智能機箱在航道外場感知設施智能運維中的應用與分析

摘要：針對航道外場感知設施運行環(huán)境惡劣、維護難度大等問題，提出利用智能機箱實現(xiàn)航道外場感知設施的供電、通信、運行狀態(tài)等自動監(jiān)測、告警分析的解決方法。在京杭運河常州、無錫、蘇州段的應用表明，智能機箱為航道外場感知設施的智能運維提供了有力的支撐。

關鍵詞：智能機箱；航道外場感知設施；智能運維

中圖分類號：U615? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2023）11-0068-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.018

0? ? 引言

水路運輸是綜合交通運輸體系的重要組成，具有成本低、污染小、安全經(jīng)濟等比較優(yōu)勢[1]。隨著水運的日益繁忙，構建全面立體、時效性強、準確可靠的航道外場感知體系已經(jīng)成為對內支撐精細化航道運行監(jiān)測與管理、對外增強航道公共服務能力的迫切需要[2]。航道外場感知設施數(shù)量大且種類較多，包括攝像機、AIS基站、水位計、北斗地基增強基站、交通流量觀測設施、氣象儀、能見度儀、流速流向儀、無人機等。航道外場感知設施在日常運行過程中容易受到水、雨、雪、霧、灰塵等惡劣環(huán)境的影響，時常發(fā)生故障，但由于航道呈帶狀，范圍廣且地理位置較偏，其運行維護難度較大。因此，本文提出利用智能機箱實現(xiàn)航道外場感知設施的供電、通信、運行狀態(tài)等自動監(jiān)測、告警分析，提高航道外場感知設施運維的便捷性和智能化水平，從而保障其穩(wěn)定、可靠運行。

1? ? 通信傳輸和供電方式

通信傳輸和供電是航道外場感知設施正常運行的重要支撐條件，也是航道外場感知設施中故障發(fā)生頻率較高的地方，因此在日常運維過程中需要重點關注。

1.1? ? 通信傳輸方式

目前，航道外場感知設施的通信方式包括自建光纖、租用運營商網(wǎng)絡、4G/5G傳輸?shù)龋C合考慮通信傳輸成本、傳輸穩(wěn)定性、維護方便等因素，一般航道外場感知設施的通信傳輸采用租用運營商網(wǎng)絡的方式[3]。

根據(jù)航道外場感知設施布設位置的不同情況，其傳輸方式如圖1所示。

（1）布設在船閘或水上服務區(qū)附近的感知設施通過有線的方式接入船閘或水上服務區(qū)已有的網(wǎng)絡，然后由交通專網(wǎng)傳輸至存儲機房。

（2）布設在航道兩邊的感知設施利用有線方式接入附近的運營商網(wǎng)絡，通過租用運營商網(wǎng)絡直接傳輸至存儲機房。

1.2? ? 供電方式

為確保航道外場感知設施能連續(xù)不間斷地運行，其供電方式一般以低壓線纜供電為主，利用線纜從布設點位附近的運營商通信鐵塔、工廠、居民區(qū)等獲取經(jīng)過穩(wěn)壓后的市電電源；布設點位在上述供電條件無法滿足的情況下，可以采用太陽能供電的方式。

太陽能供電系統(tǒng)應確保在陰雨天氣下感知設施能連續(xù)正常運行7天，并可承受惡劣環(huán)境條件下大風和冰雹等的沖擊，其中太陽能電池板、電池板支架等應盡可能安裝在航道外場感知設施的桿件上。

2? ? 智能機箱的應用與分析

2.1? ? 智能機箱的組成

智能機箱由箱體和智能機箱控制系統(tǒng)軟件兩部分組成，能實時監(jiān)測航道外場感知設施的通信、電源、柜門、溫濕度等狀態(tài)，可實現(xiàn)機箱柜門遠程開啟、異常報警、外場感知設施點位實時定位等功能。

智能機箱內部分為采集控制模塊區(qū)、電源控制模塊區(qū)、電源接入控制區(qū)和拓展模塊區(qū)，配有智能控制器、防雷配電維修插座、攝像頭、補光燈、網(wǎng)狀托架等設備，如圖2所示。同時箱體采用防曬、隔熱頂蓋，利用導流槽、膠墊等密封措施，其防護等級不低于IP65，整體安裝方式為背板法蘭掛桿安裝。

智能機箱控制系統(tǒng)軟件通過箱體監(jiān)控單元獲得數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)解析、查詢統(tǒng)計、分析，及時報告外場設備狀態(tài)，判定外場設備環(huán)境故障類型，并可通過控制指令實現(xiàn)外場設備電源關閉、打開和重啟。

為實現(xiàn)智能機箱的數(shù)據(jù)傳輸，需為機箱所在位置提供一路輔助通信網(wǎng)絡和一個能與附近航道外場感知設施通信的IP地址；同時智能機箱還自帶4G網(wǎng)絡環(huán)境，可形成雙模冗余通信，確保智能機箱采集數(shù)據(jù)能夠及時上傳、遠程控制指令能夠動態(tài)響應。

2.2? ? 智能機箱的應用

航道外場感知設施是京杭運河江蘇段綠色現(xiàn)代航運綜合整治工程（江南段）智慧運河工程的重要組成部分，建設內容包括視頻監(jiān)控、AIS、能見度儀、氣象儀、流速流向儀、交通量觀測設備、北斗地基增強系統(tǒng)、水位監(jiān)測系統(tǒng)、無人機等感知設施以及配套的通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等，其中供電采用低壓電纜就近供電的方式，通信傳輸采用租用運營商網(wǎng)絡的方式。京杭運河常州段長49 km，設置了26套智能機箱；無錫段長39.3 km，設置了25套智能機箱；蘇州段長81.8 km，設置了43套智能機箱，現(xiàn)場安裝如圖3所示。

利用智能機箱實現(xiàn)了以下功能：

（1）動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測：接收智能控制器上報的相關數(shù)據(jù)，包括外場感知設施的網(wǎng)絡狀態(tài)、電源狀態(tài)、繼電器狀態(tài)、機箱柜門狀態(tài)、溫度、濕度等。

（2）統(tǒng)計分析：實現(xiàn)智能控制器在線狀態(tài)統(tǒng)計、故障統(tǒng)計、斷電點滾動列表、斷網(wǎng)點滾動列表、恢復點滾動列表、日期時鐘等。

（3）點位管理：按線路、行政區(qū)劃、點位名稱、IP地址段、工作狀態(tài)等條件對站點進行查詢，可查看點位實時狀態(tài)信息、歷史信息和操作記錄。

（4）遠程控制：實現(xiàn)對外場感知設施的電源打開、關閉、重啟操作，具有操作日志記錄功能。

（5）告警監(jiān)控：能獲取智能控制器的斷電、斷網(wǎng)、開門等告警信息，并以告警列表等形式展示。

（6）機箱柜門控制：實現(xiàn)對機箱柜門的遠程開啟，現(xiàn)場免鑰或掃碼開啟。

（7）點位狀態(tài)：分路顯示機箱內各用電回路的電流、電壓、功率、功率因數(shù)以及機箱所監(jiān)控外場設備的總電量。

（8）開關控制：各用電回路可獨立進行閉合、斷開等操作。

（9）日志記錄：以文本文件形式對智能控制器上報的原始信息進行記錄和保存，便于后期進行校核查驗。

2.3? ? 基于智能機箱的運維功能分析

航道外場感知設施運維中存在設備數(shù)量大、種類多、分布廣、維護人員少、交通不便、維護效率低等難題，為了實現(xiàn)航道外場感知設施的主動式運維、及時發(fā)現(xiàn)故障并維修，提升運維的可視化和智能化水平，可以基于智能機箱獲得設施供電、通信、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備身份信息、狀態(tài)監(jiān)測、工單下發(fā)等運維功能的拓展，保障外場感知設施的正常運行。

基于智能機箱的航道外場感知設施智能運維是利用電子航道圖，對外場設備進行可視化的實時在線監(jiān)測管理，無須運維工作人員現(xiàn)場巡視，即可及時掌握外場設備的運行情況，其主要功能內容包括設備信息管理、設備身份碼管理、設備狀態(tài)實時監(jiān)測、監(jiān)測閾值配置、設備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報表報告管理、異常報警等，如圖4所示。

（1）設備信息管理：對航道外場感知設施的設備型號、基本參數(shù)、功能、附屬件構成等基礎信息，以及供應商、服務提供商、安裝部署的地理位置和空間位置等信息，所屬單位、負責人、負責人聯(lián)系方式等所有權信息，設備制造廠商及其聯(lián)系方式、售后服務提供商及其聯(lián)系方式等信息進行維護和信息化管理，提供增加、編輯、刪除等功能，提供設備相關附件（維護操作規(guī)程、工藝說明書、安全條例等）的上傳、查看、下載功能，采用樹形結構體現(xiàn)主要設備及其附件的從屬關系。

（2）設備身份碼管理：根據(jù)航道外場感知設施的設備基礎信息，支持生成設備的專屬二維碼身份證，支持用戶通過掃描二維碼完成設備基礎信息的獲取。

（3）設備狀態(tài)實時監(jiān)測：基于智能機箱已有的設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設備狀態(tài)的實時監(jiān)控。

（4）監(jiān)測閾值配置：基于智能機箱已有的設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，支持設置設備運行參數(shù)監(jiān)測閾值的動態(tài)配置，如連續(xù)運行時長、運行溫度等。

（5）設備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)管理：支持對接航道外場感知設備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并能對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行查看、導出。

（6）監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：支持對接外場感知設備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

（7）報表報告管理：支持按照用戶需求，實現(xiàn)個性化的設備臺賬導出。

（8）異常報警：基于智能機箱已有的設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以設置的監(jiān)測閾值為比對基準值，當實測值接近或超過監(jiān)測閾值時，發(fā)出異常告警并提示維護人員。

3? ? 結語

在構建綜合交通運輸體系、數(shù)字交通、智慧航道等發(fā)展背景下，航道外場感知設施的建設也會越來越多。航道外場感知設施的智能高效運維是確保發(fā)揮其效益的重要方式，智能機箱能實現(xiàn)航道外場感知設施的供電、通信、運行狀態(tài)等自動監(jiān)測和告警分析，為設施運維提供重要支撐。同時，為了充分利用智能機箱采集的數(shù)據(jù)資源，可基于電子航道圖實現(xiàn)設備身份信息、狀態(tài)監(jiān)測、工單下發(fā)等運維功能的拓展，進一步提升外場感知設施的可視化、智能化運維水平。

[參考文獻]

[1] 宋成果，郭濤，李學祥.我國內河航道信息化發(fā)展現(xiàn)狀[J].水運工程，2014（12）：20-25.

[2] 宋成果.長江干線典型航道要素感知點布設及采集設備技術要求研究[J].中國水運·航道科技，2018（5）：34-38.

[3] 何樂.長江航道要素感知設備布設[J].水運工程，2016（1）：48-51.

收稿日期：2023-01-06

作者簡介：石磊（1989—），男，湖南人，工程師，從事智慧水運設計與研究工作。