智能公路的機電系統監測數據融合技術

文/廣東省公路建設有限公司 趙梓城

北京中交國通智能交通系統技術有限公司 劉雨辰

隨著智能交通的發展，對于高速公路信息化機電系統的在線監測和智能運維管理變得尤為重要。傳統的機電系統運維管理普遍存在高速公路線路長、點位多、故障頻發、監控人員不能及時跟進發現異常、效率很低等情況。因此，為了提高運維效率，應用BIM模型，不僅要創建多信息應用的數字模型，在運行狀態監測和控制方面，還需將BIM技術與監測的信息相互聯系，建立擴展模型，發揮監測數據的最大價值。

BIM技術概述及應用標準

BIM名為建筑信息模型，是以交通項目工程中的信息數據為背景支撐，通過使用仿真模擬技術，將數據信息模擬成為三維建筑模型，從而實現物業管理、監理、設備養管數字化加工、工程化管理等功能。

為規范BIM技術在高速公路工程全壽命周期的應用，保障BIM技術切實有效地應用于高速公路建設與管養工作中，應制定高速公路全壽命周期BIM應用標準。包括全局標準、資源標準、BIM數據存儲標準、BIM分類及編碼標準、BIM應用實施標準等，提供一個具有可操作性、兼容性強的基準和規范，統一各參與方的BIM實施細則和數據存儲準則。

基于BIM的機電系統數據信息融合管理平臺設計

數據信息融合管理包括對信息收集、分析、儲存等工作，在全壽命周期中是不可缺少的一部分。建設基于BIM的機電系統數據信息融合管理平臺是通過BIM技術提供保障，全壽命周期過程產生的數據信息進行融合集成和管理，是包含交通信息感知層、信息整合層、協同管理服務層的一體化信息融合管理平臺,實現對高速公路機電設備的實時在線監測及數字信息化的運營管理，為全面實現智能化交通提供有力的支持。

框架設計

交通信息感知層

通過高效通信技術，利用傳感器等終端，采集、分類和存儲機電系統的信息。為后期高速公路機電設備運行數據的高效獲取與穩定傳輸提供了有力的技術支持。

多源數據融合層

在信息融合管理平臺中，多源數據融合層承擔著最重要的位置。經過整合信息資源，實現數據互通、融合，并將機電系統監測數據信息融合管理平臺用作多源數據融合層的大數據處理樞紐中心。交通信息感知層中采集來的數據在本層中進行數據分析處理，通過對高速公路機電設備監測多源異構數據的特征提取、挖掘、關聯等方法，再傳到協同管理服務層應用。同時也支持歷史信息、人工補錄、監測數據的分析處理。

協同管理服務層

在多源數據融合層分析處理后的數據，利用BIM技術，完成數據互聯互通的應用，平臺實現了設備信息管理、維護維修管理、應急預案管理等應用。輔助運維人員查詢修改設備信息，增設提醒功能，利用多種方式，使用BIM完成數據信息的顯示、查詢及分析。

平臺功能

基于BIM的機電系統數據信息融合管理平臺是由數據信息融合管理及平臺管理這兩點所組成的，其中，前者主要針對項目建設的各參與方，通過注冊登記，即可對數據進行存儲、訪問、交流等。后者主要針對平臺用戶，其主要作用在于管理平臺用戶，并及時有效地更新和維護系統。

BIM與機電系統監測數據信息融合研究

在對BIM信息與高速公路機電系統數據信息傳遞方式、監測特點及分析的基礎上，完成BIM創造虛擬的模型監測信息的擴充，分析利用BIM 構建的虛擬模型和監測的共同信息，使得高速公路機電設備與BIM監測數據信息融合。

機電系統監測數據信息與傳遞

高速公路機電設備監測數據類型分別為監測點信息及監測數據。其中，監測點信息是指高速公路機電設備系統，關于監測子系統的監測點基本情況的展示，包括監測點位置信息及類型、設備編號名稱及類型、數據值及類型、告警級別、報警類型、報警時間、備注說明等。

監測數據包括實時和非實時的數據，并分為兩種，數字類型和模擬類型。需要注意的是，數字類型的取值會依據數據中心確定。其一為兩種取值開關的數值，其二為一個以上取值開關的數值。在機電監測系統中，監測數據主要存儲在機電設備的自用數據庫或者采集器中，需要特別注意的是，在監測系統的實際應用中，監測系統的數據庫都是不相同的，包括不同型號、不同品牌。

對于監測數據需要傳遞的部分，應該依據不同的狀態來選擇，選取相對匹配的讀取方式，一是從控制器端直接讀取，二是從系統的自建數據庫中調用。需要注意的是，如果采用第一種讀取方式，則必須考慮監測系統的綜合網絡及監測系統讀取接口控制器的屬性，這樣能夠有效保持監測信息的實時更新特征。此外，調取監測系統的數據庫包括，自用數據庫中的監測信息，隨后管理單位把其他商業用途的監測信息放至自用的數據庫中。不具備存儲數據功能的系統，在監測系統實際運行過程中，則需通過逐個監測點，實現對監測信息路徑訪問的儲存，如果選擇使用數據信息，即可根據各個訪問路徑獲得監測數據。

BIM監測數據擴展應用

BIM監測數據擴展應用的定義為，在已建的高速公路機電系統BIM模型的基本信息上，增加監測數據，繼而擴展成基于監測數據的機電系統的模型，在BIM監測數據的擴展基礎上，實現機電系統數據的實時監測和查詢等功能。

在分析合并監測數據的時候，監測點架構至關重要，通過監測點，能夠連接機電系統的三維模型及監測信息。監測點的架構和機電系統的三維仿真模型之間的連接，是通過監測點的設備部分實現的，并且不是單一的對應關系，而是在監測點架構的各個設備，都在許多系統模型范疇及實體中找到多種對應方式。同時各個監測點數據，在數據庫中都可以找到許多信息。監測點的屬性包括：監測點ID、監測點名稱、監測點類型、報警的數值、報警的優先級等。監測點每經過一段時間的更新，會將最新值不斷更新顯示在系統中。

BIM監測數據查詢功能及顯示功能

在高速公路機電系統監測的實際應用中，監測數據的查詢方式分別為：通過已有的系統三維模型及特定區域的數據信息，查詢此設備或者該區域有聯系的監測點數據；先確定某個監測站點的各類型數據信息，接著查找有聯系的三維設備模型。以上兩種監測信息查詢的方法，可創造出更加復雜的查詢方式。

BIM三維模型同時還有顯示的功能，數據在多源數據融合層通過數據處理分析合并之后，可完成在模型信息和監測信息中的關聯查找，從而完成三維模型對于監測數據的可視化。

實時數據顯示，根據數值大小，可使用顏色來區分。在BIM監測數據的擴充應用中，每個三維模型和每個機電系統組成聯系，且一個機電系統與多點聯系，故三維模型單位與各監測點的聯系可以使用多種形式。在每個三維模型中，同一個監測器只對應單個主監測站點，監測站點的數據，也需使用各種顏色來區分。其中，報警功能的顏色是單獨的，監測站點運行時，假如監測數值顯示異樣，將會觸發系統，立即發出警報動作。

結語

綜上所述，通過BIM技術構建擴展模型來建設BIM機電系統的多個子監測系統，完成了BIM模型信息與監測信息的相互管理、及時更新的監測信息數據在BIM三維模型上的展示，監測數據與BIM數據的查詢功能高效地檢驗此方式的可行性。在BIM信息監測中保證大量監測信息數據的同時，還需要基于BIM監測信息擴展模型及更進一步深入應用BIM與高速公路機電設備監測信息的集成分析。項目信息管理中，BIM是目前非常熱門的應用，有很多的技術優勢，可將模擬數據數字化并對資產全壽命周期不同類型的數據進行分門別類的采集、存儲、集成、管控服務等應用。此外，還可進行信息共享，達到數據信息交互的目的，進而提高了高速公路的運管水平。