基于信息化的高速公路機電系統運維管理體系探析

彭繼業

摘要：科學技術的發展迅速，我國的高速公路建設的發展也有了改善。高速公路上使用的機電設備種類和數量眾多，位置分散，安裝位置檢修困難，機電設備的養護一直是維護人員的難題。傳統的機電運維系統只具備信息管理功能，數據依靠人工錄入，必須同時配備完善的管理制度和具有強有力的執行才能發揮作用，在實踐中效果不佳，效率提升不明顯。新時代的高速公路機電設備智慧運維系統，必須轉變傳統的救火式運維思維，用預防性維護方式，變被動維修為主動維護，提高機電設備的可用率，才能以最低成本發揮機電設備的最大效能。

關鍵詞：信息化;高速公路;機電系統;運維管理體系探析

引言

隨著高速公路交通管理的信息化、智能化發展，機電設備在高速公路上應用越來越多，地位越來越重要，對機電設備的養護要求也越來越高。為了實現機電設備的全生命周期管理，需要將機電設備的靜態信息（設備的類型、品牌、型號、數量、金額、采購時間等）和維護動態信息（設備的維護時間、地點、內容、維護人員、巡檢、維護記錄、維護檔案等）以及實時狀態信息（如設備的工作電壓、電流、環境溫度、濕度、接口狀態、通信鏈路狀態等）通過數據采集系統進行采集和存儲，為高速公路運維系統的數據分析和業務應用模塊提供數據依據。通過運維系統的專家診斷模塊對故障進行預警與精確判斷，智能派單，可以有效縮短機電設備的故障發現及修復時間，提高養護效率，改變傳統高速公路機電運維被動、落后的局面。

一、系統架構

（一）系統功能

為實現主動運維的目標，高速公路機電運維系統除了具備常規的信息管理、倉庫管理和工單流轉功能外，還應具備以下功能：（1）集計算資源、存儲資源、人力資源、機電設備資源、專家分析系統于一體，既具有機電設備的靜態信息（設備的類型、品牌、型號、數量、金額、采購時間等），又具有機電設備的動態信息（設備的安裝位置、維護時間、內容、維護人員、巡檢、維護記錄、維護檔案及連接端口、拓撲圖等）。（2）實時采集機電設備的狀態信息（如設備的工作電壓、電流、環境溫度、濕度、接口狀態、通信鏈路狀態等），結合設備的地理位置信息，直觀地將設備狀態、維護工單狀態顯示在GIS地圖上，并可通過互聯網、移動端隨時隨地查看。（3）根據故障現象分析故障原因，提供檢修處置方法，并對采集回的設備狀態數據進行整理、分析、挖掘，對整體和局部的設備運行情況作出研判和預警。（4）支持靈活自定義報表，能快速提供決策所需的數據。

（二）系統邏輯結構

系統采用B/S結構，用戶交互頁面使用HTML5開發，無論在電腦上還是手機終端上訪問，看到的頁面內容都相同，操作方式也一樣。系統由前端采集系統、數據匯總系統、運維應用系統和數據庫系統四部分組成。前端采集系統部署在各收費站/隧道管理站，負責定期檢測機電設備的工作狀態，將獲取的狀態數據發送回數據匯總模塊。數據匯總系統負責接收各站點的采集數據，并進行數據清洗，再入庫。數據匯總系統部署在中心機房，當采集點數量多的時候也可以分級部署。采集數據先按路段匯總到路段中心，再匯總到中心機房，最后入庫，以減少中心節點的壓力，避免在采集時瞬間涌入大量的數據流量和數據處理量，造成資源瓶頸。運維應用系統部署在中心機房，負責數據展示、數據分析，響應用戶的服務請求，流轉工單等。數據庫系統部署在中心機房，用來保存應用數據和設備狀態數據。

二、前端數據采集模塊

在各個高速公路路段設置數據采集節點，該采集節點負責按照各機電設備的通信協議，定時采集本路段的所有可監控的機電設備的狀態信息，并推送到中心平臺的消息中間件。采集節點負責向接收模塊發送心跳信息，報告本采集點的狀態。設定為每2min向接收模塊發送心跳信息，接收模塊3次沒有收到心跳信息，會將該采集節點的狀態設置為連接中斷，直至再次接收到該節點的心跳消息后，將狀態設置為正常。一旦采集節點與中心平臺的通信連接斷開，中心平臺需要把該采集節點負責采集的區域設置為不可采集狀態，并產生告警信息。采集的規則必須事先在后臺定義，采集節點訂閱消息隊列的規則消息。采集節點在第一次啟動時，向中心平臺采集接收服務模塊請求下載采集規則數據，然后將接收到的采集規則數據保存到指定目錄，以便采集模塊讀取。一旦采集中心的采集規則配置有變化，配置信息模塊需要實時將采集規則和采集范圍下發到采集模塊。在采集數據過程中，當前端采集節點與平臺中心通信中斷時，應當把采集數據保存到緩存中，待通信恢復后再上傳。上傳數據要根據時間順序，優先把離當前時間最近的數據上傳，上傳成功后，再把該數據從數據庫中刪除。這樣可以保證采集機和中心平臺斷線的情況下，采集的設備信息不丟失。當緩存的歷史數據量過大時，還能保證系統數據反映的是當前的設備狀態。系統前端采用SQLite實現數據緩存，他是一款簡單的數據庫，占用資源非常少，只需要幾百K的內存，支持Windows/Linux/Unix等主流的操作系統，同時能夠和很多程序語言相結合。

三、融入智能技術豐富智能化功能

在機電系統中存在種類繁多的機電設備，故障類型也很多，被動運維模式沒有辦法保證設備都得到管理。通過利用移動互聯網，能夠讓故障信息和維修信息通過圖片、文字以及視頻的方式得到完整記錄，和運維流程實現關聯，從而可以讓不同部門和不同崗位形成統一的理解。即使遇到事故，可以保證有據可查，細化故障分類以及維修流程，讓數據庫更加豐富有效。智慧運維的使用讓故障和響應效率大大提高，在很大程度上提高運維效果，使得運維管理的水平得到提高。通過在線巡檢的展開，可以遠程進行故障的診斷，檢修人員不需要到現場，就可以對故障原因進行分析，定位故障具體位置，實現遠程診斷。檢修人員不再需要親自到現場分析故障原因。甚至部分系統故障可以遠程進行修復，讓運維工作的成本和時間得到大量的節約。例如：使用AI技術分析監控視頻，針對信號丟失、顏色異常、畫面干擾、清晰度異常等情況展開分析，系統獲得視頻的巡檢數據，展開自動化巡檢。如果監控攝像機發生故障，系統分析光纖線路、服務器等設備，查找故障原因。運維業務形成的數據同樣可以深入使用，通過對數據的深入分析，可以分析運維工作的不足，讓運維管理得到優化，從而更好地進行監控業務的服務，為公眾出行展開服務。此外，智慧運維系統介入子系統，包括視頻監控、火災報警、供配電以及監控等系統，能夠將子系統數據接入進來，如故障信息數據、設備狀態數據以及性能數據等。為了實現應用功能還需要系統具備開放的標準接口，能夠接受系統數據，從而做出系統地響應。根據系統參數和設備報警信息，可以自動生成詳細的運維事件，用戶可以自行定義事件策略，按照設備編排模型。智慧運維管理使用Web、云計算，以及移動APP構建電子系統，對事件進行跟蹤維護，電子化處理運維流程，方便于運維的管理和執行。同時服務計費、服務商考核也獲得了數據依據。

結語

針對傳統高速公路機電運維手段效率低、自動化程度低、維護成本高等問題，闡述筆者在高速公路機電智慧運維方面所進行的探索與實踐。通過研究應用自動監測、Lora技術、專家系統、時序數據庫等關鍵技術，研發智慧運維系統，并在實踐應用中縮短故障處置時間，發現存在的隱患并及時修復，提高運維效率，從而為高速公路機電設備的運營安全提供有效保障。因此，本系統隨著高速公路機電設備的不斷增多，維護工作量的不斷增長，將具備越來越好的應用前景。

參考文獻：

[1]張林妮.基于物聯網技術的高速公路機電養護信息管理系統[J].中國交通信息化，2018（8）：113-115.