基于物聯感知技術的高速公路機電設施設備精細化管理系統

徐從常 安徽皖通高速公路股份有限公司

以國家高速公路機電系統管理規范為準則，以集中、統一的機電系統運維管理模式為基礎，采用全壽命周期管理、精細化管理理念，通過信息化技術構建智慧化機電系統集成管理平臺，通過采用機電設備身份識別技術、運行狀態動態感知技術，實現高速公路機電系統資產、設備運行狀態、維護維修以及供應商的統一管理，以達到提升機電系統管理水平、延長機電系統使用壽命、提高機電系統整體效益的目標。

1 需求分析

高速公路機電系統（指供配電系統電氣設備、監控系統、通信系統、收費系統的檢測及電氣控制設備）作為高速公路重要組成部分，營運管理對機電系統的依賴程度越來越高，龐大而復雜的聯網機電系統網絡的穩定安全運行是高速公路正常運營的保障。然而，隨著高速公路建設規模的進一步擴大，龐大的機電系統固定資產分布于各地，對于這些機電設備的數量、位置、運行情況、安防性能等信息缺乏直接有力的管理手段。隨著高速公路路網規模的擴大，機電系統在高速公路生產管理中起著越來越重要的作用，影響著高速公路的生產安全及正常營運，高速公路機電系統事故導致的生產安全和正常營運問題日益突出，影響范圍甚至波及整個路網；因此，保證高速公路機電系統的正常運轉變的十分重要，目前的機電系統給的管理模式已經不再適用時下路網環境高速公路對機電系統全壽命周期管理、動態感知、精細化管理的要求，主要存在的問題有：一、難以全面掌握機電設施運行狀態；二、缺乏對機電設備的全壽命周期管理；三、機電系統運維時效性不高；四、機電系統運維成本較高。

“十三五”高速公路機電系統運維工作是以保通暢、保安全為核心，按“防治結合、以防為主、科學管理、有效控制”的原則，建立統一的機電設備管理體系，增強機電系統穩定性及數據安全性，保證高速公路機電系統完好和良好的運行狀態，為高速公路安全、暢通提供堅實的科技保障，確保機電系統正常、穩定運行。

2 建設目標

隨著高速公路服務水平逐漸提高，機電系統的功能和復雜性日益增加，機電設備的運維和管理工作變得越來越重要，管理難度和復雜度也日益增加；高速公路機電設施設備精細化管理系統平臺從縱向上：網格采集、分級建設、提升精細化管理水平；橫向上：平臺接入、深化流程、提升社會化服務水平。其建設目標為：基于GIS的實時狀態感知技術的深度應用；路網級機電設備安全監管動態跟蹤和主動服務；機電設備全壽命周期精細化管理。

3 平臺建設總體架構

高速公路機電設施設備精細化管理系統建設的總體架構以信息安全支撐系統、機電養護標準規范為支撐，通過數據采集層、網絡支撐層、數據管理層軟件支持層的業務流程數據支撐，平臺提供設備設施管理、設備設施狀態管理、預警管理及數據分析等功能模塊，具體架構圖如下：

圖：系統總體框架

4 平臺功能模塊設計

4.1 基礎參數管理

設備基礎參數管理過程是系統正常運行的基礎數據支撐，主要包含：路段信息、機電設備檔案信息、設備位置信息、庫存信息、設備供應商信息、維保單位信息等。

4.2 設備狀態監測

利用物聯網技術對具體機電設備進行在用狀態的動態感知，實時對在用設備的運行狀態等進行監測，利用GIS平臺實現對系統運行狀態的綜合展現，實時掌握機電設備的運行狀態。（1）采用GIS地圖形式直觀展示所有機電設備，機電設備養護人員可以通過GIS地圖方便的掌握所有基于地理位置的機電設備的安裝信息和運行狀態信息；（2）支持實時查詢機電設備的養護信息、故障維修信息，責任明確到具體維修維護人員，實現維修維護信息可追溯性。（3）通過系統自動預警和APP巡檢上報等方式快速將設備故障信息及時通知到維護人員進行維修，使設備能夠盡快回復正常運行，為高速公路正常營運提供安全保障。（4）根據機電設備使用壽命周期，自動計算執行設備缺陷期、報廢期預警期提醒功能。（5）通過數據統計分析，將維修維護工作量、機電設備完好率、設備壽命到期統計等關鍵指標，根據用戶角色按不同粒度、維度進行綜合匯總展示。

4.3 維修維護流程管理

高速公路機電設備養護管理主要日常養護和專項維修維護；針對日常養護主要是利用移動巡檢上報APP對高速公路機電設備進行日常巡檢維護，從巡檢計劃的制定、巡檢的實施、日常巡檢過程中發現的故障處理、巡檢計劃執行情況跟蹤環節對巡檢工作的全面管理。專項維護：主要是針對日常巡檢過程中發現的重大機電設備故障維修管理，按照故障上報、維修計劃管理、任務分派、維修實施、維修執行情況跟蹤、維修驗收等流程進行專項維護維護實施。

圖：日常巡檢管理

圖：日常巡檢管理

4.4 設備庫存管理

設備庫存管理包含：出入庫管理、庫存臺賬、盤存管理、報廢管理等；出入庫管理：針對所有出入庫設備記錄單流水的管理。出入庫的同時會自動維護備品備件庫當前庫存信息。庫存臺賬：顯示所有在庫設備的名稱、所在庫房、數量、時間等信息。盤存管理：對當前庫存進行盤點，核對庫存、出入庫情況后進行封存，后續出入庫和庫存信息都以盤點信息為基準。報廢管理：填寫設備報廢單，經審批確認后報廢的設備會進入報廢設備庫中進行管理。

4.5 設備采購申請流程管理

設備采購管理包含：采購流程管理、采購合同管理；采購申請流程管理主要內容包括：申請人、申請日期、采購方式（自購、委托采購）、委托單位信息、審批、采購信息明細（設備名稱、數量、詢價結果等）。合同管理：合同登記、合同信息，信息內容有：供應商名稱、聯系人、聯系方式、簽訂日期、合同總金額、到貨日期、貨物詳細信息、合同掃描件等。

4.6 預警管理

預警規則的制定是預警管理首要前提，根據預警的種類、出發預警的條件、預警的內容等，預警規則分類主要包含：質保到期預警、故障預警、代辦事宜預警、維護超時預警、維護到期預警、報廢預警等；根據預警規則。同時支持短信平臺和站內消息推送兩個通道將預警信息自動發送指定人員，并自動保存和維護各類預警信息。

4.7 問題庫管理

對故障維修全過程形成的經驗和知識進行維護和管理。維修人員對已經成功修復的設備故障的發生原因和解決方案進行總結，并加以組織和編排形成具備標準格式的故障維修知識庫。該故障維修知識庫可以為后期的機電設備運維工作提供很好的借鑒和參考。

4.8 計劃進度管理

根據上年度的維護經驗總結和當前的設備情況等信息綜合考慮制定本年度的設備日常養護計劃、資金預算計劃等。對計劃進行審查，審查通過后，就依據這些計劃安排和執行維保工作。

4.9 數據分析及決策支撐

結合機電設備信息和養護過程中的海量歷史數據信息進行綜合提煉統計分析，系統重點分析機電設備的健康狀況及維護維修的效率等，主要分析指標有：機電設備完好率、維修及時率、巡檢完成率、機電設備故障維修率。

4.10 移動終端APP應用

移動終端管理實現以有：通過移動終端的WIFI、GPRS、3G或4G模塊，實現移動終端管理的互聯網應用；實現各個業務功能在移動終端上的在線應用；實現機電運維數據的實時上報、下載、查詢等；實現拍攝圖片與故障信息的同步上傳；實現根據名稱信息等，實時查詢設備信息、故障信息等功能；實現問題庫信息的實時查詢與新問題的實時推送。

5 平臺關鍵技術

5.1 基于云計算的互聯網+物聯網的數據收集處理、分析技術

高速公路機電設施設備精細化管理系統基于云計算的互聯網+物聯網的數據收集、處理、挖掘技術，對機電系統產生的海量數據進行全面匯總、綜合分析、深入挖掘，最終依托信息處理技術給機電業務管理提供決策支撐。

移動巡檢數據上傳、物聯網傳感器感應的實時信息每時每刻都在產生大量的結構化數據和非結構化數據，這些數據分散在整合機電系統平臺的網絡體系內，體量極其巨大。物聯網傳感器和互聯網使用者通過網絡線路和計算機終端與云計算進行交互，向云計算提供數據，接受云計算提供的服務。

5.2 機電設備使用壽命預測評估技術

以往機電系統在使用過程中缺乏系統化的信息記錄和分析，使得管理者難以把握更換機電設備或備品的周期，造成大量的資源浪費現象。本系統為解決這一問題，通過建立統一數據庫，將機電設備全部基礎信息、使用狀況以及歷史信息分析，預測評估機電設備及相關備品備件的使用壽命，提前進行維護和更換，保障機電系統整體運行的穩定性。同時，對于機電設備使用壽命的掌控，也進一步提高了機電設備的利用率與整體效益。

5.3 機電設備唯一身份識別技術

為解決機電設備管理工作繁雜，歷史信息追蹤困難等問題，本項目通過信息化的手段建立機電系統統一編碼規則，對機電設備以及設備內的部件制定統一編碼規則，運用物聯網技術提高機電系統編碼的識別和管理效率，使得機電設備從入庫到報廢全過程中使用記錄、維護記錄以及維修記錄采用唯一標識貫穿起來，為機電系統資產、維護維修、備品備件以及供應商的統一管理提供技術支撐，提機電系統管理水平。

6 結束語

目前，高速公路機電設施設備精細化管理系統已應用于安徽省多條高速公路的機電系統，該平臺的成功應用使得機電維修維護工作逐步由過去“被動式”養護模式，轉變為“主動式”養護模式，使得機電設備維修、維護更具及時性、有效性，機電設備運行更具穩定性、安全性，為安全營運提供強有力的技術、數據支撐。