该车辆的通行情况。

在卡信息篡改作弊的分析中，车辆进入高速公路和离开高速公路的过程中，入口处产生的第一条信息和抓拍图像会被实时采集并上传至营运管理平台的实时数据库。卡信息篡改作弊实时分析服务能够对该车辆的卡号、车型、车种等关键信息进行比对。如果信息一致，表示该车辆信息正常。但如果存在信息不一致的情况，则将该车辆的入口信息和出口流水的入口信息进行记录，并上传至卡信息篡改作弊记录表和联网收费系统，以供后续的核查和处理[5]。

3 项目实施收益

西安咸阳高速公路引入整站式无人收费站后，依靠自动识别技术，如车牌识别、ETC（电子不停车收费）等系统，实现快速的电子收费。车辆通过时，系统可以自动识别车牌，并根据车辆类型和行驶里程进行相应的收费操作，从而提高了收费的效率和准确性。

整站式无人收费站的引入也实现了“一职多能”，原有的站点收费员可从人工收费服务中脱离，从而转向用户车辆引导、协助车流与设备诊断等工作，减少了人工干预和排队等待的时间，节省了交通时间和提高了道路通行效率。自2023 年6 月1 日始，西安咸阳高速公路引入整站式无人收费站已节约30%～40%的人工成本。

目前，西安咸阳高速公路共有8 进11 出19 个车道，自助缴费车道四个。在正式引入整站式无人收费站前，其中一条车道仍为传统服务模式，将其前后路段的收费服务效率和车流量统计数据等进行对比，如表1 所示。

表1 传统模式与无人收费模式车流量数据对比表

另外，在路段的其他工作内容与服务项目上，传统的高速公路服务模式还需要人工巡逻或定期手动调查，一天只能覆盖几个时段，而依靠智慧平台与无人收费站的引入，可依靠自动传感器和设备每秒钟收集车辆通过的数据，实时上传到中央服务器，服务效率的差距较为明显。通过以上数据对比，可以发现无人收费站的数据相较传统模式更准确，并且实时更新。智慧平台能够提供更精确的车流量和速度数据，而传统模式下可能存在人为误差和延迟。无人收费站收集到的数据更多样化，包括车辆通过数量和平均速度等多个维度，并提供更加效率的服务功能。相比之下，传统模式数据较少，难以提供全面的交通状况信息。

4 结束语

智慧型营运管理平台已经成功应用于某省市的高速公路系统，为收费政策制定、营运管理工作效率提升和业务推广等方面提供了可靠的数据支持。同时，该平台也进一步增强了高速公路的稽查力度，确保了交通秩序的有序进行。通过智能化的管理和分析，该平台为高速公路系统带来了更高效、更准确的运营管理，满足了现代交通管理的需求。