基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理體系研究

任光遠(yuǎn)

（中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100081）

1 引言

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是高速公路服務(wù)設(shè)施和管理設(shè)施的重要組成部分，可以保障行車安全，為駕乘人員提供良好的出行服務(wù)，為道路管理者提供綜合管控手段。提升高速公路機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用的整體質(zhì)量，需要充分重視信息化運(yùn)維管理體系的合理應(yīng)用，不斷提高機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理體系的應(yīng)用水平，全面分析運(yùn)維管理工作中遇到的相關(guān)問題，應(yīng)用新理論、新技術(shù)、新設(shè)備解決相關(guān)問題，助推我國信息化高速公路的高質(zhì)量發(fā)展。

2 信息化高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理體系概述

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)維管理體系，就是采用物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)技術(shù)開展機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維保障工作，是對以往人工定期巡檢管理模式的技術(shù)轉(zhuǎn)變，通過對高速公路沿線機(jī)電設(shè)施設(shè)置傳感器，基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對所有機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障問題進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并向路段管理中心發(fā)送詳細(xì)的故障信息、觸發(fā)故障與報(bào)修流程，促使專業(yè)的機(jī)電養(yǎng)護(hù)部門在第一時(shí)間獲取故障信息，通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)，迅速提出解決辦法，以便及時(shí)開展維修工作[1]。采取此種運(yùn)維管理模式，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)故障維修效率與整體機(jī)電設(shè)備維修質(zhì)量的提高，對維護(hù)步驟進(jìn)行簡化，在某些程度上，減輕員工的工作強(qiáng)度與負(fù)擔(dān)。除此以外，采取此種運(yùn)維管理模式可以達(dá)成整體運(yùn)維管理機(jī)制固定化的效果，確保順利、準(zhǔn)確地開展各個(gè)機(jī)電養(yǎng)護(hù)工作，并通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用，評估與分析相關(guān)結(jié)果，有針對性地制定并完善運(yùn)維管理體系，保障整體運(yùn)維管理質(zhì)量。

3 高速公路機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)維管理體系的必要性

高速公路機(jī)電系統(tǒng)主要包含監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及隧道機(jī)電系統(tǒng)等，機(jī)電系統(tǒng)各子系統(tǒng)內(nèi)的主要設(shè)備關(guān)系著整體機(jī)電系統(tǒng)的良好運(yùn)行狀態(tài)、高速公路車輛的有序通行及道路管理者對道路運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。因此，整體機(jī)電系統(tǒng)與機(jī)電設(shè)備的高效運(yùn)行對高速公路的質(zhì)量、穩(wěn)定性與安全性具有至關(guān)重要的作用。

高速公路機(jī)電設(shè)備具有系統(tǒng)性強(qiáng)、運(yùn)行連續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，很多設(shè)備常年處于野外自然環(huán)境下，或位于服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站內(nèi)，運(yùn)行狀態(tài)具有極高的不可控性和不確定性，造成機(jī)電系統(tǒng)整體缺乏較高的穩(wěn)定性，極有可能受到冰凍、大雨、大風(fēng)等惡劣天氣條件的影響，進(jìn)而導(dǎo)致關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定甚至失效，使某個(gè)機(jī)電系統(tǒng)癱瘓，影響高速公路的正常運(yùn)營和管理。因此，開展基于物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)維管理體系研究，掌握實(shí)時(shí)的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對于維持高速公路運(yùn)營穩(wěn)定性具有關(guān)鍵的作用。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高速公路機(jī)電運(yùn)維管理體系中的應(yīng)用情況

目前，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展與應(yīng)用的背景下，建設(shè)信息化與數(shù)字化的高速公路機(jī)電運(yùn)維管理體系可大幅度提升高速公路機(jī)電運(yùn)維管理水平。在高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理體系建設(shè)過程中，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測，有利于對高速公路機(jī)電設(shè)備的具體運(yùn)行情況進(jìn)行全面掌握。同時(shí)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能對原有的機(jī)電運(yùn)維體系進(jìn)行改善，達(dá)到主動(dòng)預(yù)測、主動(dòng)管理、精準(zhǔn)決策的管理目標(biāo)。構(gòu)建高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)營監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Ω咚俟窓C(jī)電設(shè)備在運(yùn)行維護(hù)過程中的相關(guān)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)化管理，促進(jìn)資源管理朝著集約化方向發(fā)展，為高速公路運(yùn)營管理提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持?，F(xiàn)階段，在高速公路機(jī)電運(yùn)維管理體系建設(shè)過程中，為了充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，需要對物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)檢測技術(shù)以及智能采集模塊進(jìn)行有效整合，促進(jìn)相關(guān)軟、硬件設(shè)備的優(yōu)化和改進(jìn)，完成高速公路機(jī)電運(yùn)維體系在實(shí)施過程中的自動(dòng)檢測，從而對機(jī)電運(yùn)維工作中存在的具體問題進(jìn)行全面掌握。另外，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)制訂更加科學(xué)合理的高速公路機(jī)電維護(hù)和檢修計(jì)劃，有利于發(fā)現(xiàn)潛在問題并開展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。特別是充分利用移動(dòng)客戶端或App 軟件，在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，可以快速響應(yīng)并在線處理，能夠?qū)φ麄€(gè)運(yùn)維過程進(jìn)行在線評價(jià)與實(shí)時(shí)監(jiān)督，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化運(yùn)維[2]。

在高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)維體系優(yōu)化改進(jìn)過程中，通過在機(jī)電設(shè)備內(nèi)部設(shè)置傳感器及控制器，獲取機(jī)電設(shè)備的具體運(yùn)行狀態(tài)，完成控制指令的傳送，對設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理體系時(shí)，主要從感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層3 方面出發(fā)，保證運(yùn)維體系架構(gòu)的完善性：（1）感知層的主要功能是對機(jī)電設(shè)備的整體性能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并開展有效的故障診斷工作，對機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；（2）網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是完成數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，并將所獲取的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)较鄳?yīng)的控制平臺(tái)，對機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行提?。唬?）應(yīng)用層的主要功能是檢測特征信號(hào)、提取征兆信息，并將相應(yīng)的操作指令發(fā)送到機(jī)電設(shè)備終端。

5 基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理體系建設(shè)

5.1 運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)開展高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)營管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，要充分發(fā)揮運(yùn)營管理機(jī)制以及管理標(biāo)準(zhǔn)的作用，確保高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理體系的完善性。在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中需要從以下角度出發(fā)：

1）要開展運(yùn)維組織設(shè)計(jì)。高速公路的網(wǎng)絡(luò)需求管理跨越的地理區(qū)域比較廣，在開展機(jī)電管理運(yùn)維體系設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行路段歸口管理。當(dāng)運(yùn)維管理的路線較長、跨度較大時(shí)，應(yīng)保障不同區(qū)域管理模式的有效聯(lián)合，形成系統(tǒng)化、集中化的物聯(lián)網(wǎng)體系。高速公路一般會(huì)設(shè)置區(qū)域分中心或路段分中心，在某些重要隧道的路段設(shè)置隧道管理站，在分中心及隧道管理站均應(yīng)升級(jí)機(jī)電運(yùn)維管理系統(tǒng)。目前，基于3 層互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的高速公路機(jī)電運(yùn)維系統(tǒng)較為普遍，有效利用了物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，促使不同區(qū)域的機(jī)電系統(tǒng)相互貫通，確保信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

2）要構(gòu)建完備、健全的運(yùn)維人員管理體系。根據(jù)高速公路運(yùn)維人員綜合管理系統(tǒng)，可以對不同區(qū)域的運(yùn)維管理人員進(jìn)行集中化管理，將運(yùn)維人員的相關(guān)資料上傳到統(tǒng)一的人員管理平臺(tái)，方便對人員的培訓(xùn)學(xué)習(xí)、工作交流等進(jìn)行統(tǒng)一安排。在運(yùn)維管理體系構(gòu)建過程中，需要加強(qiáng)運(yùn)維人員的安排，特別是要對不同管轄路段的運(yùn)維管理人員進(jìn)行合理規(guī)劃，明確不同工作人員的具體職責(zé)，有利于管理運(yùn)維體系的運(yùn)行效率。同時(shí)，要加強(qiáng)運(yùn)營維護(hù)管理人員的職業(yè)培訓(xùn)，提高運(yùn)維人員的工作效率和質(zhì)量，確保高速公路機(jī)電系統(tǒng)正常運(yùn)行，充分發(fā)揮運(yùn)維管理系統(tǒng)的作用。

5.2 機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)控層

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維體系時(shí)，需要構(gòu)建機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)控層，這是對整個(gè)運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)督與管理的重要環(huán)節(jié)。監(jiān)控層本身是高速公路運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中的重點(diǎn)，是確保機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行的重要手段，也是維護(hù)機(jī)電系統(tǒng)職能的有力保障。在高速公路機(jī)電運(yùn)維系統(tǒng)監(jiān)控層設(shè)計(jì)中，需要構(gòu)建核心單元對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行集約化管理，形成統(tǒng)一、完善的機(jī)電設(shè)備管理監(jiān)控系統(tǒng)。在構(gòu)建監(jiān)控層的同時(shí)，對數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與信息化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，確保獲取的相關(guān)參數(shù)能夠及時(shí)傳輸?shù)皆O(shè)備執(zhí)行單元與管理層，務(wù)必根據(jù)機(jī)電設(shè)備的具體情況開展有針對性的管理與維護(hù)工作，以提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)維水平。

5.3 設(shè)備登記入庫

操作工號(hào)、附件信息、登記時(shí)間、使用壽命、出廠日期、設(shè)備廠家、設(shè)備型號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備類型、機(jī)構(gòu)編號(hào)、機(jī)構(gòu)類型、資產(chǎn)編號(hào)均屬于機(jī)電設(shè)備的入庫資料。通過信息系統(tǒng)的運(yùn)用，可以為每一個(gè)設(shè)備自動(dòng)生成條形碼，從而工作人員可以利用條形碼查詢機(jī)電設(shè)備的各類信息。

5.4 機(jī)電報(bào)修管理

當(dāng)高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的某個(gè)子系統(tǒng)或某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電報(bào)修管理系統(tǒng)，能夠及時(shí)推送報(bào)修工作信息和具體工作量，運(yùn)維管理部門可以針對新增的報(bào)修記錄及時(shí)予以相應(yīng)的處理、任務(wù)分配。通過機(jī)電報(bào)修管理系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠獲取更全面、更具體的報(bào)修記錄，并能實(shí)時(shí)查詢維護(hù)進(jìn)度，保障安排及分配工作的合理化、科學(xué)化、有序化。運(yùn)維管理工作人員需要在信息系統(tǒng)中錄入更換的設(shè)備（或線纜）、解決方案、機(jī)電設(shè)備故障問題等關(guān)鍵信息，作為維修記錄統(tǒng)計(jì)與查詢的依據(jù)，為后續(xù)相關(guān)設(shè)備的故障解決方案提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)支撐。

5.5 智能化應(yīng)用

采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、高精度定位等信息技術(shù)，能夠?qū)C(jī)電設(shè)備的運(yùn)維管理質(zhì)量大幅度提高，有效減少運(yùn)維管理成本，整體提升運(yùn)維智慧化管理水平，提供數(shù)據(jù)、信息支持，做到機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)分析和精準(zhǔn)決策。

例如，運(yùn)用視頻自動(dòng)故障識(shí)別技術(shù)，在視頻中找尋可能存在的異常畫面、異常信號(hào)以及異常抖動(dòng)顏色等異常狀況，通過采集監(jiān)測攝像機(jī)的亮度、靈敏度、亮度分辨率和信噪比等數(shù)據(jù)，判別攝像機(jī)是否存在設(shè)備異常等情況。近年來，光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)在各個(gè)項(xiàng)目中的應(yīng)用逐漸普及，通過對通信光路由進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，與參考曲線進(jìn)行比較，得出光纜衰減曲線，結(jié)合GIS 地理信息系統(tǒng)能精確定位光纖故障點(diǎn)，產(chǎn)生報(bào)警信息。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)檢測光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，正確提供光網(wǎng)絡(luò)的故障發(fā)生點(diǎn)，分析故障影響區(qū)域，提供處理故障的緊急預(yù)案。諸如上述光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，運(yùn)行其他智能化的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)，能夠?qū)C(jī)電設(shè)備是否正常運(yùn)行做出分析，自動(dòng)生成相應(yīng)的巡檢報(bào)告，留檔于數(shù)據(jù)庫中，為后期工作人員檢查相關(guān)機(jī)電設(shè)備時(shí)提供較為全面的檢測記錄以進(jìn)行參考，真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)電設(shè)備的智能化運(yùn)維檢測[3]。

5.6 流程化運(yùn)維

通過設(shè)定并編制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化管理程序，可以確保機(jī)電設(shè)備的巡檢流程更規(guī)范化、科學(xué)化和流程化，提高機(jī)電設(shè)備的維護(hù)效率與維護(hù)質(zhì)量。在運(yùn)維管理體系中應(yīng)用智能化技術(shù)可以提供有效、真實(shí)、詳細(xì)的機(jī)電設(shè)備維護(hù)信息與人員養(yǎng)護(hù)記錄，為后續(xù)其他工作人員考核、總結(jié)提供一定的便利性，有利于激發(fā)運(yùn)維管理工作人員的積極性和責(zé)任心，對以往較為煩瑣、粗糙的運(yùn)維管理模式進(jìn)行革新，爭取創(chuàng)造更大的運(yùn)維管理效益與價(jià)值。

6 結(jié)語

綜上所述，必須重視基于信息化、智能化、數(shù)字化的高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理體系的研究與應(yīng)用，推廣應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速公路機(jī)電設(shè)備的泛在、精準(zhǔn)監(jiān)測，滿足在線統(tǒng)一資產(chǎn)信息管理的需求，保障機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為下一步建立智能化運(yùn)維管理云平臺(tái)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更好地實(shí)現(xiàn)公路機(jī)電設(shè)備與資產(chǎn)的協(xié)同發(fā)展，助推高速公路機(jī)電業(yè)務(wù)向標(biāo)準(zhǔn)、高效運(yùn)維管理方向蓬勃發(fā)展。