高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

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摘要：針對(duì)具體工程實(shí)例，對(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)、機(jī)電設(shè)備自動(dòng)巡檢技術(shù)的完善和高速公路機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)控水平的提高加以探討，以促進(jìn)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)管理功能的不斷提高。

關(guān)鍵詞：高速公路；機(jī)電工程；監(jiān)控系統(tǒng)

0引言

高速公路機(jī)電工程種類多且涉及領(lǐng)域廣泛，科技含量高。當(dāng)前我國(guó)高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)仍處在人工定期巡檢的粗放式經(jīng)營(yíng)管理階段，信息技術(shù)應(yīng)用并不廣泛，這加劇了高速公路發(fā)展建設(shè)速度的加快和安全運(yùn)營(yíng)水平有待提高之間的矛盾。本文結(jié)合具體工程，對(duì)高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1工程概況

某高速公路項(xiàng)目線路全長(zhǎng)118km，設(shè)計(jì)車(chē)速100km/h，路基寬度為28m。本工程由全線監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和隧道內(nèi)通風(fēng)、照明及供配電系統(tǒng)組成，項(xiàng)目機(jī)電工程合同屬于工程總承包合同，聯(lián)合設(shè)計(jì)、材料設(shè)備供貨運(yùn)輸、交付安裝、開(kāi)通調(diào)試、培訓(xùn)等責(zé)任由投標(biāo)人承擔(dān)。本高速公路機(jī)電工程技術(shù)復(fù)雜且集成度與運(yùn)行安全度要求較高，主要包括通風(fēng)、照明、火災(zāi)預(yù)警、緊急呼救、交通檢測(cè)、閉路電視、配電消防等工程組成。

2高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠加強(qiáng)對(duì)行駛車(chē)輛的有效控制，方便監(jiān)管的同時(shí)推動(dòng)高速公路運(yùn)行效率的提升。

2.1高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本高速公路工程監(jiān)控系統(tǒng)包括收費(fèi)站管理所、監(jiān)控分站和公路管理局三個(gè)層級(jí)構(gòu)成，有兩處匝道收費(fèi)站、收費(fèi)亭及相關(guān)的道路車(chē)輛收費(fèi)攝像設(shè)備全部上傳至收費(fèi)站管理所監(jiān)控系統(tǒng)，各路段監(jiān)控中心主要對(duì)本路段車(chē)輛收費(fèi)情況和道路運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并負(fù)責(zé)將所采集的圖像視頻信息傳輸至分中心，由省公路管理部門(mén)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并將視頻影像信息傳輸至省監(jiān)控中心。2.1.1場(chǎng)外主線監(jiān)控系統(tǒng)。場(chǎng)外主線監(jiān)控系統(tǒng)包括高速公路場(chǎng)外攝像設(shè)備、車(chē)輛檢測(cè)儀器、LED信息屏和可變信息標(biāo)志等設(shè)備構(gòu)成，高速公路機(jī)電工程中配備多色度監(jiān)控?cái)z像機(jī)和車(chē)輛道路檢測(cè)系統(tǒng)，將所拍攝的數(shù)據(jù)影像信息實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息參數(shù)的分析和處理后對(duì)道路運(yùn)輸情況和車(chē)輛狀態(tài)加以評(píng)價(jià)，自動(dòng)生成控制預(yù)案，并將預(yù)案?jìng)鬏斨翀?chǎng)外設(shè)備（如可變信息顯示設(shè)備、路側(cè)廣播、電子屏等）實(shí)時(shí)[1]，通信系統(tǒng)通過(guò)采集和有效傳輸交通信息進(jìn)行高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)的連接和管理。2.1.2隧道監(jiān)控系統(tǒng)。隧道監(jiān)控由交通信號(hào)燈、道路車(chē)輛檢測(cè)裝置、道路標(biāo)志標(biāo)線、出入段光強(qiáng)檢測(cè)儀器、火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)等組成，隧道火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)比高速公路其他火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)具有更加敏銳的煙霧溫度感應(yīng)能力，如遇火災(zāi)，預(yù)警系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出警報(bào)，并將信息實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控中心，電氣設(shè)備電源自動(dòng)切斷，防止損失的進(jìn)一步擴(kuò)大。隧道監(jiān)控系統(tǒng)與控制器由網(wǎng)路連接，可以將監(jiān)控設(shè)備所搜集到的視頻影像信息實(shí)時(shí)傳輸至配電房和通信站，再將數(shù)據(jù)信息傳送至監(jiān)控中心。2.1.3監(jiān)控中心。高速公路監(jiān)控中心包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、視頻影像采集系統(tǒng)、監(jiān)視器系統(tǒng)和不間歇電源、操作臺(tái)等部分，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳遞，由此形成高速公路信息采集與傳輸監(jiān)控以太網(wǎng)（Ethernet），收費(fèi)閉路監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)無(wú)線控制系統(tǒng)。高速公路運(yùn)行過(guò)程中離不開(kāi)氣象監(jiān)測(cè)、道路車(chē)輛檢測(cè)和攝像設(shè)備，以便對(duì)于路況信息、天氣狀況和車(chē)輛運(yùn)行情況信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)收集分析和加工處理，高速公路通信、收費(fèi)、路段監(jiān)控用電、養(yǎng)護(hù)用電、照明等均屬耗電方面，所以供電系統(tǒng)始終貫穿高速公路機(jī)電工程所有分部分項(xiàng)工程，本工程電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用分布式設(shè)計(jì)模式與單模光纖所組成光纖環(huán)網(wǎng)的主干管理，在電力管理設(shè)備較為集中區(qū)域通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)子網(wǎng)加強(qiáng)高速公路機(jī)電工程電力監(jiān)控，工程電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括配電站、通信系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸線路、監(jiān)控中心等部分[2]。

2.2高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)方案

結(jié)合本高速公路工程實(shí)際及其機(jī)電設(shè)備與全過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，其監(jiān)控設(shè)備分為全過(guò)程監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備和外部設(shè)備兩類。定期自動(dòng)巡檢方案主要適用于全過(guò)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)包括情報(bào)顯示器、檢測(cè)氣象和事件裝置等設(shè)備，此類設(shè)備本身也時(shí)刻處于全過(guò)程監(jiān)控范圍，通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的巡檢軟件將其搜集到的數(shù)據(jù)圖像視頻等信息借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸并檢測(cè)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)潛在故障進(jìn)行初步診斷和預(yù)警，該系統(tǒng)進(jìn)行故障檢查時(shí)將對(duì)外場(chǎng)設(shè)備斷電、外場(chǎng)設(shè)備故障和通訊鏈路故障等進(jìn)行提示，并對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器和情報(bào)板通訊等系統(tǒng)失效發(fā)出預(yù)警。這種自動(dòng)巡檢系統(tǒng)簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)，硬件投入較少，但是對(duì)自動(dòng)巡檢軟件功能及其精準(zhǔn)性要求較高，必須針對(duì)工程實(shí)際進(jìn)一步完善其故障查找、定位和診斷功能。此外，本工程隧道部分采用嵌入式遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，主要用于高低壓配電、場(chǎng)外電力電纜及其余場(chǎng)外設(shè)備等未連接全過(guò)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的機(jī)電工程設(shè)備，通過(guò)嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)保證設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理，并運(yùn)用嵌入式實(shí)時(shí)通信技術(shù)模塊對(duì)場(chǎng)外設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)。

3高速公路機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

3.1自動(dòng)巡檢技術(shù)

高速公路機(jī)電工程自動(dòng)巡檢監(jiān)控技術(shù)能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)外設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的定期收集，對(duì)其運(yùn)營(yíng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并預(yù)警，通過(guò)系統(tǒng)的專家診斷功能，對(duì)故障所在位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位、提示及性質(zhì)的判斷。自動(dòng)巡檢技術(shù)工作時(shí)首先比對(duì)和判斷巡檢間隔時(shí)間的合理性，如果間隔時(shí)間不合理則自動(dòng)返回初始狀態(tài)重新定位間隔時(shí)間，重新進(jìn)行自動(dòng)巡檢，并結(jié)合檢測(cè)對(duì)象屬性調(diào)用適用的檢測(cè)程序，最后將所采集到的車(chē)輛道路信息提交專家診斷程序，并選擇診斷故障的基本方法，診斷后出具巡檢結(jié)果報(bào)告，紅燈表示預(yù)警，黃燈表示危險(xiǎn)，綠燈表示信息正常[3]。

3.2網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

高速公路機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控必須借助內(nèi)嵌式通信模塊發(fā)揮功能，為便于機(jī)電設(shè)備與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有線或無(wú)線連接，本工程機(jī)電設(shè)備接口設(shè)計(jì)了光纖網(wǎng)接口、以太網(wǎng)接口和無(wú)線通訊接口等各種通訊接口以及輔助性配件，如遇通信網(wǎng)絡(luò)故障或中斷，機(jī)電設(shè)備狀態(tài)信息將自動(dòng)存錄于監(jiān)測(cè)設(shè)備，直至網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)后信息將自動(dòng)上傳。這種嵌入式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與監(jiān)控技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，能夠確保所有的機(jī)電設(shè)備上網(wǎng)與信息處理功能的完善。嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控與傳輸技術(shù)主要由監(jiān)控終端系統(tǒng)（即服務(wù)器）、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及場(chǎng)外設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)三個(gè)相互獨(dú)立而又自成體系的模塊組成，分工協(xié)作共同完成高速公路運(yùn)行信息的采集、分析與管理。

3.3監(jiān)控技術(shù)硬件體系

高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)硬件體系由特征信號(hào)歸類提取模塊、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備、執(zhí)行器組、信號(hào)調(diào)理與緩存、數(shù)模信號(hào)傳送器及嵌入式系統(tǒng)通信接口等部分組成。特征信號(hào)歸類提取模塊主要根據(jù)機(jī)電設(shè)備性能自動(dòng)抽取設(shè)備特征信息并歸類處理，為傳感器型號(hào)的選定和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)提供便利。通信接口模塊則是高速公路機(jī)電工程監(jiān)控信息采集的核心設(shè)備，該系統(tǒng)將模擬信號(hào)值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并將其傳輸至嵌入式控制器，便于信號(hào)分析。小型數(shù)據(jù)庫(kù)模塊則將所采集的數(shù)據(jù)和歷史故障信息統(tǒng)統(tǒng)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)數(shù)據(jù)的比對(duì)與分析，為常見(jiàn)故障提供完善和優(yōu)化策略，也可以利用遠(yuǎn)程傳輸將數(shù)據(jù)交由遠(yuǎn)程服務(wù)器處理，充分發(fā)揮已有的硬件及網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢(shì)，監(jiān)控中心服務(wù)器功能較為具體，采集數(shù)據(jù)分析指令，切換通道指令并進(jìn)行信號(hào)收集、數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)，完成網(wǎng)絡(luò)通信。

4結(jié)語(yǔ)

高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)是公路管理方加強(qiáng)監(jiān)管完善服務(wù)的重要手段，必須在高速公路建設(shè)的同時(shí)不斷完善監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，不斷加深對(duì)機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)和管理認(rèn)識(shí)的深度，正確處理公路管理方、使用者和收益方之間的利益關(guān)系，在確保高速公路極大促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)管理功能的不斷成熟服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉善輝.淺談高速公路機(jī)電工程的監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國(guó)外資，2012（4）：161.

作者:劉鳳成 單位:河北省高速公路京承管理處