公路多源機(jī)電運(yùn)維數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入方法研究

摘 要：隨著路網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜，機(jī)電設(shè)備呈現(xiàn)出分布較廣、類型多、不易管控等問題，單一的經(jīng)營管理模式已難以匹配機(jī)電設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，自動化和精細(xì)化管理已成為公路設(shè)備的必然發(fā)展方向。然而，多源數(shù)據(jù)接入和處理存在效率低、時延低等問題。因此，文章基于數(shù)據(jù)接入問題，提出了一種接入模型和方法，通過數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和實(shí)時處理，實(shí)現(xiàn)高并發(fā)的接入，為設(shè)各運(yùn)維奪實(shí)信息基礎(chǔ)，從而提升運(yùn)行效率，從源頭上處理運(yùn)維中出現(xiàn)的問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)電設(shè)備：公路：數(shù)據(jù)接入：通信機(jī)制

中圖法分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

１ 引言

國內(nèi)公路建設(shè)縱向布局，公路施工、運(yùn)營和管護(hù)的機(jī)電裝置也隨之增多，因此所需處理的信息呈上升式增長。按照有關(guān)文件要求和智慧交通的發(fā)展，設(shè)計(jì)符合新時代需求的公路機(jī)電運(yùn)維管理系統(tǒng)已是必然方向，其中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測和安全預(yù)警尤為關(guān)鍵，其形成的數(shù)據(jù)將是公路運(yùn)維發(fā)展的核心突破口，但因數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)指標(biāo)不同，研究存在數(shù)據(jù)無法規(guī)模化、價值可能丟失等問題。因此，為解決上述難點(diǎn)，本文對多源運(yùn)維數(shù)據(jù)處理框架進(jìn)行了分析。

２ 公路多源狀態(tài)設(shè)備數(shù)據(jù)處理框架及系統(tǒng)性能要求

按照公路業(yè)務(wù)需求和技術(shù)發(fā)展情況，基于全面服務(wù)以及全業(yè)務(wù)管理，面向公路機(jī)電設(shè)備，針對數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)、拓展設(shè)備不統(tǒng)一，以及可能發(fā)生斷電的現(xiàn)象，提出機(jī)電運(yùn)維數(shù)據(jù)處理框架。數(shù)據(jù)采集層是對設(shè)備狀態(tài)有關(guān)數(shù)據(jù)開展采集，如車速、視頻等；對于接入層，其借助接口、網(wǎng)關(guān)等方法達(dá)到數(shù)據(jù)接入；對于系統(tǒng)處理層，其通過數(shù)據(jù)處理方法達(dá)到挖掘，提高數(shù)據(jù)利用價值；對于系統(tǒng)儲存層，其以達(dá)到數(shù)據(jù)高效、低延遲保存為主；對于系統(tǒng)應(yīng)用層，將根據(jù)處理價值，對不同的機(jī)電業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)開展處理，并開發(fā)相關(guān)功能，為智慧系統(tǒng)構(gòu)建奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以提高公路監(jiān)管的自動化和精細(xì)化程度［１］ 。系統(tǒng)性能需求如表１ 所列。

３ 公路多源設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)的接入模型和方法

針對公路多源設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)的接入方法，本文主要從運(yùn)維數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)安全管理和傳遞方面進(jìn)行探究，其中運(yùn)維數(shù)據(jù)安全管理和傳輸，又包括權(quán)限管理、公路機(jī)電設(shè)備協(xié)議轉(zhuǎn)換及安全傳輸?shù)龋云跒橄嚓P(guān)研究起到一定的借鑒作用。

３．１ 公路多源設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)動態(tài)接入

目前，公路機(jī)電設(shè)備不斷增長，各個路段設(shè)備也選用了不同廠家的型號，并具備特殊數(shù)據(jù)傳遞的方式，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時管理和運(yùn)維，本文對多源數(shù)據(jù)接入方式開展探究。公路機(jī)電設(shè)備一般包括傳感器、攝像頭、條形碼等，其形成的數(shù)據(jù)可以分為多種數(shù)據(jù)，如運(yùn)行和公路運(yùn)維數(shù)據(jù)，但因?yàn)閺S家、數(shù)據(jù)格式不同容易造成數(shù)據(jù)孤島、安全度不高等問題。基于此，為達(dá)到高效分析和及時響應(yīng)，提供接入模型，將數(shù)據(jù)接入適配器中，并將數(shù)據(jù)接入和解析相結(jié)合。為提高處理能力并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一處理，針對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并根據(jù)知識圖譜和引擎等開展搜索，然后在服務(wù)器上開展部署，將各種來源數(shù)據(jù)注冊，給予其注銷、查詢等能力，從而滿足業(yè)務(wù)和功能需求。

３．２ 采取智能網(wǎng)關(guān)方法達(dá)到遠(yuǎn)程控制

數(shù)據(jù)安全是聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營的關(guān)鍵，達(dá)到加密保存與分級管理是研究的重點(diǎn)。因此，基于各種設(shè)備數(shù)據(jù)，通過智能網(wǎng)關(guān)的方法達(dá)到數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制，以及設(shè)置權(quán)限對數(shù)據(jù)開展訪問和操作。（１）訪問模式。基于以下訪問模式達(dá)到數(shù)據(jù)安全，首先最高權(quán)限的管理者層次，這一類人員一般是部門領(lǐng)導(dǎo)，能根據(jù)需求開展數(shù)據(jù)訪問；其次，運(yùn)維工作者，可以訪問設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)而判定設(shè)備工作狀況；最后，外部人員，僅能對數(shù)據(jù)開展讀取，基于權(quán)限管理，給予相應(yīng)的權(quán)限，在滿足用戶需求的基礎(chǔ)上，確保數(shù)據(jù)安全。（２）公路機(jī)電設(shè)備協(xié)議轉(zhuǎn)換。為了打通信息壁壘，借助協(xié)議轉(zhuǎn)換確定標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，對機(jī)電協(xié)議根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議開展轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)各機(jī)電協(xié)議間的彼此操作，從而轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。（３）數(shù)據(jù)加密傳輸。為了避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失、被篡改等問題，網(wǎng)關(guān)使用通信技術(shù)，以及融合加密技術(shù)，達(dá)到加密傳輸，采取多種方式避免數(shù)據(jù)泄密，如數(shù)字簽名、身份認(rèn)定，從而確保傳輸?shù)陌踩c全面。

４ 公路多源機(jī)電設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)動態(tài)適配

在數(shù)據(jù)接入中，數(shù)據(jù)適配是核心，能夠提供檢索功能，達(dá)到系統(tǒng)的后續(xù)適配。

基于此，提出一種Ｓｐｒｉｎｇ Ｂａｔｃｈ 的批處理框架以達(dá)到數(shù)據(jù)適配，并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，定期應(yīng)用，框架給予了可重用功能，對處理數(shù)據(jù)尤為關(guān)鍵。框架包含應(yīng)用層、處理層與設(shè)施層。對于應(yīng)用層，是程序員開展底層的開發(fā)，如開發(fā)庫；對于框架的核心處理層，包括功能實(shí)現(xiàn)所需的類；對于框架設(shè)施層，是外界用戶，給予數(shù)據(jù)端口和控制端口。基于數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、數(shù)據(jù)解析和持久化達(dá)到動態(tài)適配。

４．１ 公路機(jī)電運(yùn)維數(shù)據(jù)預(yù)處理及數(shù)據(jù)庫建設(shè)

４．１．１ 保證數(shù)據(jù)引用的有效與精準(zhǔn)

在接入后，預(yù)處理屬于提升數(shù)據(jù)質(zhì)量的首步，基于數(shù)據(jù)清洗、聚類等消除數(shù)據(jù)處理重復(fù)值、異常值造成的影響，確保引用的精準(zhǔn)性及有效性。

（１）公路多源設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)清洗步驟。

在數(shù)據(jù)接入中，伴隨時間改變呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)增長的形式，為了挖掘有用的知識，清洗屬于提升數(shù)據(jù)質(zhì)量的首步。所以，對于公路狀態(tài)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的問題，如重復(fù)錄入、不集中、分析程度不高等，提供分布式并行框架的方法，并結(jié)合Ｈａｄｏｏｐ 平臺的優(yōu)勢，使用聚類算法特征，根據(jù)期望值對數(shù)據(jù)開展清洗。以下是詳細(xì)步驟：以Ｈｉｖｅ 保存多源設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)，且導(dǎo)入知識庫；開展模型訓(xùn)練，針對數(shù)據(jù)源提供屬性權(quán)重；利用ＳＮＭ算法開展聚類分區(qū)；針對權(quán)重系數(shù)及相似度，把二者進(jìn)行相乘，獲取數(shù)據(jù)間的相似度，且記載；整合相識度大的記錄；衡量數(shù)據(jù)能否達(dá)到質(zhì)量監(jiān)測；符合則寫回庫中，不符合則進(jìn)行清洗［２］ 。

（２）公路多源設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

為了達(dá)到運(yùn)維數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，采取數(shù)據(jù)編碼的方法，對數(shù)據(jù)開展壓縮，在確保精度的基礎(chǔ)上，處理零散、稀疏等問題。之后，根據(jù)式子（１）達(dá)到轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)處于映射區(qū)域，其中ｘｉ 表示變量，ｘｍｉｎ 表示最小值，ｘｍａｘ表示最大值，Ｍｒ 是映射最左端，Ｍｉ 是最右端，根據(jù)式子（２）開展歸一化為ｘ′。

ｘ′ ＝ｘｉ －ｘｍｉｎ ／ ｘｍａｘ－ｘｍｉｎ?（Ｍｒ －Ｍｉ ）＋Ｍｉ （１）

ｘ′ ＝ｘｉ －ｘｍｉｎ ／ ｘｍａｘ－ｘｍｉｎ （２）

（３）公路設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)聚類。

為了讓數(shù)據(jù)聚類精度高，以及有較強(qiáng)的抗噪聲能力，使用數(shù)據(jù)聚類算法，維持?jǐn)?shù)據(jù)保存長度與方式，便于２ 次處理和應(yīng)用，以下是詳細(xì)的步驟：明確類別數(shù)目（用ｋ 來表示），且定位ｋ 個中心點(diǎn)；基于所有樣點(diǎn)，確定間距最短的中心點(diǎn)，與其間距最小的點(diǎn)是一個類，如此一來，實(shí)現(xiàn)了１ 次聚類；衡量類別狀況是否一樣，若一樣，那么算法結(jié)束；若不一樣，則對不同類別的樣本點(diǎn)，計(jì)量它們的中心點(diǎn)，當(dāng)作新中心點(diǎn)，返至第二步。基于以上幾步，達(dá)到數(shù)據(jù)聚類。

４．１．２ 空間及屬性數(shù)據(jù)庫建設(shè)

在接入很多數(shù)據(jù)時，短期內(nèi)會導(dǎo)致系統(tǒng)壓力過高從而造成丟失，有時還會造成系統(tǒng)崩潰，因此接入時以空間、屬性數(shù)據(jù)庫建立為主。對于空間數(shù)據(jù)庫，其包括道路信息、高程模型；對于屬性數(shù)據(jù)庫，其包括橋梁、機(jī)電對象類，一般用于描述位置信息。采取這一方法達(dá)到對設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)開展壓縮與保存。面向?qū)ο蠼ㄔO(shè)數(shù)據(jù)庫的方法，確保模塊低耦合特點(diǎn)。針對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的保存，因?yàn)橐?guī)模擴(kuò)大，單機(jī)難以保存，所以選擇分布式方法擴(kuò)大保存規(guī)模。

４．２ 公路機(jī)電運(yùn)維數(shù)據(jù)解析、轉(zhuǎn)換及持久化保存

（１）公路機(jī)電運(yùn)維數(shù)據(jù)解析和轉(zhuǎn)換。

在實(shí)現(xiàn)接入和數(shù)據(jù)庫建設(shè)后，使用給予的數(shù)據(jù)讀取、處理等達(dá)到解析，基于讀取數(shù)據(jù)，對其開展處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一格式之后開展并發(fā)。針對源數(shù)據(jù)庫，將其轉(zhuǎn)換至中間數(shù)據(jù)庫，然后基于關(guān)聯(lián)關(guān)系，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，再在其中達(dá)到轉(zhuǎn)換和集成的目的，此方式有效防止轉(zhuǎn)換期間因?yàn)橐馔庠斐蓴?shù)據(jù)質(zhì)量降低的問題。

（２）公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)持久化。

在公路機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障、斷電等現(xiàn)象時，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，為了防止這類情況的發(fā)生，需借助設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)特性，把數(shù)據(jù)儲存到服務(wù)器中，盡可能使用數(shù)據(jù)庫特性，以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的讀取和查詢等，從而確保數(shù)據(jù)的全面性和持久性。根據(jù)Ｓｐｒｉｎｇ Ｂａｔｃｈ 技術(shù)，以下是詳細(xì)過程：在其中設(shè)置功能接口，一般情況下，會涉及多類接口，如事件類接口，之后開展邏輯關(guān)系處理，在庫中達(dá)到端到端的保存，數(shù)據(jù)有著保存和讀寫能力，方便開展篩選、提取。

５ 公路多源機(jī)電設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)通信機(jī)制

隨著公路設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)交互越來越多，傳統(tǒng)單一的數(shù)據(jù)傳輸手段已難以符合數(shù)據(jù)的指數(shù)級增長。因此，基于發(fā)布機(jī)制和訂閱機(jī)制，結(jié)合面向業(yè)務(wù)，以及根據(jù)需求分發(fā)的設(shè)計(jì)思想，基于研究業(yè)務(wù)流程，明確數(shù)據(jù)通信機(jī)制。主要從以下方面進(jìn)行了探討。

（１）數(shù)據(jù)提供方。在公路設(shè)備運(yùn)維信息傳遞模型中，發(fā)布方也就是信息提供方，管理發(fā)布信息，且基于詳細(xì)的主題信息和接收方構(gòu)建關(guān)聯(lián)，在域內(nèi)發(fā)布主題。所有發(fā)布者發(fā)布的信息并非一個，主題便是構(gòu)建一個數(shù)據(jù)寫入人員，對機(jī)電運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

（２）消息。對于話題信息通信而言，主要指發(fā)布者與訂閱者采取話題信息的方式接發(fā)信息，使用者能夠設(shè)計(jì)消息數(shù)據(jù)種類、主題信息等，相同話題可存在數(shù)個話題的訂閱者，因此消息能夠達(dá)到一對一或一對多的通信［３］ 。

（３）數(shù)據(jù)接收者。在設(shè)備運(yùn)維信息傳遞模型中，訂閱方也就是信息接收方，對主題訂閱進(jìn)行負(fù)責(zé)，使用者能夠結(jié)合具體應(yīng)用和個人需要訂閱相應(yīng)的信息，同時在域中能夠找到信息提供方，從而構(gòu)建二者的基本通信狀況，接收者訂閱的主題也并非僅有一個，如在車輛管理控制系統(tǒng)中，除了需接收路段線圈信息，也能夠訂閱交叉路口信息。

６ 結(jié)束語

本文針對數(shù)據(jù)接入方式的不足，提供一種接入模型和實(shí)現(xiàn)方式，切實(shí)使用設(shè)備形成的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、數(shù)據(jù)解析和持久化，以達(dá)到高時效的接入，保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和全面性，為公路防汛、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

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［３］ 趙琪，郭森科，潘成瑤．智慧運(yùn)維管控平臺系統(tǒng)［Ｊ］．中國交通信息化，２０２１（１０）：１３０?１３１＋１３４．

作者簡介：

羅劍（１９７７—），本科，工程師，研究方向：設(shè)備維護(hù)與系統(tǒng)集成。