高速公路機(jī)電系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)支撐設(shè)計(jì)

陳略

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 貴州交通技師學(xué)院， 貴州， 貴陽(yáng) 550008)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通行業(yè)的規(guī)模越來(lái)越大。高速公路的建設(shè)也如火如荼地進(jìn)行，并在經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面取得了巨大的成就。高速公路的快速發(fā)展提升了省市區(qū)域內(nèi)的公路網(wǎng)整體技術(shù)水平，高速公路的建設(shè)可以優(yōu)化整體的交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)[1]，可以有效地減少交通擁堵和交通事故出現(xiàn)的概率，對(duì)于舒緩交通繁雜的局面具有積極的意義。同時(shí)，在高速公路發(fā)展中，應(yīng)努力提高服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)整段路網(wǎng)設(shè)備的有效監(jiān)控[2]。通過(guò)部署聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，按照不同路段和車輛通行狀況，合理準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)備管理。采用車型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)防作弊技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路科學(xué)的管理[3]，提升通行能力，統(tǒng)籌調(diào)度管理，達(dá)到對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的綜合效益。

1 高速公路建設(shè)規(guī)劃

1.1 高速公路管理體制設(shè)計(jì)

高速公路機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要以高速公路路網(wǎng)的建設(shè)角度出發(fā)，并且也要同時(shí)綜合業(yè)務(wù)需求、管理規(guī)則、投資成本等因素實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)[4]。為了保證可以兼顧行政區(qū)域的劃分與工作人員生活便利等條件，采取三層體系管理。所以，將機(jī)電系統(tǒng)的管理體制設(shè)計(jì)成“省中心——路網(wǎng)分中心——基層管理單元”三層管理體系，具體如圖1所示。

圖1 機(jī)電系統(tǒng)管理體制圖

1.2 高速公路聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)原則

為了貫徹交通運(yùn)輸部以及國(guó)家宏觀的技術(shù)政策，聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)原則應(yīng)采納“統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施”的策略。在原有基礎(chǔ)設(shè)施的資源上，逐步進(jìn)行升級(jí)改造，形成平滑過(guò)渡的設(shè)施建設(shè)。參考的設(shè)計(jì)原則應(yīng)具備科學(xué)性、前瞻性和包容性[5]?？茖W(xué)性設(shè)計(jì)原則表明無(wú)論是總體性規(guī)劃，還是局部的技術(shù)性規(guī)劃都應(yīng)科學(xué)地看待，結(jié)合系統(tǒng)的軟硬件建設(shè)，依賴先進(jìn)性與實(shí)用性的技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。前瞻性原則是指應(yīng)考慮到未來(lái)高速公路的建設(shè)方向，充分分析出交通可能出現(xiàn)的新情況和新常態(tài)[6]，保證在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)保持領(lǐng)先的建設(shè)特點(diǎn)，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行超前建造，參照國(guó)際和國(guó)內(nèi)的先進(jìn)建造經(jīng)驗(yàn)。包容性原則是高速公路在建設(shè)竣工后使用時(shí)間一般會(huì)長(zhǎng)達(dá)30—50年左右[7]，建設(shè)過(guò)程中，機(jī)電系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生更新的情況，所以當(dāng)前建設(shè)的機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)保證兼容性。

2 整體架構(gòu)與通信系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 整體架構(gòu)

高速公路的機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成具有管理性質(zhì)的應(yīng)用軟件，采用B/S的模式架構(gòu)，依據(jù)高速公路的特點(diǎn)，其機(jī)電系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，主要包含用戶界面、業(yè)務(wù)處理、數(shù)據(jù)訪問(wèn)以及異常處理等軟件包。用戶界面包完成與操作人員的主要交互，接收動(dòng)作指令并在完成后反饋結(jié)果給人員，同時(shí)向業(yè)務(wù)層傳輸處理請(qǐng)求，向操作人員展示結(jié)果。業(yè)務(wù)處理包則是在完成接收操作人員指令后，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)處理，向數(shù)據(jù)層發(fā)送數(shù)據(jù)并反饋結(jié)果給界面。數(shù)據(jù)訪問(wèn)包作為數(shù)據(jù)的支撐操作，一般用來(lái)實(shí)現(xiàn)事務(wù)處理和數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)連接。異常處理包的職責(zé)則是包含對(duì)異常數(shù)據(jù)的日志記錄與管理，上傳異常信息給用戶界面。其整體設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 整體架構(gòu)圖

2.2 骨干網(wǎng)傳輸與路段內(nèi)接入網(wǎng)系統(tǒng)

高速公路通信系統(tǒng)的建立需要適應(yīng)高速公路的需求，通信系統(tǒng)的建立要服務(wù)于公路的運(yùn)營(yíng)效率和業(yè)務(wù)能力。從管理效率的角度分析，通信系統(tǒng)主要包括通信系統(tǒng)的三級(jí)管理機(jī)構(gòu)和兩層輔助系統(tǒng)，即骨干通信網(wǎng)和路段接入網(wǎng)[8]。通信系統(tǒng)的搭建應(yīng)主要著眼于各個(gè)路段通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通、未來(lái)路段接入以及通信系統(tǒng)擴(kuò)容的骨干網(wǎng)建設(shè)。以省市區(qū)域作為骨干網(wǎng)的主要傳輸系統(tǒng)，由它來(lái)鏈接城市骨干網(wǎng)和各個(gè)路段網(wǎng)的接入網(wǎng)平臺(tái)，通信系統(tǒng)的重要功能就是成為通信系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)承載通路，為數(shù)字圖像提供信號(hào)傳輸通道以及音頻信號(hào)的電話網(wǎng)中繼傳輸通道，保留一定的新業(yè)務(wù)所需的數(shù)字空間，為后續(xù)的信息化交通構(gòu)建提供預(yù)留環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)設(shè)備[9]，網(wǎng)絡(luò)中骨干通信節(jié)點(diǎn)使用10G設(shè)備。邊緣節(jié)點(diǎn)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信流量采用2.5 G或622 M的通信容量設(shè)備。對(duì)于傳輸業(yè)務(wù)量大于2.5 G時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)粗波長(zhǎng)級(jí)別的傳輸[10]，安裝更大容量的光板和光纜線路。主要設(shè)備為ASON系列的STM-16或者STM-4等級(jí)分插復(fù)用器。

路段內(nèi)接入網(wǎng)的制式選擇是屬于骨干網(wǎng)下的一段基層網(wǎng)絡(luò)，其靈活、業(yè)務(wù)場(chǎng)景的特點(diǎn)主要用于支持基層管理部門的語(yǔ)音、圖像業(yè)務(wù)的傳輸[11]。根據(jù)路段內(nèi)的傳輸業(yè)務(wù)特點(diǎn)不同，一般分為2部分：一部分以SDH/MSTP的接入網(wǎng)為主；另一部分則以IP網(wǎng)絡(luò)為主傳輸小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。MSTP綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)設(shè)置在路段分中心的終端設(shè)備上[12]，通過(guò)OLT和ONU設(shè)備對(duì)每一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行連接，形成自愈性組網(wǎng)，構(gòu)成環(huán)帶鏈或者各種雙環(huán)結(jié)構(gòu)[13]。

3 設(shè)備管理與維護(hù)功能設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備管理功能模塊

為了管理高速公路上機(jī)電系統(tǒng)中的各類機(jī)電設(shè)備的日常管理和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的合理規(guī)范管理、科學(xué)養(yǎng)護(hù)，建立合理的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，高效率地調(diào)度高速公路的養(yǎng)護(hù)隊(duì)伍，特在建立起通信系統(tǒng)后，專門設(shè)計(jì)設(shè)備管理模塊、設(shè)備維護(hù)模塊以及公路專項(xiàng)工程管理，達(dá)到高速公路的機(jī)電系統(tǒng)全面聯(lián)網(wǎng)管理。首先是設(shè)備管理功能的設(shè)計(jì)，包含對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理、備品備件管理以及資產(chǎn)管理。設(shè)備管理功能的設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。

圖3 設(shè)備管理功能的設(shè)計(jì)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理功能的設(shè)計(jì)是對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的合理管理，設(shè)備信息一般包含資產(chǎn)編號(hào)、所屬公司、設(shè)備名稱、型號(hào)、供應(yīng)商、采購(gòu)人、生產(chǎn)商、建檔日期等信息，由于高速公路的各個(gè)路段內(nèi)，存在大量正在使用的設(shè)備，需要將各個(gè)路段的設(shè)備信息導(dǎo)入到管理系統(tǒng)中，并且管理功能應(yīng)具備對(duì)設(shè)備信息的查詢、新增、修改、刪除等基本操作，支持對(duì)于設(shè)備的信息模糊查詢，其業(yè)務(wù)邏輯功能如表1所示。設(shè)備管理與設(shè)備信息查詢，可以按照路段和收費(fèi)站的名稱進(jìn)行查詢，也可以對(duì)模糊信息進(jìn)行查詢，獲取聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息，該功能界面如圖4所示。

表1 設(shè)備管理業(yè)務(wù)邏輯功能表

圖4 設(shè)備信息查詢界面

3.2 設(shè)備維護(hù)功能模塊

設(shè)備維護(hù)功能模塊主要用于設(shè)備故障的維修管理和常規(guī)維護(hù)，故障維修模塊一般是用于對(duì)設(shè)備故障的上報(bào)功能和故障受理登記等功能，維護(hù)功能主要是構(gòu)建機(jī)電系統(tǒng)中設(shè)備的常規(guī)維護(hù)計(jì)劃和維護(hù)登記等。設(shè)備維護(hù)管理的流程如圖5所示。從系統(tǒng)收到故障上報(bào)開始，依次經(jīng)過(guò)受理系統(tǒng)故障、故障審批的監(jiān)控流程，形成對(duì)聯(lián)網(wǎng)中的高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)督，用于提高工作效率。上報(bào)主要是報(bào)修人員將設(shè)備信息、故障情況和故障原因等信息錄入到系統(tǒng)中。故障上報(bào)后，由故障接收單位對(duì)維修原因、故障處理情況、修復(fù)時(shí)間等進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)逐級(jí)審批，明確各個(gè)流程中的工作責(zé)任，最后統(tǒng)計(jì)維修記錄和報(bào)修統(tǒng)計(jì)查詢，對(duì)于故障進(jìn)行分級(jí)管理，主要包含一般、緊急、重大3種級(jí)別，確定故障的處理時(shí)效程度。設(shè)備維護(hù)的業(yè)務(wù)邏輯界面如圖6所示。常規(guī)的設(shè)備維護(hù)功能主要是依照合同約定對(duì)設(shè)備形成周期性的檢查，利用刪除、查詢、修改等操作對(duì)養(yǎng)護(hù)的設(shè)備進(jìn)行跟蹤管理，并且完善相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)填寫記錄，對(duì)于養(yǎng)護(hù)的情況經(jīng)核實(shí)后對(duì)維修人員進(jìn)行考核和業(yè)務(wù)考察，作為設(shè)備管理的主要功能。

圖5 故障維修流程圖

圖6 故障維護(hù)登記圖

3.3 專項(xiàng)工程功能模塊

在機(jī)電系統(tǒng)的專項(xiàng)工程功能模塊中，專項(xiàng)工程主要指通過(guò)各種軟硬件的升級(jí)完成對(duì)現(xiàn)有機(jī)電系統(tǒng)的改造功能，需要跟蹤整個(gè)項(xiàng)目的立項(xiàng)、審批、實(shí)施過(guò)程，直至最終的驗(yàn)收。所以，該功能模塊應(yīng)具有以下的功能，分別為立項(xiàng)申請(qǐng)、立項(xiàng)審批、施工管理以及工程驗(yàn)收階段。立項(xiàng)申請(qǐng)功能包括立項(xiàng)的基本信息、預(yù)算金額等等。立項(xiàng)審批功能是負(fù)責(zé)人填寫審批意見、并將審批意見給到相關(guān)部門。施工管理功能相對(duì)復(fù)雜，應(yīng)由方案確定和招標(biāo)管理兩部分組成。方案確定是明確設(shè)計(jì)單位、設(shè)計(jì)成本與方案等等，而招標(biāo)管理則是由施工計(jì)劃、設(shè)備計(jì)劃、支付計(jì)劃、進(jìn)度檢查等信息組成。最終的驗(yàn)收功能包含工程進(jìn)度各個(gè)環(huán)節(jié)的考核與落實(shí)情況。立項(xiàng)界面圖、立項(xiàng)審批圖以及施工管理界面圖分別如圖7～圖9所示。

圖7 專項(xiàng)工程立項(xiàng)圖

圖8 專項(xiàng)工程審批圖

圖9 施工管理圖

4 總結(jié)

本文針對(duì)高速公路的聯(lián)網(wǎng)機(jī)電系統(tǒng)作為分析對(duì)象，采用軟件工程的思想對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，分析了國(guó)內(nèi)外機(jī)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對(duì)高速公路的規(guī)劃建設(shè)進(jìn)行闡述；然后，針對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中的架構(gòu)和通信環(huán)境展開研究。依照劃分的三級(jí)管理結(jié)構(gòu)，按照統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)的需求，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備管理、維修養(yǎng)護(hù)、專項(xiàng)工程建設(shè)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。解決了高速公路設(shè)備管理不嚴(yán)格、維護(hù)隊(duì)伍工作效率低的痛點(diǎn)，有利于提升服務(wù)質(zhì)量。在今后的研究中，可以采用更多物聯(lián)網(wǎng)的手段實(shí)現(xiàn)更加全面的設(shè)備監(jiān)控和通信質(zhì)量，并不斷更新規(guī)劃管理理念，以更好地適應(yīng)高速公路的發(fā)展。