摘要：目前高速公路监控系统所采用的外场配电箱功能单一，只具备了视频数据传输与基本供电的功能，通用性不强，往往是工人现场零散组装，防水防腐等级也不高。多元化智能管理机箱及配套管理软件作为智能监控系统设备中的一种，在高速公路监控系统的应用中具备诸多优势，可以有效的弥补现有高速公路监控系统中配电箱的不足，甚至可以完全替代之成为一个新型的监控子系统。
关键词：高速公路；监控系统；多元化智能管理配电系统；设计；应用
前言
随着社会经济的不断发展和车辆数量的急剧增加，中国高速公路的负荷越来越重，高速公路监控系统也发挥着越来越重要的作用，人们对监控系统的重视程度与日俱增，从最初的简单模拟视频监控发展到现在的各种全线道路监控、高清卡口监控、智能交通流量检测与调度等，可见对交通监控系统的重视是多么的高。与此同时，与之配套的配电箱却没有多大的发展，绝大多数还是延用传统的简单的配电箱，现场工人安装时根据图纸安装上需要的空气开关、光纤熔接盒、交换机等，就开始为监控系统提供基础服务。现时高速公路上非智能的配电箱与智能的监控系统搭配，在应用中的不足也逐步凸显。以广东省为例，目前省内许多高速公路外场监控系统使用的配电箱存在功能单一、机箱容易生锈、进水、使用年限短，且部分直接暴露在野外，受到雷电的直接威胁，导致监控设备不能正常运行，且高速公路监控点分散维护成本高等诸多问题。针对目前高速公路监控系统配电箱存在的以上弊端，多元化智能管理配电箱的应用给我们提供了很好的解决办法。
一、监控系统整体可用率提高的研究
近年来，由于高速公路的复杂度不断增加，系统中各设备成串联关系，某个设备故障都会导致系统的功能受损，从而影响到系统的整体可用性。我们专门针对此进行了一些研究，以期提升监控系统的整体的可用性。
如下图所示，我们提取了广东省内我们维护路段内的某条高速公路一整年的维护数据，以一年（8760小时）为考察周期：
表中：
ti ——考核期内（这里为一年8760小时），第i个单元的正常工作小时数；
ri ——考核期内，第i个单元出现的故障次数（当第i个单元在考核期内未发未发生故障，取ri=1；
n——系统内的数据采集单元总数。
Ti ——考核期内（这里为一年8760小时），第i个单元的故障小时数；
ri ——考核期内，第i个单元出现的故障次数（当第i个单元在考核期内未发未发生故障，取ri=1；
n——系统内的数据采集单元总数。
式中的A（Availability）表示的是可用性，它在本例的含义是在整个规定运行时间中，监控系统的可靠动作时间的比例；MTBF是表示设备可靠性的平均无故障时间，MTTR表示的是平均修复时间。从式中可以看出，为了提高可用性也有两个途径：提高系统的平均无故障时间和缩短平均修复时间。但当系统设备的期间质量达到一定程度后，再增大平均无故障时间的代价较大，而且效果也不太显著，因为总不能将平均无故障时间做到无穷大。然而缩短平均修复时间的效果却比较明显，如果平均修复时间缩短趋于为零，那么可用性就趋于100%。
从上面的因果分析图中，我们可以看出，影响到系统整体可能性的因素有诸多，有些因素是可通过现有技术手段较容易控制的，我们就针对此研究开发我们的智能管理系统。结合分析图及数据表分析，设备死机、故障、雷击是影响最大的，我们就从新设计优良的机箱结构，保证良好的设备运行环境、电源工作环境，再嵌入高级别的防雷器件，直接或间提高单元设备的可用性。另外最关健一点，我们发现在高速公路上的外场设备，由于监控点较为分散，很多时候因为巡周期较长，设备故障没能及时发现，就算发现了一些例如死机这样的小故障也不会为它单独安排一次外场维修处理，故此故障时间就人为的变长了。有没有办法可以设计这样一套系统，另到外场设备有故障或者雷击、温湿度、门损等异常事件自动上报管理者，让管理者及早计划安排，同时能够远程控制进行一些设备复位重启等操作来进行些早期判断，从而缩短设备单元的故障时间，这样可大幅度地提升可能性指标。
经过我们一年多的测试实验，对同一条高速公路的监控系统进行同样统计，数据如下表：
对比分析发现，各项指标大大提升，从而影响到系统的可用率也得到了提高。
二、多元化智能管理机箱系统的构成及工作模式
多元化智能管理配电机箱系统主要由监控系统外场设备的配电管理主机和监控中心软件构成，集成度较高，集合实时侦测、统计分析、远程维护、定制管理四大核心，可以为高速公路的情报板、气象检测器、监控摄像机、微波检测器、标识站、高清卡口等设施提供可靠保障与安全的运行，并提供完善的集中供电、防雷保护、远程智能控制等全方面的数据监控，应用配合多元化智能管理中心软件，使得巡检与维护工作大幅降低，预警式的故障分析处理可以让设备利用率得到提升，产生可观的经济价值。
（一）系统总体配置
下面我们来分析多元化智能管理主机的构成及工作模式。
（二）系统组成
系统由外场设备主机机箱及分中心软件组成
1、多元化智能管理机箱
多元化智能管理主机是由机箱外壳，内部集中控制处理器，电源系统智能远程重合闸：可减少人员上路处理（针对摄像机死机、雷击跳闸、过电压跳闸等情况）；机箱开锁门禁监控报警：门禁系统可以防止各类非维护人员拆装箱体内部器件；实时监测机箱温度、湿度；智能大功率风扇：随温度值可自动启动降温；防雷设备的监测：可直观的看到防雷器件的损坏情况；机箱电压监测：可直观的看到电压的实时状况；灯光照明：可在夜间紧急维护作业中提供良好的箱体内部照明环境；应用智能监控：可及时发现箱体本身所处的环境和状态；光端机、交换机预留有折叠空间的安装位置，不占用机箱内部空间；预留光熔纤盒固定位置；机箱箱体采用2mm冷轧钢板材料，为全封闭、全天候、防腐蚀、防风雨型，自下而上的开启方式，密封性大大加强，防护等级达到IP65；多元化智能管理主机安装在每个外场监控设备的终端，机箱内各数据通过网络接口与中心连接，能够远程、自动、不间断地循环箱体内部各部件的工作状态，能够实时地将各测控数据传递到监控分中心软件管理平台，可远程方便、实时、准确、直观的监测到箱内各器件的状况，发现异常及时报告并更换处理，为监控设备的持续稳定运行提供良好的保障。
2、多元化智能管理主机监控中心软件
监控中心软件具有实时的防雷器监测、温湿度监测、内置风机，在高温状态下随温度的设定值自动启动风机，交流、直流电压监测、门禁监测、控制功能：可对每一路电源输出远程控制通断；统一的监控、维护、管理平台，基于windows平台设计。系统具备实时数据采集与呈现、告警管理、告警存储、数据存储、历史告警查询、历史数据查询、网络通讯状态监测等功能。
三、多元化智能管理主机在高速公路监控系统中的优势
多元化智能管理主机系统的建立，为监控系统的配电、信号传输系统提供了新的设置，全天候不间断的传输各设备的运行状态，将监控设备的故障率降至最低，在设备故障发生的同时，系统将第一时间告知监控中心管理人员并及时处理，有效的保障了外场监控设备的持续正常运行。监控设备的正常持续运行，为高速公路的出行、信息的全面发布、突发事件的处理、抢险救援等，能起到很好的辅助作用。
四、多元化智能管理配电系统在实际高速公路中的应用
现在，多元化智能管理主机在实际工程中被应用最多的是高速公路外场监控系统。例如，2016年广中江等高速公路机电工程中，对外场监控配电箱建立了多个智能化主机管理点，并对其进行了相关的调试工作。由功能简单的配电箱升级为功能全面、防水、防护等级较高的主机管理系统，并按要求定制了多款设备机箱的尺寸，使其与各设备的传输完全配套。这在很大程度上保障了外场监控设备电源系统及信号传输的稳定性，让监控设备能够不间断的正常运行。同时，还能时时刻刻、正确地掌握机箱设备内部各器件的工作状态，使得在设备损坏后能够第一时间对各器件进行及时处理、更换，而其独有的主电源远程控制系统，能够对设备因运行过热而发生死机的现象以及雷击对电源出现跳闸等故障进行远程控制，大大的提升了设备持续运行的可靠性，同时也缩短设备故障时间，整体提升系统的可用性，有效的避免了监控系统在出行信息发布、遇突发事件的时候不能发挥其应有的作用。
五、结束语
综上所述，高速公路监控系统是机电环节中一个非常重要的组成部分，而监控系统的良好配电、信号传输、设备本身的运行监测保障系统一直是影响我国高速公路监控设备的一个非常重要的问题；将多元化智能管理主机应用在其中可以保护其设备供电、信号传输的稳定性，其主机独有的机箱防盗功能避免了非专业维护人员的非正常操作，优良的密封性能保障了内部设备及信号线缆的传输稳定性。它虽然应用的时间很短，但其发展非常迅速，并逐步在取代现有的外场配电箱系统。多元化智能管理机箱系统在高速公路机电系统方面具有非常广泛的应用前景，对提升监控系统整体可用率有很大帮助，这需要我们大家进一步的推广及应用。
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论文作者:杨丽琴
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
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