陳繼情

（福建高速公路有限責任公司 福州管理分公司，福建 福州 350000）

1 福建省高速公路管理系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

截至2021年底，福建省高速公路通車里程超過6 000 km［1］，實現(xiàn)了“縣縣通車”的偉大成就。隨著高速公路里程增加，隧道等關鍵節(jié)點也不斷地增加，對于關鍵節(jié)點的設備的控制和數(shù)據(jù)采集的要求也不斷地增高?，F(xiàn)有高速公路監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)逐漸無法滿足龐大的高速路管理需求，主要存在以下幾個方面問題：①各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，維護不方便、效率低；②各個系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一備份保存和查詢、傳輸穩(wěn)定性差；③可拓展性差，各個系統(tǒng)獨立，無法統(tǒng)一維護；④日常數(shù)據(jù)操作記錄未能統(tǒng)一備份，存在風險。綜上，新一代的高速公路監(jiān)控系的開發(fā)應用已經(jīng)迫在眉睫。

2 高速公路管理系統(tǒng)設計需求

針對現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，新一代的高速公路管理系統(tǒng)需滿足以下設計要求。

2.1 全高速公路網(wǎng)統(tǒng)一監(jiān)管，新增節(jié)點時方便系統(tǒng)拓展

新系統(tǒng)需從子節(jié)點開始逐級上傳，最終匯聚到省公司的總節(jié)點。一線節(jié)點通常為各類工控機，由 PLC實現(xiàn)，工控機通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡連接到機維中。機維站一般由現(xiàn)場監(jiān)控工作站（控制計算機）、監(jiān)控系統(tǒng)軟件、主區(qū)域控制器及相應的附屬設施構(gòu)成，用于實現(xiàn)對一線節(jié)點的直接監(jiān)控。機維站數(shù)據(jù)需支持實時上傳，最終匯總到總結(jié)點。整個省份的所有高速公路由一個控制中心集中管理。后續(xù)若有新建設高速公路，可直接并入現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控。

2.2 全面掌握高速公路沿線設備的運行情況

高速公路沿線系統(tǒng)主要包括隧道及沿線道路照明系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、安全報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、交通指示系統(tǒng)等子系統(tǒng)。新系統(tǒng)需要對各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行采集和日常管理，所有數(shù)據(jù)信息需匯總接入統(tǒng)一監(jiān)控軟件平臺。通過該軟件平臺對高速公路沿線所有設備進行監(jiān)控。

2.3 實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)管和數(shù)據(jù)分析

新系統(tǒng)需支持設置報警及操作日志查詢，支持報表生成和數(shù)據(jù)分析，支持用戶對系統(tǒng)的具體操作實施監(jiān)管和記錄。用戶可以將系統(tǒng)設備的巡檢操作生成文檔留做內(nèi)頁資料，可以對設備故障記錄和修復記錄進行過程跟蹤監(jiān)控。通過數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計可實現(xiàn)對隧道各個設備狀態(tài)和使用情況的實時掌握。

3 系統(tǒng)設計

根據(jù)系統(tǒng)設計需求，統(tǒng)一監(jiān)控平臺系統(tǒng)拓撲架構(gòu)設計如圖 1所示。

圖1 平臺系統(tǒng)拓撲架構(gòu)示意圖

3.1 系統(tǒng)拓撲架構(gòu)

平臺架構(gòu)可分成4個層級，每個層級設備介紹如下。層級1：一線節(jié)點，包括各種工控機；層級2：機維站，由電腦、服務器組成；層級3：市級中心，由電腦、服務器組成；層級4：省級中心，由電腦、服務器組成。

各層級功能如下。①工控機：布設服務+客戶端界面（單站），可以進行設備監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理，同時具備一定的數(shù)據(jù)存儲功能，在市級與設備通信中斷恢復后，將中斷時的數(shù)據(jù)同步到市級中心，保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。②機維站：客戶端界面，連接到市級中心，利用用戶名區(qū)分不同機維站的監(jiān)控權(quán)限。③市級中心：布設“服務+客戶端”界面，進行數(shù)據(jù)采集、處理和存儲。④省級中心：連通現(xiàn)有的省級平臺的Oracle數(shù)據(jù)庫，和下層級節(jié)點交互、存儲數(shù)據(jù)。

3.2 軟件設計

軟件目標功能主要包括用戶管理、報警管理、隧道設備監(jiān)控、照明時序設置、照明模式管理、照明燈組管理、照明時序恢復、PLC校時、情報板控制、日志查詢、報表查詢、網(wǎng)絡系統(tǒng)、設備巡檢、火災聯(lián)動預案、數(shù)據(jù)采集存儲、車檢器系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、緊急電話播系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等模塊的應用。其中，關鍵功能設計如下。

（1）照明控制。主要功能包括照明燈組管理、照明模式管理、照明時序管理3個部分。每個機電維護站可以編輯屬于這個機維站的燈組，在燈組管理界面，可以進行燈組管理，包括“新增燈組”“修改燈組”“刪除燈組”。在編輯完燈組后，就可以對燈組進行照明模式的管理，可以設置每個燈組的開光燈時序，可以新增、編輯、刪除多個照明時序，建立多個照明模式并命名保存。在時序管理中就能選擇需要下發(fā)的照明模式，以達到控制該隧道燈組的亮燈方案［2］。主頁面主要由五大部分構(gòu)成。①隧道選擇：可自主勾選要下發(fā)時序的隧道；②模式選擇：選擇要下發(fā)到照明柜的照明模式；③控制方式選擇：選擇要下發(fā)到照明柜的照明控制方式；④結(jié)果頁面：顯示要下發(fā)的照明柜詳情及下發(fā)后的結(jié)果；⑤圖例說明：對不同的顏色給予解釋 。

（2）情報板控制。情報板顯示在主控制畫面上，主控畫面是一個GIS畫面，通過放大和縮小操作可以看到全部的情報板。如果當前畫面不在主控制畫面內(nèi)，可以通過點擊主畫面按鈕切換到主控畫面。在主控畫面上顯示了情報板名稱，情報板當前發(fā)布的內(nèi)容及情報板當前通信狀態(tài)。點擊需要控制的情報板可以打開編輯該情報板界面，窗口上有獲取情報板當前內(nèi)容、發(fā)送命令、批量發(fā)送、編輯情報板內(nèi)容排序等功能。集中各個品牌型號的情報板，對接協(xié)議進行總結(jié)。情報板控制主要分成兩個板塊：一是情報板發(fā)布。情報板軟件設計時分為內(nèi)容分類區(qū)、內(nèi)容共享區(qū)、發(fā)送內(nèi)容編輯區(qū)域、發(fā)送內(nèi)容預覽區(qū)。窗口上有獲取情報板當前內(nèi)容、發(fā)送命令、批量發(fā)送、編輯情報板內(nèi)容排序等功能。二是情報板參數(shù)設置。情報板參數(shù)設置主要是對上位機與情報板通信連接的方式、情報板IP、網(wǎng)絡端口的設置，還可屏蔽情報板在上位機上的顯示；用戶可右鍵列表內(nèi)容進行編輯、新增、刪除情報板配置。

（3）隧道風機指示燈控制。在軟件隧道界面內(nèi)，現(xiàn)場每個射流風機、軸流風機、指示燈和每一組照明燈都有對應編碼的圖標，通過點擊圖標就可以彈出對應設備的控制界面。射流風機控制的方式有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、關閉3種方式，窗口上有顯示風機的當前控制方式和當前風機的狀態(tài)。軸流風機控制顯示有風閥控制和風機控制，可顯示風機頻率和轉(zhuǎn)速等［3］。控制方式有5種，分別為本地手動、遠程手動、時序自動控制、COVI自動控制、未知控制。①本地手動：在現(xiàn)場進行手動控制的上位機無法控制；②遠程手動：由上位機進行遠程手動控制；③時序自動控制：根據(jù)設定的時間進行自動控制；④COVI自動控制：由COVI值進行自動控制；⑤若顯示未知控制，說明已與PLC通信中斷。

（4）緊急電話、火災報警及車檢器等安防設備。新火災報警系統(tǒng)對原有各個品牌型號的火災報警系統(tǒng)進行整合，如雙波長火災報警系統(tǒng)、感溫光纜火災報警系統(tǒng)、光纖光柵火災報警系統(tǒng)、視頻事件火災報警系統(tǒng)等，集中到新一代監(jiān)控軟件統(tǒng)一進行監(jiān)控?；馂膱缶到y(tǒng)在隧道控制界面上分為手動報警單元和自動報警單元，正常的狀態(tài)下背景色為綠色，故障時背景為黃色，火災報警時背景則為紅色。同樣可以通過點擊圖標編輯設備狀態(tài)。

緊急電話圖標，狀態(tài)分為5種，即正常、故障、振鈴、通話、摘機。狀態(tài)為正常時顯示綠色，故障時為黃色閃爍，通話時為紅色閃爍。

車檢器模塊的主要功能是對外場車檢器的數(shù)據(jù)進行采集、存儲及分析，并生成報表。車輛檢測器報表有3個主要功能：車檢器數(shù)據(jù)查詢、車檢器數(shù)據(jù)對比、保證車檢器數(shù)據(jù)的完整性。車檢器數(shù)據(jù)查詢分為實時數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)、日報表、月報表， 可以全方位地對高速公路上的各個節(jié)點車流量、車速和車道占有率進行統(tǒng)計和分析，為其他道路設備的控制使用提供依據(jù)。

（5）數(shù)據(jù)采集、存儲及查詢。數(shù)據(jù)采集主要包括車輛檢測器數(shù)據(jù)、COVI數(shù)據(jù)、隧道照度檢測數(shù)據(jù)、風速風向溫度等數(shù)據(jù)；這些數(shù)據(jù)可以幫助工作人員了解隧道現(xiàn)場的行車情況及對隧道的照明燈、風機和一些指示標志做出正確控制。數(shù)據(jù)的存儲和分析包括火災報警數(shù)據(jù)、情報板發(fā)布數(shù)據(jù)、隧道開光燈數(shù)據(jù)、隧道用電數(shù)據(jù)、隧道設備運行報警數(shù)據(jù)等。通過數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計可實時掌握隧道各個設備狀態(tài)和使用情況，為機電維護站對設備的維護提供幫助。新的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)采用樹型拓撲，通過高速以太網(wǎng)匯聚各個關鍵節(jié)點的信息，實現(xiàn)統(tǒng)一處理和信息顯示，并對日常數(shù)據(jù)進行歸檔，方便后期回溯。通過該系統(tǒng)，工作人員可以全面掌握高速公路沿線設備的運行情況，提高對高速公路沿線設備的監(jiān)控效率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)管和數(shù)據(jù)分析，也方便后期網(wǎng)絡拓展。此外，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集存儲分析的基礎上新增了全設備巡檢功能。設備巡檢畫面主要分為以下四大部分。①機維站選擇：可自主選擇要巡檢的機維站，可以精確查找各維護站的設備故障情況，提高維護的時效性。②設備類型選擇：選擇要巡檢的設備，對單一設備的實時情況快速查詢，方便對設備專項維護時的統(tǒng)計。③統(tǒng)計信息：巡檢設備分正常和異常統(tǒng)計分類，對設備情況進行統(tǒng)計，為判定設備故障原因提供依據(jù)。④詳細列表：巡檢設備的詳細信息，對各設備的具體故障情況進行初步分析，避免維護時“走彎路”，提高設備維護的精確性。

（6）PLC校時功能。隧道照明、隧道風機、隧道指示燈、COVI等設備是通過PLC可編程控制器實現(xiàn)遠程控制的。由于各個PLC時鐘走的速度不一致，所以時間久了會導致每個PLC時間差距較大，影響如照明時序等控制方案的下發(fā)和使用。這時候就需要進行時間的校正。PLC校時主界面主要有以下功能。①隧道選擇：可自主選擇要下發(fā)的目標隧道；②系統(tǒng)時間：可以編輯當前要下發(fā)到PLC的具體時間；③詳細列表：要下發(fā)的PLC詳情及下發(fā)結(jié)果，如當前PLC的通信狀態(tài)和下發(fā)后的成功與否的狀態(tài)。

（7）日志功能。日志查詢分為監(jiān)控操作日志、用戶登錄日志、情報板操作日志、火災報警日志、緊急電話日志、監(jiān)控報警日志等。日志查詢包括區(qū)域選擇：選擇所要查詢的區(qū)域，如隧道、路段、機維站及管理公司等；查詢條件選擇：查詢的條件因不同日志分為很多種，本文不做贅述。通過對各個日志的查詢，可以精確掌握每個子系統(tǒng)、每個操作步驟、每個報警記錄及所對應的每個操作人員的使用情況，使每個系統(tǒng)的每個操作和巡檢情況都責任到人，方便倒查。

4 系統(tǒng)應用

高速公路統(tǒng)一監(jiān)控軟件目前在高速福州管理分公司試點應用，后續(xù)會布設至全省各個路段公司［4］。本系統(tǒng)在信息中心監(jiān)控人員的道路監(jiān)控時效提高上有很大的幫助，讓監(jiān)控數(shù)據(jù)的上傳下達和統(tǒng)計分析更加可靠且及時。同時，多個設備系統(tǒng)可進行匯總和集中監(jiān)控管理，大大降低了監(jiān)控的人工成本。此外，沿線設備的操作實施記錄會有留存，各個設備的運行情況定時匯總生成日志報表，各個設備報表也會進行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，為沿線設備的運行控制提供參考依據(jù)。該系統(tǒng)可以通過隧道的照度數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)隧道照明燈具的開關；參考COVI的數(shù)據(jù)控制隧道風機的開關；通過隧道用電數(shù)據(jù)的分析，制定隧道照明時序等功能。

5 結(jié)束語

通過建設和使用高速公路統(tǒng)一監(jiān)控系統(tǒng)，利用高速以太網(wǎng)絡串聯(lián)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，方便集中監(jiān)控、管理，還可以更全面地掌控高速公路上的運行監(jiān)控數(shù)據(jù)，讓道路沿線設備的操控更規(guī)范和更具時效性，并能降低監(jiān)控的人工成本，同時利用數(shù)據(jù)的多維度比對和分析，發(fā)現(xiàn)日常維護中存在的問題，及時做出修正。因此，高速公路統(tǒng)一監(jiān)控系統(tǒng)建設和應用開發(fā)具有重要的意義。21世紀是人工智能的時代，目前高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)智能化水平還處于萌芽階段，后續(xù)的發(fā)展及研究方向也應朝著這方面努力，加大智能化設備在高速公路的投入應用，讓各個子系統(tǒng)之間相互聯(lián)動，最大限度地降低人在道路監(jiān)控的參與程度是大勢所趨。