高速公路機電工程監控系統應用
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摘要：針對具體工程實例，對高速公路監控系統的建設、機電設備自動巡檢技術的完善和高速公路機電系統監控水平的提高加以探討，以促進高速公路監控系統管理功能的不斷提高。
0引言
高速公路機電工程種類多且涉及領域廣泛，科技含量高。當前我國高速公路機電監控系統仍處在人工定期巡檢的粗放式經營管理階段，信息技術應用并不廣泛，這加劇了高速公路發展建設速度的加快和安全運營水平有待提高之間的矛盾。本文結合具體工程，對高速公路機電工程監控系統的應用進行了探討。
1工程概況
某高速公路項目線路全長118km，設計車速100km/h，路基寬度為28m。本工程由全線監控系統、通信系統、收費系統和隧道內通風、照明及供配電系統組成，項目機電工程合同屬于工程總承包合同，聯合設計、材料設備供貨運輸、交付安裝、開通調試、培訓等責任由投標人承擔。本高速公路機電工程技術復雜且集成度與運行安全度要求較高，主要包括通風、照明、火災預警、緊急呼救、交通檢測、閉路電視、配電消防等工程組成。
2高速公路機電工程監控系統建設
高速公路機電工程監控系統的應用能夠加強對行駛車輛的有效控制，方便監管的同時推動高速公路運行效率的提升。
2.1高速公路機電工程監控系統結構
本高速公路工程監控系統包括收費站管理所、監控分站和公路管理局三個層級構成，有兩處匝道收費站、收費亭及相關的道路車輛收費攝像設備全部上傳至收費站管理所監控系統，各路段監控中心主要對本路段車輛收費情況和道路運行情況進行監控，并負責將所采集的圖像視頻信息傳輸至分中心，由省公路管理部門進行統一管理，并將視頻影像信息傳輸至省監控中心。2.1.1場外主線監控系統。場外主線監控系統包括高速公路場外攝像設備、車輛檢測儀器、LED信息屏和可變信息標志等設備構成，高速公路機電工程中配備多色度監控攝像機和車輛道路檢測系統，將所拍攝的數據影像信息實時傳輸至監控中心系統，通過計算機進行數據信息參數的分析和處理后對道路運輸情況和車輛狀態加以評價，自動生成控制預案，并將預案傳輸至場外設備（如可變信息顯示設備、路側廣播、電子屏等）實時[1]，通信系統通過采集和有效傳輸交通信息進行高速公路機電工程監控系統的連接和管理。2.1.2隧道監控系統。隧道監控由交通信號燈、道路車輛檢測裝置、道路標志標線、出入段光強檢測儀器、火災預警系統等組成，隧道火災預警系統比高速公路其他火災預警系統具有更加敏銳的煙霧溫度感應能力，如遇火災，預警系統便會發出警報，并將信息實時傳送至監控中心，電氣設備電源自動切斷，防止損失的進一步擴大。隧道監控系統與控制器由網路連接，可以將監控設備所搜集到的視頻影像信息實時傳輸至配電房和通信站，再將數據信息傳送至監控中心。2.1.3監控中心。高速公路監控中心包括計算機網絡、視頻影像采集系統、監視器系統和不間歇電源、操作臺等部分，監控中心的計算機網絡可以實現數據信息的實時傳遞，由此形成高速公路信息采集與傳輸監控以太網（Ethernet），收費閉路監視監控系統和計算機無線控制系統。高速公路運行過程中離不開氣象監測、道路車輛檢測和攝像設備，以便對于路況信息、天氣狀況和車輛運行情況信息進行大數據收集分析和加工處理，高速公路通信、收費、路段監控用電、養護用電、照明等均屬耗電方面，所以供電系統始終貫穿高速公路機電工程所有分部分項工程，本工程電力監控系統設計主要采用分布式設計模式與單模光纖所組成光纖環網的主干管理，在電力管理設備較為集中區域通過現場子網加強高速公路機電工程電力監控，工程電力監控系統主要包括配電站、通信系統及數據傳輸線路、監控中心等部分[2]。
2.2高速公路機電工程監控系統方案
結合本高速公路工程實際及其機電設備與全過程監控系統的網絡連接狀態，其監控設備分為全過程監控網內部設備和外部設備兩類。定期自動巡檢方案主要適用于全過程監控網絡包括情報顯示器、檢測氣象和事件裝置等設備，此類設備本身也時刻處于全過程監控范圍，通過預先設計的巡檢軟件將其搜集到的數據圖像視頻等信息借助網絡實時傳輸并檢測機電設備運行狀態，結合數據分析結果對潛在故障進行初步診斷和預警，該系統進行故障檢查時將對外場設備斷電、外場設備故障和通訊鏈路故障等進行提示，并對監控系統服務器和情報板通訊等系統失效發出預警。這種自動巡檢系統簡便經濟，硬件投入較少，但是對自動巡檢軟件功能及其精準性要求較高，必須針對工程實際進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程自動化監控系統技術，主要用于高低壓配電、場外電力電纜及其余場外設備等未連接全過程監控網絡的機電工程設備，通過嵌入式遠程監控技術保證設備運行狀態數據的采集與預處理，并運用嵌入式實時通信技術模塊對場外設備實時監控的實現。
3高速公路機電系統監控關鍵技術
3.1自動巡檢技術
高速公路機電工程自動巡檢監控技術能實現場外設備運行狀態數據的定期收集，對其運營狀態實時監測并預警，通過系統的專家診斷功能，對故障所在位置進行精準定位、提示及性質的判斷。自動巡檢技術工作時首先比對和判斷巡檢間隔時間的合理性，如果間隔時間不合理則自動返回初始狀態重新定位間隔時間，重新進行自動巡檢，并結合檢測對象屬性調用適用的檢測程序，最后將所采集到的車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，診斷后出具巡檢結果報告，紅燈表示預警，黃燈表示危險，綠燈表示信息正常[3]。
3.2網絡傳輸技術
高速公路機電設備的遠程監控必須借助內嵌式通信模塊發揮功能，為便于機電設備與遠程數據網絡傳輸系統實現有線或無線連接，本工程機電設備接口設計了光纖網接口、以太網接口和無線通訊接口等各種通訊接口以及輔助性配件，如遇通信網絡故障或中斷，機電設備狀態信息將自動存錄于監測設備，直至網絡故障恢復后信息將自動上傳。這種嵌入式網絡傳輸技術是傳統網絡技術與監控技術的有機結合，能夠確保所有的機電設備上網與信息處理功能的完善。嵌入式網絡遠程監控與傳輸技術主要由監控終端系統（即服務器）、數據傳輸系統以及場外設備監控系統三個相互獨立而又自成體系的模塊組成，分工協作共同完成高速公路運行信息的采集、分析與管理。
3.3監控技術硬件體系
高速公路機電工程監控系統硬件體系由特征信號歸類提取模塊、現場監控設備、執行器組、信號調理與緩存、數模信號傳送器及嵌入式系統通信接口等部分組成。特征信號歸類提取模塊主要根據機電設備性能自動抽取設備特征信息并歸類處理，為傳感器型號的選定和監測點的布設提供便利。通信接口模塊則是高速公路機電工程監控信息采集的核心設備，該系統將模擬信號值轉化為數字信號并將其傳輸至嵌入式控制器，便于信號分析。小型數據庫模塊則將所采集的數據和歷史故障信息統統保存在數據庫中，通過數據的比對與分析，為常見故障提供完善和優化策略，也可以利用遠程傳輸將數據交由遠程服務器處理，充分發揮已有的硬件及網絡資源優勢，監控中心服務器功能較為具體，采集數據分析指令，切換通道指令并進行信號收集、數據分析、存儲，完成網絡通信。
4結語
高速公路機電工程監控系統是公路管理方加強監管完善服務的重要手段，必須在高速公路建設的同時不斷完善監控系統技術，不斷加深對機電系統建設和管理認識的深度，正確處理公路管理方、使用者和收益方之間的利益關系，在確保高速公路極大促進區域經濟發展的同時，為高速公路監控系統管理功能的不斷成熟服務。
參考文獻：
[1]唐霖，張瑞.芻議高速公路機電工程監控系統[J].甘肅科技縱橫，2017，46（8）：13-15，58.
[2]翟振明.高速公路機電工程的監控系統探析[J].交通建設與管理，2014（18）：192-194.
[3]劉善輝.淺談高速公路機電工程的監控系統[J].中國外資，2012（4）：161.
作者:劉鳳成 單位:河北省高速公路京承管理處