基于信息化的高速公路机电系统运维管理体系探析

彭继业

摘要：科学技术的发展迅速，我国的高速公路建设的发展也有了改善。高速公路上使用的机电设备种类和数量众多，位置分散，安装位置检修困难，机电设备的养护一直是维护人员的难题。传统的机电运维系统只具备信息管理功能，数据依靠人工录入，必须同时配备完善的管理制度和具有强有力的执行才能发挥作用，在实践中效果不佳，效率提升不明显。新时代的高速公路机电设备智慧运维系统，必须转变传统的救火式运维思维，用预防性维护方式，变被动维修为主动维护，提高机电设备的可用率，才能以最低成本发挥机电设备的最大效能。

关键词：信息化;高速公路;机电系统;运维管理体系探析

引言

随着高速公路交通管理的信息化、智能化发展，机电设备在高速公路上应用越来越多，地位越来越重要，对机电设备的养护要求也越来越高。为了实现机电设备的全生命周期管理，需要将机电设备的静态信息（设备的类型、品牌、型号、数量、金额、采购时间等）和维护动态信息（设备的维护时间、地点、内容、维护人员、巡检、维护记录、维护档案等）以及实时状态信息（如设备的工作电压、电流、环境温度、湿度、接口状态、通信链路状态等）通过数据采集系统进行采集和存储，为高速公路运维系统的数据分析和业务应用模块提供数据依据。通过运维系统的专家诊断模块对故障进行预警与精确判断，智能派单，可以有效缩短机電设备的故障发现及修复时间，提高养护效率，改变传统高速公路机电运维被动、落后的局面。

一、系统架构

（一）系统功能

为实现主动运维的目标，高速公路机电运维系统除了具备常规的信息管理、仓库管理和工单流转功能外，还应具备以下功能：（1）集计算资源、存储资源、人力资源、机电设备资源、专家分析系统于一体，既具有机电设备的静态信息（设备的类型、品牌、型号、数量、金额、采购时间等），又具有机电设备的动态信息（设备的安装位置、维护时间、内容、维护人员、巡检、维护记录、维护档案及连接端口、拓扑图等）。（2）实时采集机电设备的状态信息（如设备的工作电压、电流、环境温度、湿度、接口状态、通信链路状态等），结合设备的地理位置信息，直观地将设备状态、维护工单状态显示在GIS地图上，并可通过互联网、移动端随时随地查看。（3）根据故障现象分析故障原因，提供检修处置方法，并对采集回的设备状态数据进行整理、分析、挖掘，对整体和局部的设备运行情况作出研判和预警。（4）支持灵活自定义报表，能快速提供决策所需的数据。

（二）系统逻辑结构

系统采用B/S结构，用户交互页面使用HTML5开发，无论在电脑上还是手机终端上访问，看到的页面内容都相同，操作方式也一样。系统由前端采集系统、数据汇总系统、运维应用系统和数据库系统四部分组成。前端采集系统部署在各收费站/隧道管理站，负责定期检测机电设备的工作状态，将获取的状态数据发送回数据汇总模块。数据汇总系统负责接收各站点的采集数据，并进行数据清洗，再入库。数据汇总系统部署在中心机房，当采集点数量多的时候也可以分级部署。采集数据先按路段汇总到路段中心，再汇总到中心机房，最后入库，以减少中心节点的压力，避免在采集时瞬间涌入大量的数据流量和数据处理量，造成资源瓶颈。运维应用系统部署在中心机房，负责数据展示、数据分析，响应用户的服务请求，流转工单等。数据库系统部署在中心机房，用来保存应用数据和设备状态数据。

二、前端数据采集模块

在各个高速公路路段设置数据采集节点，该采集节点负责按照各机电设备的通信协议，定时采集本路段的所有可监控的机电设备的状态信息，并推送到中心平台的消息中间件。采集节点负责向接收模块发送心跳信息，报告本采集点的状态。设定为每2min向接收模块发送心跳信息，接收模块3次没有收到心跳信息，会将该采集节点的状态设置为连接中断，直至再次接收到该节点的心跳消息后，将状态设置为正常。一旦采集节点与中心平台的通信连接断开，中心平台需要把该采集节点负责采集的区域设置为不可采集状态，并产生告警信息。采集的规则必须事先在后台定义，采集节点订阅消息队列的规则消息。采集节点在第一次启动时，向中心平台采集接收服务模块请求下载采集规则数据，然后将接收到的采集规则数据保存到指定目录，以便采集模块读取。一旦采集中心的采集规则配置有变化，配置信息模块需要实时将采集规则和采集范围下发到采集模块。在采集数据过程中，当前端采集节点与平台中心通信中断时，应当把采集数据保存到缓存中，待通信恢复后再上传。上传数据要根据时间顺序，优先把离当前时间最近的数据上传，上传成功后，再把该数据从数据库中删除。这样可以保证采集机和中心平台断线的情况下，采集的设备信息不丢失。当缓存的历史数据量过大时，还能保证系统数据反映的是当前的设备状态。系统前端采用SQLite实现数据缓存，他是一款简单的数据库，占用资源非常少，只需要几百K的内存，支持Windows/Linux/Unix等主流的操作系统，同时能够和很多程序语言相结合。

三、融入智能技术丰富智能化功能

在机电系统中存在种类繁多的机电设备，故障类型也很多，被动运维模式没有办法保证设备都得到管理。通过利用移动互联网，能够让故障信息和维修信息通过图片、文字以及视频的方式得到完整记录，和运维流程实现关联，从而可以让不同部门和不同岗位形成统一的理解。即使遇到事故，可以保证有据可查，细化故障分类以及维修流程，让数据库更加丰富有效。智慧运维的使用让故障和响应效率大大提高，在很大程度上提高运维效果，使得运维管理的水平得到提高。通过在线巡检的展开，可以远程进行故障的诊断，检修人员不需要到现场，就可以对故障原因进行分析，定位故障具体位置，实现远程诊断。检修人员不再需要亲自到现场分析故障原因。甚至部分系统故障可以远程进行修复，让运维工作的成本和时间得到大量的节约。例如：使用AI技术分析监控视频，针对信号丢失、颜色异常、画面干扰、清晰度异常等情况展开分析，系统获得视频的巡检数据，展开自动化巡检。如果监控摄像机发生故障，系统分析光纤线路、服务器等设备，查找故障原因。运维业务形成的数据同样可以深入使用，通过对数据的深入分析，可以分析运维工作的不足，让运维管理得到优化，从而更好地进行监控业务的服务，为公众出行展开服务。此外，智慧运维系统介入子系统，包括视频监控、火灾报警、供配电以及监控等系统，能够将子系统数据接入进来，如故障信息数据、设备状态数据以及性能数据等。为了实现应用功能还需要系统具备开放的标准接口，能够接受系统数据，从而做出系统地响应。根据系统参数和设备报警信息，可以自动生成详细的运维事件，用户可以自行定义事件策略，按照设备编排模型。智慧运维管理使用Web、云计算，以及移动APP构建电子系统，对事件进行跟踪维护，电子化处理运维流程，方便于运维的管理和执行。同时服务计费、服务商考核也获得了数据依据。

结语

针对传统高速公路机电运维手段效率低、自动化程度低、维护成本高等问题，阐述笔者在高速公路机电智慧运维方面所进行的探索与实践。通过研究应用自动监测、Lora技术、专家系统、时序数据库等关键技术，研发智慧运维系统，并在实践应用中缩短故障处置时间，发现存在的隐患并及时修复，提高运维效率，从而为高速公路机电设备的运营安全提供有效保障。因此，本系统随着高速公路机电设备的不断增多，维护工作量的不断增长，将具备越来越好的应用前景。

参考文献：

[1]张林妮.基于物联网技术的高速公路机电养护信息管理系统[J].中国交通信息化，2018（8）：113-115.