基于物联网的高速公路机电系统运维管理体系研究

任光远

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100081）

1 引言

高速公路机电系统是高速公路服务设施和管理设施的重要组成部分，可以保障行车安全，为驾乘人员提供良好的出行服务，为道路管理者提供综合管控手段。提升高速公路机电系统应用的整体质量，需要充分重视信息化运维管理体系的合理应用，不断提高机电系统运维管理体系的应用水平，全面分析运维管理工作中遇到的相关问题，应用新理论、新技术、新设备解决相关问题，助推我国信息化高速公路的高质量发展。

2 信息化高速公路机电系统运维管理体系概述

基于物联网技术的运维管理体系，就是采用物联网、云平台技术开展机电系统运维保障工作，是对以往人工定期巡检管理模式的技术转变，通过对高速公路沿线机电设施设置传感器，基于物联网的网络架构，对所有机电设备的运行状态、故障问题进行实时监控，并向路段管理中心发送详细的故障信息、触发故障与报修流程，促使专业的机电养护部门在第一时间获取故障信息，通过分析相关数据，迅速提出解决办法，以便及时开展维修工作[1]。采取此种运维管理模式，可以实现机电系统故障维修效率与整体机电设备维修质量的提高，对维护步骤进行简化，在某些程度上，减轻员工的工作强度与负担。除此以外，采取此种运维管理模式可以达成整体运维管理机制固定化的效果，确保顺利、准确地开展各个机电养护工作，并通过数据库系统的应用，评估与分析相关结果，有针对性地制定并完善运维管理体系，保障整体运维管理质量。

3 高速公路机电系统应用基于物联网的运维管理体系的必要性

高速公路机电系统主要包含监控系统、收费系统、通信系统、供配电系统、照明系统及隧道机电系统等，机电系统各子系统内的主要设备关系着整体机电系统的良好运行状态、高速公路车辆的有序通行及道路管理者对道路运行状态的实时监测。因此，整体机电系统与机电设备的高效运行对高速公路的质量、稳定性与安全性具有至关重要的作用。

高速公路机电设备具有系统性强、运行连续性强的特点，很多设备常年处于野外自然环境下，或位于服务区、收费站内，运行状态具有极高的不可控性和不确定性，造成机电系统整体缺乏较高的稳定性，极有可能受到冰冻、大雨、大风等恶劣天气条件的影响，进而导致关键机电设备运行不稳定甚至失效，使某个机电系统瘫痪，影响高速公路的正常运营和管理。因此，开展基于物联网的运维管理体系研究，掌握实时的机电设备运行状态，对于维持高速公路运营稳定性具有关键的作用。

4 物联网技术在高速公路机电运维管理体系中的应用情况

目前，在物联网技术不断发展与应用的背景下，建设信息化与数字化的高速公路机电运维管理体系可大幅度提升高速公路机电运维管理水平。在高速公路机电设备运维管理体系建设过程中，对物联网技术进行有效应用可以实现机电设备在线监测，有利于对高速公路机电设备的具体运行情况进行全面掌握。同时，通过物联网技术能对原有的机电运维体系进行改善，达到主动预测、主动管理、精准决策的管理目标。构建高速公路机电设备运营监测网络能够对高速公路机电设备在运行维护过程中的相关资料进行数据化管理，促进资源管理朝着集约化方向发展，为高速公路运营管理提供更加可靠的数据支持。现阶段，在高速公路机电运维管理体系建设过程中，为了充分发挥物联网技术的应用优势，需要对物联网自动检测技术以及智能采集模块进行有效整合，促进相关软、硬件设备的优化和改进，完成高速公路机电运维体系在实施过程中的自动检测，从而对机电运维工作中存在的具体问题进行全面掌握。另外，利用大数据分析技术制订更加科学合理的高速公路机电维护和检修计划，有利于发现潜在问题并开展预防性养护。特别是充分利用移动客户端或App 软件，在发现故障时，可以快速响应并在线处理，能够对整个运维过程进行在线评价与实时监督，从而实现精准化运维[2]。

在高速公路机电设备运维体系优化改进过程中，通过在机电设备内部设置传感器及控制器，获取机电设备的具体运行状态，完成控制指令的传送，对设备的实际状态进行远程监控。在基于物联网技术构建高速公路机电设备运维管理体系时，主要从感知层、网络层、应用层3 方面出发，保证运维体系架构的完善性：（1）感知层的主要功能是对机电设备的整体性能进行数据采集，并开展有效的故障诊断工作，对机电设备的运行状态进行实时监测；（2）网络层的主要作用是完成数据预处理工作，并将所获取的数据及时传输到相应的控制平台，对机电设备在运行过程中的特征数据进行提取；（3）应用层的主要功能是检测特征信号、提取征兆信息，并将相应的操作指令发送到机电设备终端。

5 基于物联网的高速公路机电系统运维管理体系建设

5.1 运维管理系统设计

基于物联网开展高速公路机电系统运营管理系统设计的过程中，要充分发挥运营管理机制以及管理标准的作用，确保高速公路机电系统运维管理体系的完善性。在物联网架构设计中需要从以下角度出发：

1）要开展运维组织设计。高速公路的网络需求管理跨越的地理区域比较广，在开展机电管理运维体系设计时，需要进行路段归口管理。当运维管理的路线较长、跨度较大时，应保障不同区域管理模式的有效联合，形成系统化、集中化的物联网体系。高速公路一般会设置区域分中心或路段分中心，在某些重要隧道的路段设置隧道管理站，在分中心及隧道管理站均应升级机电运维管理系统。目前，基于3 层互联网架构的高速公路机电运维系统较为普遍，有效利用了物联网和大数据技术，促使不同区域的机电系统相互贯通，确保信息传输的稳定性。

2）要构建完备、健全的运维人员管理体系。根据高速公路运维人员综合管理系统，可以对不同区域的运维管理人员进行集中化管理，将运维人员的相关资料上传到统一的人员管理平台，方便对人员的培训学习、工作交流等进行统一安排。在运维管理体系构建过程中，需要加强运维人员的安排，特别是要对不同管辖路段的运维管理人员进行合理规划，明确不同工作人员的具体职责，有利于管理运维体系的运行效率。同时，要加强运营维护管理人员的职业培训，提高运维人员的工作效率和质量，确保高速公路机电系统正常运行，充分发挥运维管理系统的作用。

5.2 机电系统监控层

将物联网技术应用于高速公路机电系统运维体系时，需要构建机电系统监控层，这是对整个运维系统的运行效果进行监督与管理的重要环节。监控层本身是高速公路运维网络建设过程中的重点，是确保机电设备正常运行的重要手段，也是维护机电系统职能的有力保障。在高速公路机电运维系统监控层设计中，需要构建核心单元对相关设备进行集约化管理，形成统一、完善的机电设备管理监控系统。在构建监控层的同时，对数据传输技术与信息化技术进行应用，确保获取的相关参数能够及时传输到设备执行单元与管理层，务必根据机电设备的具体情况开展有针对性的管理与维护工作，以提高机电设备运维水平。

5.3 设备登记入库

操作工号、附件信息、登记时间、使用寿命、出厂日期、设备厂家、设备型号、设备名称、设备编号、设备类型、机构编号、机构类型、资产编号均属于机电设备的入库资料。通过信息系统的运用，可以为每一个设备自动生成条形码，从而工作人员可以利用条形码查询机电设备的各类信息。

5.4 机电报修管理

当高速公路机电系统中的某个子系统或某个设备发生故障时，采用基于物联网的机电报修管理系统，能够及时推送报修工作信息和具体工作量，运维管理部门可以针对新增的报修记录及时予以相应的处理、任务分配。通过机电报修管理系统的运用，能够获取更全面、更具体的报修记录，并能实时查询维护进度，保障安排及分配工作的合理化、科学化、有序化。运维管理工作人员需要在信息系统中录入更换的设备（或线缆）、解决方案、机电设备故障问题等关键信息，作为维修记录统计与查询的依据，为后续相关设备的故障解决方案提供宝贵的经验与技术支撑。

5.5 智能化应用

采用大数据、物联网、高精度定位等信息技术，能够将机电设备的运维管理质量大幅度提高，有效减少运维管理成本，整体提升运维智慧化管理水平，提供数据、信息支持，做到机电设备运行状态的精准分析和精准决策。

例如，运用视频自动故障识别技术，在视频中找寻可能存在的异常画面、异常信号以及异常抖动颜色等异常状况，通过采集监测摄像机的亮度、灵敏度、亮度分辨率和信噪比等数据，判别摄像机是否存在设备异常等情况。近年来，光纤在线监测系统在各个项目中的应用逐渐普及，通过对通信光路由进行状态监测，与参考曲线进行比较，得出光缆衰减曲线，结合GIS 地理信息系统能精确定位光纤故障点，产生报警信息。该系统能够实时动态检测光网络运行状态，正确提供光网络的故障发生点，分析故障影响区域，提供处理故障的紧急预案。诸如上述光纤在线监测系统，运行其他智能化的自动巡检系统，能够对机电设备是否正常运行做出分析，自动生成相应的巡检报告，留档于数据库中，为后期工作人员检查相关机电设备时提供较为全面的检测记录以进行参考，真正实现了机电设备的智能化运维检测[3]。

5.6 流程化运维

通过设定并编制相应的标准化管理程序，可以确保机电设备的巡检流程更规范化、科学化和流程化，提高机电设备的维护效率与维护质量。在运维管理体系中应用智能化技术可以提供有效、真实、详细的机电设备维护信息与人员养护记录，为后续其他工作人员考核、总结提供一定的便利性，有利于激发运维管理工作人员的积极性和责任心，对以往较为烦琐、粗糙的运维管理模式进行革新，争取创造更大的运维管理效益与价值。

6 结语

综上所述，必须重视基于信息化、智能化、数字化的高速公路机电系统运维管理体系的研究与应用，推广应用物联网技术，实现高速公路机电设备的泛在、精准监测，满足在线统一资产信息管理的需求，保障机电系统的正常运行，为下一步建立智能化运维管理云平台提供基础数据，更好地实现公路机电设备与资产的协同发展，助推高速公路机电业务向标准、高效运维管理方向蓬勃发展。