智能公路的机电系统监测数据融合技术

文/广东省公路建设有限公司 赵梓城

北京中交国通智能交通系统技术有限公司 刘雨辰

随着智能交通的发展，对于高速公路信息化机电系统的在线监测和智能运维管理变得尤为重要。传统的机电系统运维管理普遍存在高速公路线路长、点位多、故障频发、监控人员不能及时跟进发现异常、效率很低等情况。因此，为了提高运维效率，应用BIM模型，不仅要创建多信息应用的数字模型，在运行状态监测和控制方面，还需将BIM技术与监测的信息相互联系，建立扩展模型，发挥监测数据的最大价值。

BIM技术概述及应用标准

BIM名为建筑信息模型，是以交通项目工程中的信息数据为背景支撑，通过使用仿真模拟技术，将数据信息模拟成为三维建筑模型，从而实现物业管理、监理、设备养管数字化加工、工程化管理等功能。

为规范BIM技术在高速公路工程全寿命周期的应用，保障BIM技术切实有效地应用于高速公路建设与管养工作中，应制定高速公路全寿命周期BIM应用标准。包括全局标准、资源标准、BIM数据存储标准、BIM分类及编码标准、BIM应用实施标准等，提供一个具有可操作性、兼容性强的基准和规范，统一各参与方的BIM实施细则和数据存储准则。

基于BIM的机电系统数据信息融合管理平台设计

数据信息融合管理包括对信息收集、分析、储存等工作，在全寿命周期中是不可缺少的一部分。建设基于BIM的机电系统数据信息融合管理平台是通过BIM技术提供保障，全寿命周期过程产生的数据信息进行融合集成和管理，是包含交通信息感知层、信息整合层、协同管理服务层的一体化信息融合管理平台,实现对高速公路机电设备的实时在线监测及数字信息化的运营管理，为全面实现智能化交通提供有力的支持。

框架设计

交通信息感知层

通过高效通信技术，利用传感器等终端，采集、分类和存储机电系统的信息。为后期高速公路机电设备运行数据的高效获取与稳定传输提供了有力的技术支持。

多源数据融合层

在信息融合管理平台中，多源数据融合层承担着最重要的位置。经过整合信息资源，实现数据互通、融合，并将机电系统监测数据信息融合管理平台用作多源数据融合层的大数据处理枢纽中心。交通信息感知层中采集来的数据在本层中进行数据分析处理，通过对高速公路机电设备监测多源异构数据的特征提取、挖掘、关联等方法，再传到协同管理服务层应用。同时也支持历史信息、人工补录、监测数据的分析处理。

协同管理服务层

在多源数据融合层分析处理后的数据，利用BIM技术，完成数据互联互通的应用，平台实现了设备信息管理、维护维修管理、应急预案管理等应用。辅助运维人员查询修改设备信息，增设提醒功能，利用多种方式，使用BIM完成数据信息的显示、查询及分析。

平台功能

基于BIM的机电系统数据信息融合管理平台是由数据信息融合管理及平台管理这两点所组成的，其中，前者主要针对项目建设的各参与方，通过注册登记，即可对数据进行存储、访问、交流等。后者主要针对平台用户，其主要作用在于管理平台用户，并及时有效地更新和维护系统。

BIM与机电系统监测数据信息融合研究

在对BIM信息与高速公路机电系统数据信息传递方式、监测特点及分析的基础上，完成BIM创造虚拟的模型监测信息的扩充，分析利用BIM 构建的虚拟模型和监测的共同信息，使得高速公路机电设备与BIM监测数据信息融合。

机电系统监测数据信息与传递

高速公路机电设备监测数据类型分别为监测点信息及监测数据。其中，监测点信息是指高速公路机电设备系统，关于监测子系统的监测点基本情况的展示，包括监测点位置信息及类型、设备编号名称及类型、数据值及类型、告警级别、报警类型、报警时间、备注说明等。

监测数据包括实时和非实时的数据，并分为两种，数字类型和模拟类型。需要注意的是，数字类型的取值会依据数据中心确定。其一为两种取值开关的数值，其二为一个以上取值开关的数值。在机电监测系统中，监测数据主要存储在机电设备的自用数据库或者采集器中，需要特别注意的是，在监测系统的实际应用中，监测系统的数据库都是不相同的，包括不同型号、不同品牌。

对于监测数据需要传递的部分，应该依据不同的状态来选择，选取相对匹配的读取方式，一是从控制器端直接读取，二是从系统的自建数据库中调用。需要注意的是，如果采用第一种读取方式，则必须考虑监测系统的综合网络及监测系统读取接口控制器的属性，这样能够有效保持监测信息的实时更新特征。此外，调取监测系统的数据库包括，自用数据库中的监测信息，随后管理单位把其他商业用途的监测信息放至自用的数据库中。不具备存储数据功能的系统，在监测系统实际运行过程中，则需通过逐个监测点，实现对监测信息路径访问的储存，如果选择使用数据信息，即可根据各个访问路径获得监测数据。

BIM监测数据扩展应用

BIM监测数据扩展应用的定义为，在已建的高速公路机电系统BIM模型的基本信息上，增加监测数据，继而扩展成基于监测数据的机电系统的模型，在BIM监测数据的扩展基础上，实现机电系统数据的实时监测和查询等功能。

在分析合并监测数据的时候，监测点架构至关重要，通过监测点，能够连接机电系统的三维模型及监测信息。监测点的架构和机电系统的三维仿真模型之间的连接，是通过监测点的设备部分实现的，并且不是单一的对应关系，而是在监测点架构的各个设备，都在许多系统模型范畴及实体中找到多种对应方式。同时各个监测点数据，在数据库中都可以找到许多信息。监测点的属性包括：监测点ID、监测点名称、监测点类型、报警的数值、报警的优先级等。监测点每经过一段时间的更新，会将最新值不断更新显示在系统中。

BIM监测数据查询功能及显示功能

在高速公路机电系统监测的实际应用中，监测数据的查询方式分别为：通过已有的系统三维模型及特定区域的数据信息，查询此设备或者该区域有联系的监测点数据；先确定某个监测站点的各类型数据信息，接着查找有联系的三维设备模型。以上两种监测信息查询的方法，可创造出更加复杂的查询方式。

BIM三维模型同时还有显示的功能，数据在多源数据融合层通过数据处理分析合并之后，可完成在模型信息和监测信息中的关联查找，从而完成三维模型对于监测数据的可视化。

实时数据显示，根据数值大小，可使用颜色来区分。在BIM监测数据的扩充应用中，每个三维模型和每个机电系统组成联系，且一个机电系统与多点联系，故三维模型单位与各监测点的联系可以使用多种形式。在每个三维模型中，同一个监测器只对应单个主监测站点，监测站点的数据，也需使用各种颜色来区分。其中，报警功能的颜色是单独的，监测站点运行时，假如监测数值显示异样，将会触发系统，立即发出警报动作。

结语

综上所述，通过BIM技术构建扩展模型来建设BIM机电系统的多个子监测系统，完成了BIM模型信息与监测信息的相互管理、及时更新的监测信息数据在BIM三维模型上的展示，监测数据与BIM数据的查询功能高效地检验此方式的可行性。在BIM信息监测中保证大量监测信息数据的同时，还需要基于BIM监测信息扩展模型及更进一步深入应用BIM与高速公路机电设备监测信息的集成分析。项目信息管理中，BIM是目前非常热门的应用，有很多的技术优势，可将模拟数据数字化并对资产全寿命周期不同类型的数据进行分门别类的采集、存储、集成、管控服务等应用。此外，还可进行信息共享，达到数据信息交互的目的，进而提高了高速公路的运管水平。