遼寧省高速公路通信管道數智運維及運營平臺設計

李 論

(遼寧交通信息技術有限公司 沈陽市 110166)

1 概述

目前遼寧省高速信息化已具備一定規模，在高速公路整體管控上我們正向著智能化發展。作為高速公路機電三大系統基礎設施——高速公路通信管道，其運維管控信息化程度較低，管道、豎井的信息仍然依靠人工盤點，維護、修理工單管理缺乏信息化的手段，方式落后，時效得不到保證，隨著高速公路數字化、智能化的加速發展，作為基礎設施的通信管道“數智”化管理正是當務之急。

為解決以上問題，遼寧艾特斯智能交通技術有限公司結合本公司業務數字化轉型方案，設計了一套高速公路通信管道數智運維平臺，該平臺結合GIS和BIM技術，可接入物聯網傳感器，自動識別部分管道狀況，通過AI算法自動向通信管道維護人員派發保養、維修工單，實現高速公路通信管道的智慧運維、高效處置，為高速公路機電系統提供一個良好的底層基礎設施。通過運營平臺，通信管道的租賃業務線上化、智能化，使通信管道的運維與運營結合，一體化服務，充分利用通信管道資源。

2 系統需求

2.1 通信管道運維現狀

遼寧省高速公路總里程達4300余公里，配套通信管道總里程與高速公路總里程基本一致[1]，這么多里程的通信管道遍布在全省高速路網，每年需要大量的維護和修理工作[2]，目前的通信管道運維模式幾乎全部由人工完成，業主單位通過巡檢或者發現通訊故障，報送運維中心，運維中心人工記錄并通過電話派發給負責該片區的維護人員，工單處理完畢，同樣再通過人工方式回報，整個環節全部由人工完成，原始而低效。

通信管道的使用不僅是高速公路機電系統自用，各大電信運營商也會租用高速公路的通信管道，隨著社會的發展，運營商租用管道的需求也不斷提高。通信管道作為一種資源，其可租管段的參數指標、狀態、租用方的信息，以及為租用方提供的管道報修、運維服務，沒有信息化的系統平臺，不利于租賃業務的拓展。目前運營商租用的通信管道大部分是京哈高速沿線這條連接外省的主干道管線，省內其他城際支線通信管道成規模出租，以及主干線擴大出租，都沒有形成通信管道租賃的商業模式，沒有一個租賃服務管理平臺來支撐該業務。

2.2 業務需求

高速公路通信管道的維護，包括管道和光纜故障搶修，配套機電設備維修，管道本身及固定件的養護(如防腐等)，通信豎井的養護(如線纜盤整、清理積水雜物、更換破損井蓋等)[3]。為使管道數據能夠及時更新維護，管道全生命周期高效運行，從業主對管道信息的管理、管道數字化和智能化維護、管道租賃，以及運維施工方管理四個角度提出業務需求。

(1)管道信息管理

對管道的信息，平臺需要一覽全部通信管道，在全省地圖上一覽所有管道及各節點設施、設備的信息。管道信息應包括路段、管道中心樁號、長度、容量、主線占用孔數、管道用途、人手孔位置及類型、人手孔用途、過路橫埋硅芯管、進局情況、進局占用孔數、進局管道用途、建成年份、預計壽命等。管道豎井、管道連通口以及井內設備具備三維建模，三維模型能夠體現豎井、管道信息和設備實時運行狀況，可以查看豎井實景照片以及歷史維護照片。管道可通過容量、用途等多個參數篩選，可同時查看篩選結果列表和管道地理信息。

(2)管道數字化和智能化維護

平臺提供聯網接口，傳感器終端可通過互聯網或者物聯網接入，平臺自動采集管道內設備狀態以及管道內傳感器狀態，在故障發生時能夠自動識別故障內容，按故障嚴重程度等級分類，自動生成維護工單。通過對通信管道的數字化建設，平臺可以在未來接入更多的傳感數據，通過AI算法，可以通過各類傳感器數據預測故障，在日常巡檢養護中重點關注，來減少實際故障的發生。平臺能結合養護周期、沿線施工、地質氣象災害等管道損壞風險，自動感知管道沿線風險態勢并預警。

平臺具備AI智慧派單能力。對一些特定的維護工作，平臺可以自動派發工單，多個故障可以聯合派單，按照故障級別和平均維修工時，智能分配，優化運維人員的日程和工作路徑。平臺通過運維人員同類故障排除數據，可以動態優化自動派單系統。平臺同時具備人工錄入維護工單的能力，可以指派運維人員，或者填寫優先級等信息投入自動派單系統統一派單。

(3)管道租賃

對于管道的運營包括對可租賃的管道資源的管理，通過平臺能夠查看管道租賃信息，包括租賃方信息、租賃時間、租賃容量等等信息，同時，租賃方也可以查看自己租賃的管道以及可以租賃的空閑管道，在線上下單，生成電子合同。平臺對管道業主方和租賃方提供一個業務平臺，租賃方可以看到自己租用的管道維護狀況，也可以對管道使用中發生的故障生成工單，派發給維護施工人員。

(4)一線施工人員管理

管理人員能夠查看管道運維信息，包括管道當前的和歷史的故障，維護人員工單和維護軌跡，能夠通過平臺直接聯系維護人員。具備智能巡檢輔助功能，巡檢人員通過客戶端將巡檢日志、故障點、故障信息上傳系統。施工人員可以通過客戶端接收工單，查看故障地點，導航前往，在一次維護中，多個故障工單可以根據施工人員實時位置動態調整維護順序。施工人員針對某一維護工單，可以填寫維護點位當前狀態，拍照上傳留檔，填寫維護內容，維護后可以拍照上傳，然后完結工單。維護施工方可從平臺導出工單列表，并計算工作量。

2.3 功能需求

針對平臺業務需求，提出平臺建設的具體功能需求，共分為養護業務、租賃業務、施工方移動端三大類。圖1為具體的平臺功能需求圖。

圖1 平臺功能需求圖

3 系統設計

3.1 總體設計

系統總體架構如圖2所示。系統能夠通過NB-IoT等物聯網技術接入終端感知設備，系統平臺基礎數據來源于智能感知設備和人工錄入，人工錄入信息主要為很少變更的管道基礎信息。整個平臺系統是智慧運維運營大腦，管道運維養護模塊是核心功能，支持業主管理、租賃用戶報修維護、巡檢人員巡檢以及運維養護施工隊施工，模塊包括智慧實時調度、智慧工單管理、AI派單等核心功能，對管道運維養護工作提供智慧、高效的數字化服務。

圖2 系統架構設計圖

對于用戶，平臺使用GIS+BIM等技術，將管道整體情況展示給業主、管道租賃方、施工隊和巡檢人員，提供可視化的操控界面。針對管道租賃業務，具有租賃業務管理平臺，與運維養護模塊聯動，租賃業主可以查看管道運維情況選擇想要租賃的管道，針對已租賃的管道可以進行管理、報修，并查看管道的運維狀況。在巡檢和維修施工中，采用AR技術輔助故障點標記，輔助維修施工。

3.2 功能設計

(1)管道信息管理

對于管道的管理，將管道實時占用狀態、養護情況以及維修點虛擬的AR標記展現在管道模型上。過長且單一的管道不使用BIM還原，而在GIS中以線型圖層表示，管道起始截面、關鍵的管道節點、豎井、機房、機柜，以及各類交換機、路由器、中繼器、傳感器等使用BIM建模，全省境內所有管道情況可以在GIS+BIM的模式下直觀地一覽，平臺提供管道信息管理后臺，用戶可以手動修改維護管道信息。

(2)智慧養護

智慧養護功能包括AI派單算法、智慧工單管理、智慧實時調度等核心算法。系統通過傳感器、巡檢人員報修、用戶報修、設備故障等信息，生成維修事項，通過智能算法，拆解、合并事項生成維修工單。系統能夠通過施工隊狀態、實時定位、歷史工作情況以及已派發工單，通過AI算法智能派發工單，智能排序施工隊工單序列，使維修養護任務高效完成。工單管理智能化，通過智能算法自動判別流轉，無論業主用戶還是施工隊用戶，都能盡少地管理工單，減少用戶操作，提高工單周轉效率。智慧實時調度功能，為業主方提供調度平臺，通過施工隊等一線人員的數字化管理信息，能夠智能輔助業主調度，預估調度處理時效，通過一線人員客戶端，可以完成指揮中心與一線的視頻、語音連線，調度情況以及現場報告同步留痕。

(3)養護周期預測及風險感知

養護預測功能包含維護預測算法，以及維護計劃制定功能模塊。管道根據基礎信息、正常的維護周期以及歷史維修記錄，預測管道維護周期。針對管道不同片區，自動將范圍內管道維護制定維護計劃，并生成工單進入到AI派單模塊，實現全部管道高效維護。系統抓取全省高速公路沿線地質、氣象災害，以及沿途施工、事故等信息，通過算法分析，預測管道養護風險，向業主方、施工方等相關人員發送預警信息。

(4)管道租賃業務

管道租賃業務形式類似電商平臺，可租賃的管道是商品，需求方通過商品展示界面選擇商品，即通過管道GIS+BIM全省圖一覽所有可以租賃的管道，可以查看管道可租賃的容量、到期時間、規格、價格等信息。租賃需求方可以自主選擇想租賃的多段管道，配置每段管道的租賃內容，打包租賃，自動生成租賃訂單及租賃合同，租賃雙方可以通過線上方式簽署租賃合同。租賃方對租賃的管道進行管理，查看已租管道信息，包括已租管道運維養護情況，租賃業務功能模塊對接到運維養護模塊，管道租賃方發現管道故障，可以直接報修，生成工單進入到AI智能派單系統中。管道租賃業務與運維養護模塊聯動，數據信息互通，向管道租賃方提供管道養護的相關信息，為租賃方提供優質的管道租賃服務。

(5)巡檢客戶端

巡檢客戶端為一款手機APP，巡檢客戶端包括巡檢日歷，用戶可以自動生成巡檢日程，并對自動生成的日程進行修改。針對每次巡檢任務，客戶端提供巡檢記錄，巡檢員通過巡檢記錄功能記錄巡檢工作。在巡檢管道時，發現故障問題，可以通過AR標記，標記在管道巡檢信息中并同步到管道運維養護模塊中。

(6)施工隊客戶端

施工隊客戶端與巡檢客戶端是同一個APP的不同用戶角色界面。功能包括施工任務日歷，任務日歷是運維養護模塊的AI智能派單算法自動生成的，運維養護調度中心可以實時調度施工隊，施工任務日程可以實時動態改變，APP對施工隊發出任務變更通知，并提供融合通信手段供調度中心與施工隊實時交互。客戶端向施工隊提供兩個工單任務的導航信息，幫助施工隊快速趕往下一處施工點施工，在施工現場可以通過AR輔助快速定位故障點。施工隊可以通過客戶端查看工單詳情，上報工單處置詳情，做養護維修記錄，記錄工作量。圖3為施工隊客戶端設計界面。

圖3 施工隊客戶端設計界面

4 應用及效益分析

遼寧省省內通信管道運維業務由遼寧艾特斯智能交通技術有限公司負責，在遼寧高速數字化轉型大背景下，需要信息化的手段將管道運維業務科學高效地管理起來。運維系統上線后，工單的產生、派發通過AI方式，快速有效，對管道的定期巡檢數據同步更新到系統中，省去每幾年進行一次的管道普查。通過系統的上線運行，可以節省通信管道維護成本，管道信息能夠保持新鮮度，運維施工精準高效。

管道運營業務，即租賃業務，可以方便地將可租賃管道投放到租賃平臺，有租賃需求的各方客戶可以注冊用戶，并直觀查看、篩選、選擇想要租賃的管線，線上下單，線上簽署租賃合同，高效方便，同時管線可根據租賃熱度差異化定價，進一步拓展租賃業務，為管道運營創收。在管道租賃業務平臺，與管道維護平臺互通，客戶直接報修，實時查看維修進度，隨時查看管道養護狀態，為客戶提供更佳的服務體驗。

一線巡檢、施工人員，可以按照客戶端指示有序完成任務工單，平臺AI派單算法計算施工隊路線、工作量、能力以及任務的優先級，科學合理提高一線人員工作效率，通過數字化手段賦能管道運維。

5 結束語

隨著數字化轉型在全社會各行各業推廣，利用數字化手段賦能各項業務迫在眉睫，遼寧省高速公路全面數字化轉型正處在起步初期，高速公路養護的數字化轉型正是高速公路全面數字化轉型的重要一環。通信管道運維及運營管理系統，正是高速公路養護中的通信管道養護業務數字化轉型的嘗試，系統平臺的作用不僅僅是通信管道管養的信息化，更結合了AI、大數據、物聯網等新技術，通過數字化的手段優化現在的運管維護業務流程和模式，為業務賦能。平臺結合通信管道運維業務以及對管道租賃的運營業務，打通兩者聯系，互相促進，優化運維模式，為管道租賃者提供更高效優質的服務，為高速公路業主創收。通信管道運維及運營數字化轉型系統，作為先行先試場景，未來可以拓展應用在整個高速智慧養護上面，優化養護流程，為智慧高速賦能。