改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

莫新強(qiáng)，黃志偉，陳 智

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

莫新強(qiáng)，黃志偉，陳 智

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

文章闡述了改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)建設(shè)的必要性，提出把監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到改擴(kuò)建高速公路施工全過(guò)程的理念，針對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目的特點(diǎn)，采用無(wú)線與有線通信組網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)一個(gè)多方信息共享平臺(tái)，并介紹了該信息管理平臺(tái)建設(shè)的實(shí)施方案。

改擴(kuò)建高速公路；施工過(guò)程監(jiān)控；無(wú)線通信；信息管理平臺(tái)

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展和交通量需求的增長(zhǎng)，高速公路所需承擔(dān)的服務(wù)任務(wù)日益加重，為提高高速公路服務(wù)水平，適應(yīng)并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)于早期建成通車的高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建工程迫在眉睫。當(dāng)前，改擴(kuò)建高速公路普遍存在實(shí)施路線長(zhǎng)、參建單位多、改擴(kuò)建項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)不足等問(wèn)題。改擴(kuò)建工程既要面對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)繁重的管理任務(wù)，又要承擔(dān)確保交通正常運(yùn)營(yíng)、確保暢通安全的保通保暢任務(wù)。因此，利用信息化手段，對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目關(guān)鍵點(diǎn)(事故多發(fā)路段、大橋及特大橋、預(yù)制場(chǎng)、拌和站、互通及樞紐互通和邊坡)進(jìn)行施工過(guò)程視頻監(jiān)控，構(gòu)建項(xiàng)目參與各方(施工單位、監(jiān)理單位、業(yè)主)統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)及施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)、全面了解施工現(xiàn)場(chǎng)及交通運(yùn)行狀況，保障施工過(guò)程交通暢通、安全，保證施工進(jìn)度可控可管將是行之有效的方法。

1 改擴(kuò)建項(xiàng)目施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)建設(shè)的必要性和目的

高速公路改擴(kuò)建工程施工現(xiàn)場(chǎng)為線狀分布模式，施工點(diǎn)分散，施工組織、施工工序與新建道路相比也更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的“跑工地”不僅需要項(xiàng)目管理人員投入巨大的人力物力，還很難對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)尤其是施工關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)指揮和監(jiān)控，也不能及時(shí)、有效地了解施工現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)狀，容易引發(fā)安全管理問(wèn)題，使安全隱患不能及時(shí)予以糾正。因此，應(yīng)利用先進(jìn)的信息技術(shù)，向科技要力量，構(gòu)建項(xiàng)目參與各方(施工單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位)統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)，提高高速公路的信息化、智能化及人性化程度，把先進(jìn)的信息技術(shù)應(yīng)用提前到改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程監(jiān)控中，而不僅僅局限于高速公路改擴(kuò)建的運(yùn)營(yíng)維護(hù)。改擴(kuò)建高速公路施工監(jiān)控信息管理平臺(tái)不僅能讓項(xiàng)目參與各方參與到項(xiàng)目施工的全過(guò)程，保障施工過(guò)程實(shí)施可看、可管、可控，同時(shí)施工監(jiān)控信息管理平臺(tái)的大部分設(shè)備都能在改擴(kuò)建后運(yùn)營(yíng)階段再利用，提高了監(jiān)控信息管理平臺(tái)的利用效率，使之利用價(jià)值從改擴(kuò)建施工延伸至后運(yùn)營(yíng)階段。

在施工過(guò)程中，對(duì)施工關(guān)鍵點(diǎn)以及事故多發(fā)路段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能更直觀和直接地將道路運(yùn)行狀況信息反饋給管理人員，同時(shí)施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)能加強(qiáng)對(duì)事故多發(fā)路段進(jìn)行采集，增強(qiáng)對(duì)不良狀況的感知能力以及交通誘導(dǎo)功能，以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路交通事件的“早發(fā)現(xiàn)、早誘導(dǎo)、早處理”，有效調(diào)控交通量，加快救援，避免二次事故的發(fā)生。

2 改擴(kuò)建高速公路項(xiàng)目的特點(diǎn)

2.1 原有監(jiān)控系統(tǒng)陳舊落后

改擴(kuò)建高速公路一般設(shè)計(jì)較早，監(jiān)控方式較單一，主要由監(jiān)控中心監(jiān)控設(shè)備、外場(chǎng)信息發(fā)布設(shè)備和外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備組成，監(jiān)控點(diǎn)位較少，無(wú)法滿足改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程監(jiān)控中對(duì)事故多發(fā)路段、大橋及特大橋、預(yù)制場(chǎng)、拌和站、互通及樞紐互通和邊坡等關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)施監(jiān)控需求。

2.2 原有通信設(shè)施容量不足

改擴(kuò)建高速公路由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，通信管道已經(jīng)基本被占用，通信光纜磨損或者被老鼠咬斷，破損嚴(yán)重，沒(méi)有空余的光纜可用。同時(shí)，由于改擴(kuò)建高速公路設(shè)計(jì)較早，通信技術(shù)的發(fā)展飛速，通信系統(tǒng)難以滿足當(dāng)前改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)對(duì)多達(dá)上百路視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

2.3 施工過(guò)程監(jiān)控點(diǎn)位環(huán)境多變

改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程監(jiān)控點(diǎn)位呈線狀分布，監(jiān)控點(diǎn)位多，監(jiān)控點(diǎn)位所處環(huán)境多變，場(chǎng)區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜，普遍存在布線難的問(wèn)題，部分點(diǎn)位視頻有線傳輸困難、供電問(wèn)題難以解決。

2.4 項(xiàng)目參與方多

改擴(kuò)建高速公路項(xiàng)目存在著項(xiàng)目參與方多，涉及建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位，監(jiān)理和施工單位往往又分多個(gè)標(biāo)段，參與各方辦公地點(diǎn)隨著高速公路線狀分布，這也為溝通和管理帶來(lái)不便，亟需一個(gè)項(xiàng)目參與各方統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)。

3 改擴(kuò)建項(xiàng)目施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)建設(shè)實(shí)施方案

3.1 施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)總體方案

3.1.1 管理體制

改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)項(xiàng)目管理體制一般分為三層：(1)建設(shè)指揮部；(2)各標(biāo)段項(xiàng)目總監(jiān)理辦公室和項(xiàng)目部；(3)項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)，包括事故多發(fā)路段、大橋及特大橋、預(yù)制場(chǎng)、拌和站、互通及樞紐互通和高邊坡等施工區(qū)域。

3.1.2 系統(tǒng)平臺(tái)總體方案

監(jiān)控信息管理平臺(tái)總體上由前端攝像機(jī)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)服務(wù)器處理平臺(tái)三部分組成。對(duì)于傳輸網(wǎng)絡(luò)方案，鑒于改擴(kuò)建高速公路的特點(diǎn)，通信系統(tǒng)容量不足，光纖資源短缺，傳輸設(shè)備陳舊，本項(xiàng)目施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)總體方案采取無(wú)線傳輸與公網(wǎng)專線相結(jié)合的傳輸方式組建網(wǎng)絡(luò)。綜合考慮當(dāng)前信息技術(shù)水平和未來(lái)改擴(kuò)建完成后監(jiān)控系統(tǒng)管理模式，本平臺(tái)前端監(jiān)控點(diǎn)攝像頭主要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋傳輸接入對(duì)應(yīng)標(biāo)段項(xiàng)目部，距離項(xiàng)目部較近或者具備有線條件的點(diǎn)位可通過(guò)敷設(shè)光纖傳輸。數(shù)據(jù)在各個(gè)項(xiàng)目部匯聚，項(xiàng)目部租用公網(wǎng)，通過(guò)公網(wǎng)專線與總監(jiān)理辦公室和建設(shè)指揮部組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了建設(shè)指揮部、監(jiān)理辦公室、項(xiàng)目部、項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的互通互聯(lián)，見(jiàn)下頁(yè)圖1。該系統(tǒng)可滿足本地監(jiān)控與中心聯(lián)網(wǎng)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控的需求，可提供24 h實(shí)時(shí)監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)狀況，為指揮部施工調(diào)度提供強(qiáng)有力的保障，降低管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使各級(jí)管理人員能通過(guò)遠(yuǎn)端傳輸?shù)默F(xiàn)場(chǎng)圖像，直觀、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地了解各施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。

圖1 項(xiàng)目總體結(jié)構(gòu)圖

施工過(guò)程視頻監(jiān)控信息管理平臺(tái)承擔(dān)著對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備、場(chǎng)景等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工人員遠(yuǎn)程管理，對(duì)交通運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)掌控等功能，實(shí)現(xiàn)建設(shè)指揮部、各標(biāo)段監(jiān)理辦公室、各標(biāo)段項(xiàng)目部和項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)動(dòng)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，統(tǒng)一指揮。建設(shè)指揮部構(gòu)建以視頻以太網(wǎng)交換機(jī)為核心，組建星型視頻局域網(wǎng)，視頻局域網(wǎng)根據(jù)需要租用不同帶寬的公網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與各施工現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。指揮部監(jiān)控平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)前端視頻圖像的任意調(diào)用、顯示、查看、控制、錄像回放等功能。

3.2 施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)視頻傳輸方案

3.2.1 監(jiān)控點(diǎn)位攝像機(jī)布設(shè)原則

(1)預(yù)制場(chǎng)

預(yù)制場(chǎng)監(jiān)控主要考慮車輛和人員出入、場(chǎng)區(qū)設(shè)備和成品及半成品。每個(gè)預(yù)制場(chǎng)配置≥2臺(tái)攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制場(chǎng)內(nèi)作業(yè)情況，人員活動(dòng)情況、車輛進(jìn)出情況的監(jiān)控。

(2)事故多發(fā)路段

對(duì)于事故多發(fā)路段，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)配置≥2臺(tái)攝像機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)施工區(qū)內(nèi)人員、車輛等情況及現(xiàn)場(chǎng)交通路況的監(jiān)控等。

3.2.2 監(jiān)控信息管理平臺(tái)視頻無(wú)線傳輸方案

由于改擴(kuò)建高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)氣候環(huán)境較為惡劣，沙塵等自然現(xiàn)象較為普遍，同時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)一般地處偏遠(yuǎn)，各施工點(diǎn)分布分散，有的施工現(xiàn)場(chǎng)距離項(xiàng)目幾百米，有的則相距幾公里乃至十幾公里。隨著施工現(xiàn)場(chǎng)工作的進(jìn)展，施工工地布線困難，隨時(shí)可能填挖路面，甚至根據(jù)需要增加或拆除傳輸設(shè)備，視頻無(wú)線傳輸方案憑借其無(wú)線設(shè)備安裝簡(jiǎn)便、靈活的優(yōu)勢(shì)成為施工過(guò)程監(jiān)控的最佳解決方案。當(dāng)前無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，公用開(kāi)放2.4 GHz、5.8 GHz頻段的無(wú)線通信技術(shù)成熟穩(wěn)定，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、油田、冶金等行業(yè)，將之引進(jìn)高速公路行業(yè)改擴(kuò)建施工過(guò)程監(jiān)控中，將極大改善、改革當(dāng)前施工管理模式。

根據(jù)管理體制實(shí)際情況以及施工現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，無(wú)線傳輸主要用于各施工現(xiàn)場(chǎng)至項(xiàng)目部之間的數(shù)據(jù)傳輸，見(jiàn)圖1。

(1)無(wú)線接入的先進(jìn)性

隨著系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，系統(tǒng)業(yè)務(wù)需要進(jìn)行擴(kuò)張，采用無(wú)線傳輸設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可以任意進(jìn)行擴(kuò)充，而不需要更換設(shè)備，只需要增加少許設(shè)備，就可以快速完成匹配本系統(tǒng)業(yè)務(wù)的擴(kuò)充。本無(wú)線通信系統(tǒng)闡述的功能需求和系統(tǒng)建設(shè)模式，在國(guó)內(nèi)高速公路領(lǐng)域具有先進(jìn)，該系統(tǒng)充分結(jié)合了高速公路行業(yè)監(jiān)控點(diǎn)位呈現(xiàn)在分布及以視頻業(yè)務(wù)為主的特點(diǎn)，系統(tǒng)的建設(shè)必將給高速公路行業(yè)帶來(lái)全新的管理手段，日后其他路網(wǎng)也可就近接入此平臺(tái)連入本無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)。

(2)無(wú)線接入的經(jīng)濟(jì)性

無(wú)線接入方式是性價(jià)比最高的一種接入方式，遠(yuǎn)比光纖節(jié)省投資，一次性投資，無(wú)需支付昂貴的租用費(fèi)用。

(3)無(wú)線接入的靈活性

網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)具備足夠的靈活性，可以方便地進(jìn)行擴(kuò)充，任意地調(diào)整，無(wú)線傳輸最大的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備可以重復(fù)利用，當(dāng)中心站調(diào)整后，所有設(shè)備都可以重新架構(gòu)。

3.2.3 監(jiān)控信息管理平臺(tái)視頻有線傳輸方案

鑒于建設(shè)指揮部、各總監(jiān)辦公室以及項(xiàng)目部辦公位置固定，一般都在運(yùn)營(yíng)商光纖覆蓋范圍內(nèi)，為了保證視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、有效性、安全性和可靠性，采取租用運(yùn)營(yíng)商專線的模式，根據(jù)各級(jí)機(jī)構(gòu)上傳數(shù)據(jù)量的大小來(lái)決定租用不同帶寬的專線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)指揮部、各總監(jiān)理辦公室以及項(xiàng)目部直接的互聯(lián)。

3.3 施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)視頻事件檢測(cè)系統(tǒng)

視頻事件檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)視頻圖像的分析，對(duì)車輛事故、交通擁堵、行人及車輛逆行、拋棄物、火災(zāi)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)警示，提醒管理人員進(jìn)行及時(shí)確認(rèn)和處理，并自發(fā)錄像事故現(xiàn)場(chǎng)，為施工全過(guò)程管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，尤其是對(duì)于改擴(kuò)建高速公路，既要保證交通的順暢、安全，又要保證施工的有序推進(jìn)，因而特別重要。

3.4 施工過(guò)程監(jiān)控信息管理平臺(tái)供電系統(tǒng)

供電設(shè)施主要包括太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、UPS不間斷電源等設(shè)施，為了確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，在建設(shè)指揮部和各項(xiàng)目部設(shè)置UPS，為監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、硬盤錄像機(jī)、服務(wù)器等設(shè)施供電。鑒于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜多變，對(duì)于改擴(kuò)建中的一些監(jiān)控點(diǎn)位，例如大橋、事故多發(fā)路段、互通等遠(yuǎn)離場(chǎng)區(qū)以及為了防止場(chǎng)區(qū)內(nèi)路面填挖不確定或者牽引供電線路較復(fù)雜的攝像機(jī)，可以選擇采用太陽(yáng)能供電方式或者風(fēng)光互補(bǔ)供電方式，確保監(jiān)控信息管理平臺(tái)的可靠供電。太陽(yáng)能供電方式受時(shí)間和地域約束，而風(fēng)光互補(bǔ)供電方式則充分利用太陽(yáng)能和風(fēng)能，可實(shí)現(xiàn)在時(shí)間和地域上互補(bǔ)。因此，在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，可根據(jù)具體監(jiān)控點(diǎn)位情況合理選用。

4 監(jiān)控信息管理平臺(tái)再利用方案討論

待改擴(kuò)建完成后，本監(jiān)控信息平臺(tái)的多數(shù)設(shè)備都可重新利用于改擴(kuò)建后的道路運(yùn)營(yíng)管理中，減少后期運(yùn)營(yíng)的投入。例如，視頻管理服務(wù)器、視頻解碼服務(wù)器、視頻以太網(wǎng)交換機(jī)、事件檢測(cè)系統(tǒng)等都可以應(yīng)用到監(jiān)控系統(tǒng)中；前端攝像機(jī)和UPS等可應(yīng)用到監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)中；無(wú)線網(wǎng)橋可應(yīng)用于服務(wù)區(qū)無(wú)線Wifi覆蓋工程中。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路運(yùn)營(yíng)管理中起到了極大的作用，而在改擴(kuò)建高速公路的施工過(guò)程管理中卻是一個(gè)新鮮事物，把監(jiān)控理念提前到施工過(guò)程管理中，服務(wù)于整個(gè)建設(shè)周期，構(gòu)建建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位多方信息共享的聯(lián)動(dòng)平臺(tái)，可確保改擴(kuò)建高速公路施工過(guò)程中的暢通安全，保障施工過(guò)程科學(xué)、高效、可看、可管、可控。

[1]JTGD80-2006，高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2]黎琮瑩.廣西高速公路改擴(kuò)建工程全程監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].西部交通科技，2012(8)：105-107，111.

[3]趙祥模.高速公路監(jiān)控系統(tǒng)理論及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

Construction Process Monitoring Information Management Platform Design for Expressway Reconstruction and Expansion

MO Xin-qiang，HUANG Zhi-wei，CHEN Zhi

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

This article discusses the necessity for construction process monitoring information management platform construction of expressway reconstruction and expansion，and proposes the concept of using the monitoring technology to the full construction process of expressway reconstruction and expansion，and re-garding the characteristics of reconstruction and expansion projects，it uses the wireless and wireline com-munications network technology to build a multi-party information-sharing platform，and then describes the implementation plan of this information management platform construction.

Expressway reconstruction and expansion；Construction process monitoring；Wireless communications；Information management platform

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.021

1673-4874(2015)04-0076-03

2015-03-02

莫新強(qiáng)，助理工程師，碩士，主要從事交通工程設(shè)計(jì)工作。