智慧運維在高速公路機電系統(tǒng)管理中的應用研究

黃柳盛

摘 要：近些年來高速公路機電系統(tǒng)運維管理越來越受到社會的關注，不斷開發(fā)先進的在線監(jiān)測與評估設備，實現(xiàn)公路狀況的自動采集與數(shù)據(jù)分析，從而對公路以及配套設備的動態(tài)監(jiān)管。由于高速公路機電系統(tǒng)相對比較復雜，其運營管理效率對于高速公路的運營管理狀況有著直接的影響。因此提高高速公路機電系統(tǒng)的運營管理水平具有重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：智慧運維;高速公路;機電系統(tǒng)管理

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A

近些年來我國高速公路網(wǎng)絡不斷發(fā)展和完善，截止到2019年底，我國高速公路里程超過14萬公里。為了進一步提高高速公路的經(jīng)濟效益，需要完善配套機電系統(tǒng)的建設，包括監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費系統(tǒng)以及供配電系統(tǒng)的建設。機電系統(tǒng)的完善確保高速公路的正常經(jīng)營管理。但是高速公路機電系統(tǒng)相對比較復雜，其運營管理效率對于高速公路的運營管理狀況有著直接的影響。因此提高高速公路機電系統(tǒng)的運營管理水平具有重要的現(xiàn)實意義。智能技術的發(fā)展應用為高速公路機電系統(tǒng)運維管理發(fā)展提供了新的方向，能夠實現(xiàn)機電設備運行狀況的實時監(jiān)控與評估，“智慧運維”的提出為高速公路機電系統(tǒng)經(jīng)營管理能夠提供必要的保障。

1 高速公路機電系統(tǒng)管理現(xiàn)狀

我國高速公路發(fā)展的高峰期是在21世紀初，相應的高速公路機電系統(tǒng)也逐漸形成。隨著高速公路及配套設施的不斷完善，高速公路機電系統(tǒng)的運維也形成了比較完善的系統(tǒng)。近些年來高速公路機電系統(tǒng)運維管理越來越受到社會的關注，不斷開發(fā)先進的在線監(jiān)測與評估設備，實現(xiàn)公路狀況的自動采集與數(shù)據(jù)分析，從而對公路以及配套設備的動態(tài)監(jiān)管。為了更好地適應現(xiàn)代社會的發(fā)展，我國需要不斷尋找先進的管理理念，在機電設備管理與維護方面尋求突破。隨著現(xiàn)代信息技術、大數(shù)據(jù)技術以及智能化技術的推廣應用，為高速公路機電系統(tǒng)運維管理注入新的動力。我國自從1980年開始，國家經(jīng)貿部門就將高速公路機電系統(tǒng)納入高速公路質量評估標準，并規(guī)范了機電系統(tǒng)的運維管理規(guī)范，并要求管理單位需要定期對高速公路機電系統(tǒng)進行評估，從而確保高速公路機電系統(tǒng)的正常運行。

目前很多省市的高速公路運營單位都認識到了高速公路機電系統(tǒng)改革的重要性，并結合自身的實際情況制定了相應的運維指南和規(guī)范，但是總體來說由于缺乏統(tǒng)一的技術標準，因此隨著車流量的增加，高速公路機電系統(tǒng)中存在的問題也逐漸暴露出來，例如管理效率低下、設備故障率高、日常養(yǎng)護不及時、操作不規(guī)范、報廢制度不完善等問題，容易導致設備資源浪費。因此需要不斷改進高速公路機電系統(tǒng)的運維模式，進一步提高高速公路機電系統(tǒng)運行效率。

在高速公路機電系統(tǒng)建設過程中，我國一線城市都已經(jīng)建立了相對比較完善的信息管理系統(tǒng)，主要是基于信息化技術，對高速公路機電系統(tǒng)從設備的采購、儲存、維護、報廢等環(huán)節(jié)進行全面控制，從而實現(xiàn)設備管理、維護、信息統(tǒng)計分析等功能，同時支持設備在線故障分析，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預測設備的運行狀況。高速公路機電系統(tǒng)相對比較復雜，其中包括了收費系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等多個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)中又有大量的設備，加上不同地區(qū)使用的設備生產(chǎn)廠家不同，因此采取的技術復雜性也相對較高。因此迫切需要建立一套運行有效的智能化管理方法。

2 高速公路機電設備檢測現(xiàn)狀

近20年來，隨著我國科技的快速發(fā)展，尤其是計算機技術、通信技術以及數(shù)字技術的快速發(fā)展，機電設備在線監(jiān)測技術不斷發(fā)展，進一步提高了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，且基于智能控制的設備狀態(tài)評估與分析技術的快速發(fā)展，使得系統(tǒng)在線監(jiān)測變得更加可靠。此外，傳感技術以及無線通訊技術的快速發(fā)展使得監(jiān)測內容更加多樣化和準確，結合現(xiàn)有的技術水平能夠提高自動化控制水平。目前各省市的交通研究院中都開展了高速公路機電設備運行監(jiān)控相關研究，針對設備運行過程中的關鍵指標進行深入分析，通過記錄機電設備運行的原始數(shù)據(jù)建立相應的數(shù)據(jù)庫，并通過動態(tài)分析機電設備的運行狀況來預測設備的使用壽命，同時能夠分析機電設備的業(yè)務狀況，最后通過GIS技術能夠以可視化的方式將設備的位置以及運行狀況顯示出來，還可以通過數(shù)據(jù)分析技術以圖表的方式展現(xiàn)出來，從而對高速公路機電設備進行實時監(jiān)控，同時實現(xiàn)了管理信息化與可視化。通過分析機電設備運行數(shù)據(jù)的變化，預測設備性能可能發(fā)生的變化趨勢，從而對設備進行有效的控制。根據(jù)機電運行狀況的變化，分析各部件的性能，并分析各元件對設備運行狀況的影響，從而為設備的保養(yǎng)提供有效依據(jù)。該系統(tǒng)目前能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、故障檢測、決策處理、GIS位置查詢等功能。

如西安建筑科技大學開發(fā)了基于ZigBee技術的高速公路機電設備控制系統(tǒng)，其主要是利用傳感器+通訊技術組成監(jiān)控網(wǎng)絡，利用傳感器采集機電設備相關環(huán)境參數(shù)并通過無線通訊傳輸給控制器，然后監(jiān)控中心利用B/S架構發(fā)布相關數(shù)據(jù)，用戶能夠通過訪問網(wǎng)站觀察機電系統(tǒng)的運行狀況。河北高速公路管理部門針對如何提高高速公路機電設備在線監(jiān)測速度以及自動報警功能進行深入研究，提出了利用移動通信網(wǎng)絡進行傳輸?shù)谋O(jiān)控模式，能夠通過嵌入式系統(tǒng)完成遠程監(jiān)控的任務，并將采集到的數(shù)據(jù)進行預處理之后上傳給監(jiān)控中心。從上述分析來看，我國對于高速公路機電系統(tǒng)運維改革仍處于初級階段，需要學習西方陷阱經(jīng)驗，一滿足高速公路機電系統(tǒng)運維要求為出發(fā)點，不斷引進先進的管理技術，從而提高高速公路的運行效率。

3 智慧運維在高速公路機電系統(tǒng)管理中的應用效果

3.1 實現(xiàn)故障在線監(jiān)測與警報處理

傳統(tǒng)運維模式主要是根據(jù)工程師的經(jīng)驗進行人工故障診斷，流程為：首先根據(jù)故障表現(xiàn)分析故障原因，然后通過維修或更換設備修復故障。傳統(tǒng)運維模式對于技術人員的工作經(jīng)驗有著較高的要求，且依賴于人工管理，導致管理人員的工作量增加。但是隨著現(xiàn)代高速公路機電系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，加上機電設備更新速度較快，維修人員的工作量也不斷增加，知識儲備則相對滯后，在實際工作中不免會發(fā)生各種各樣的問題，對整個高速公路的運行都造成了較大的影響。而智慧運維的應用則能夠有效解決這一問題，其能夠通過在線故障監(jiān)測與警報處理來提高管理工作的效率，進一步減輕管理人員的工作量，同時也能夠及時明確故障位置以及原因，提高故障檢修速度，從而盡早恢復正常的通行狀況。

3.2 為設備維護提供有效的數(shù)據(jù)支持

過往由于高速公路機電系統(tǒng)尚未形成統(tǒng)一的管理制度，無法對設備運行狀況進行有效評估，同時傳統(tǒng)管理模式中機電系統(tǒng)的整合能力較低，無法對機電設備運行狀況進行統(tǒng)一采集，此外，由于設備規(guī)格以及類型的不同，采集數(shù)據(jù)標準也不一致，加上過往主要是采取紙質維修記錄的方式，很難反映設備故障存在的內在聯(lián)系，這也導致運維管理工作比較復雜，很難制定規(guī)范化的運維管理計劃。而智慧運維的應用能夠自動采集機電設備運行狀況，并建立相應的數(shù)據(jù)庫，并利用數(shù)據(jù)挖掘技術分析設備故障之間的內在聯(lián)系，對設備敏感部件進行預測，從而做好機電設備的日常養(yǎng)護與部件更換，及時替換即將報廢的部件，從而確保機電設備的正常運行。

3.3 實時監(jiān)控機電設備，在線預測故障

傳統(tǒng)機電設備運維管理主要是由管理人員在巡查中發(fā)現(xiàn)和相關人員上報發(fā)現(xiàn)設備故障，但是無法在事前預測故障，也無法在故障發(fā)生的同時進行警報，影響了高速公路的正常運行。而智慧運維支持下，高速公路機電系統(tǒng)能夠對系統(tǒng)中的機電設備運行狀況進行有效評估，不但能夠盡早發(fā)現(xiàn)故障或帶病工作設備，同時能夠提高維修人員的故障處理速度，確保高速公路的正常運行，避免對交通運行造成影響。機電系統(tǒng)能夠通過硬件檢測以及軟件分析獲得相應的故障分析結構，并通過控制器進行指令傳輸，包括設備的重啟、系統(tǒng)優(yōu)化、異常情況報警或程序啟動等方面。

3.4 統(tǒng)一設備安裝與維修方案

過往由于參建單位不同以及設備運行之后環(huán)節(jié)的變化，在機電系統(tǒng)建設、安裝以及運維過程中，設備的接線方式會隨著安裝與維修方案發(fā)生改變，這可能對工程整體狀況造成一定的影響。同時由于技術人員在經(jīng)驗與習慣方面的不同，給高速公路機電系統(tǒng)的運維管理帶來了一定的困難。而智慧運維模式的應用，能夠統(tǒng)一設備安裝與維修方案，通過建立統(tǒng)一的標準，規(guī)范設備安裝與維修標準與制度，從而提高機電系統(tǒng)運維管理效率。運維管理部門可以以系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析制定相應的養(yǎng)護方案，動態(tài)評估機電設備的運行狀況，對運行狀況不佳的設備進行提前處理，在故障發(fā)生之前進行預處理，有助于減少系統(tǒng)故障的發(fā)生。管理單位需要設計一套符合實際的機電設備安裝與維護標準，確保高速公路機電系統(tǒng)實際運行之中能夠獲得相應的支持與保障。

4 結束語

高速公路機電系統(tǒng)運維管理效率對于高速公路的運行管理效率具有直接的影響，高速公路機電系統(tǒng)比較復雜，涵蓋了多個系統(tǒng)，任意環(huán)節(jié)發(fā)生故障都會對高速公路的交通運行造成一定的影響，因此需要不斷提高高速公路機電系統(tǒng)運維管理水平。智慧運維主要是基于現(xiàn)代信息化、智能化技術在高速公路機電系統(tǒng)中的應用，能夠實現(xiàn)機電設備的在線運行檢測、故障檢測、自動報警等功能，進一步提高了高速公路機電系統(tǒng)運維管理效率，有助于提高高速公路的運行效率。

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