基于ITS的智能运维管理平台解决方案

李长亮, 朱耀宇

(中远海运科技股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

近年来我国的高速公路建设迅猛发展，截至2020年底，全国的高速公路通车里程已超过15.5万km。随着全国取消省界收费站项目的顺利实施，以及门架收费系统的上线运营，高速公路上布设的机电设备的数量呈现出了指数级增长的态势。为保证司乘人员的安全和收费系统的正常运行，需保证高速公路机电设备安全、稳定运行。在此情况下，建立一个稳定、高效的高速公路智能运维管理平台是各级高速公路管理部门的迫切需求。

最近几年，部分省市陆续上线了机电运维管理系统，这些系统都包含有故障管理、巡检管理、设备管理、仓库管理和统计分析等模块。这些模块的上线运行解决了高速公路机电养护和运行维护存在的纸质化、救火式等问题，在一定程度上提升了机电运维的效率。但是，随着这些系统的使用，陆续出现了一些新的问题急需解决：

1) 报修方式单一、故障定位困难。部分机电运维管理系统仅采用人工报修的方式报修故障，由于报修人员大部分是收费系统的一线收费人员，通常不具备机电专业的知识，而机电设备涉及到通信系统、监控系统、收费系统、照明系统、供配电系统、消防系统和通风系统等多个系统，若不具备专业知识，很难准确定位故障设备。此外，机电设备的发展速度较快，新设备层出不穷，加上涉及不同的业务系统，对运维人员提出了很高的要求，运维人员只有不断学习，及时掌握相应的知识，才能有效且快速地解决遇到的问题。如何使运维人员更快捷地学习和积累机电设备知识也是一个难题。

2) 各功能模块业务相互独立，缺少对设备的全生命周期管理。部分机电运维管理系统内的仓库管理、设备管理和维修管理等模块的信息都是相对独立的，没有对设备进行从备品入库、出库领用和巡检，到报修、维修和报废等的全生命周期管理，难以有效监管设备在整个生命周期内的运行情况。

本文针对上述设备报修方式单一、故障定位困难、维修效率低和缺少设备全生命周期管理等问题，充分利用物联网、大数据和移动互联网等技术手段，提出一种基于智能交通系统(Intelligent Traffic System, ITS)的智能运维管理平台解决方案。该方案以高效解决问题为中心，以流程化为导向，通过对各类指标进行监测和分析，实现报修方式多样化、资产要素数字化、数据地图可视化、运维处理移动化和经验知识库化等，全面优化机电运维管理过程，从而实现对机电设备的智能化运维。

1 设计方案实现目标

1.1 报修方式多样化

鉴于当前机电设备包含的数据多、应用范围广、新旧设备同时存在，为解决设备报修全面覆盖和大幅提升重要设备的监控报修力度等方面的问题，在设计智能运维管理平台时采取以下2个措施：

1) 采用物联网技术对重要设备进行实时监控和自动报修。物联网技术是指在有关物体中安装信息传感设备，使其通过互联网进行通信，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。目前该技术已成功应用于人体医学设备监控和智能家电监控等领域中。

2) 针对老旧设备，依旧采取人工报修的方式进行故障报修。

通过这2个措施的密切配合，基本上能实现报修设备全面覆盖和重要设备报修及时，同时老旧设备能满足报修管控的需要。

1.2 资产要素数字化

1) 制定机电设备数字标准化规范和设备二维码规范。该编码作为设备唯一标识，能打通从仓库管理、维修管理和巡检管理到设备管理的各个模块，实时跟踪每台设备的状态，实现对设备的全生命周期管理，提升设备管理水平。

2) 根据设备的相关属性信息，通过对其进行分析，在一定的规则算法下计算出设备的健康指数，从而对可能出现问题的设备进行提前预警。

1.3 数据地图可视化

1) 建立综合运维可视化大屏，全面了解设备的运维情况、运维人员的定位情况、设备资源的分布情况和设备的健康指数情况等，实现设备运维可视化；

2) 通过搭建领导驾驶舱，便于核心管理人员实时掌握全网机电的运维情况，便于对相关资源进行科学调度。

1.4 运维处理移动化

通过应用移动APP，既能使报修、巡检等多项运维操作的效率得到大幅度提升，又能使监控中心及时了解机电设备的情况，与其形成良好的互动，提升机电运维的整体效率。

2 设计方案概述

2.1 总体架构

为解决现行机电运维管理平台存在的问题，设计一种智能运维管理平台系统。该系统由采集层、服务层、业务层和展示层等4层组成，其架构见图1，具体各层的作用如下：

图1 智能运维管理平台系统架构

1) 采集层的主要作用是采集各在线设备的实时监控数据，主要包括第三方监测平台的数据、JMX协议数据、SNMP协议数据、IPMI协议数据和Agent协议数据等，通过Http协议将这些数据上传给服务层；

2) 服务层的主要作用是对收集的数据进行逻辑处理，主要包括基于Zabbix内核的智能对接收集服务、实时数据服务、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)引擎服务、工作流引擎服务和消息服务等；

3) 业务层主要是具体的各业务模块，包括设备管理、仓库管理、维修管理、巡检管理、基础数据管理、系统管理和报表统计等；

4) 展示层主要是不同类别的可视化平台，如门架数据可视化平台、移动APP客户端和Web浏览器等。

2.2 技术特征

2.2.1 基于Zabbix的自动化报警监控管理

Zabbix是一种基于Web界面的提供分布式系统监视和网络监视功能的企业级开源解决方案，可用于对各种网络服务、服务器和网络机器等进行监视，其主要特点如下：

1) 具有强大的采集能力，支持Zabbix Agent、SNMP、IPMI、JMX和ssh/telnet等多种采集方式；支持自定义时间间隔收集数据等。由此，智能管理平台监控的种类很多，支持硬件监控、系统监控、服务监控、性能监控、日志监控、安全监控、网络监控和第三方平台监控等。

2) 具有强大的可用性，支持通过主动模式和被动模式自主发现被监控端；支持通过自定义阈值触发报警。同时，服务端对设备性能的要求较低，支持分布式监控，能通过Zabbix Web控制台集中管理。

3) 具有灵活的告警机制，允许用户针对不同的异常事件选择不同的告警方式，比如邮件、短信、微信、电话、钉钉和自定义脚本等。丰富的告警机制有利于对问题作出快速、及时的响应。

2.2.2 基于移动APP的报修和巡检

针对报修方式单一的问题，为智能运维管理平台设置移动APP客户端：

1) 一线工作人员可在移动APP上对故障设备进行报修，可同步上传设备的图片、音频和视频等信息，方便运维人员及时进行故障诊断。同时，智能运维管理平台可根据维修策略设置自动派单和自动接单，接单时APP会主动推送消息提醒对应的运维人员；对于单个报修单，管理人员、运维人员和报修人员均可实时看到工单的处理情况。

2) 根据巡检策略定时生成巡检单，并实时派发给运维人员。运维人员按巡检单的指引操作，即可完成对设备的巡检。

3) 运维人员可借助手机的扫码功能扫描设备的二维码，查看设备以往的报修和维修情况，以及同型号设备的维修经验等。

2.2.3 基于大数据分析的建模和数据挖掘

基于各种主体数据，利用大数据技术进行建模和数据挖掘，在智能运维管理平台内展示设备性能分析、故障原因分析、人员工作效率分析、服务质量分析和成本效益分析等内容。基于这些分析所得结果，能方便地对设备的质量进行研判，优化设备的品牌结构和运维人员的结构，提升运维人员的工作效率，促进机电运维工作效率的提升。

2.2.4 基于物联网技术的实时报修

目前部分智能机电设备已支持物联网技术，即设备能通过互联网与外界实时通信。智能运维管理平台能通过采集这些设备的实时通信消息，第一时间掌握其运行状态，当发现设备的运行状态异常时，根据异常触发策略自动生成报修工单，根据派发策略将其自动派发给运维人员进行维修处理。

2.3 功能亮点

2.3.1 资产要素数字健康指数预警管理

资产要素数字健康指数预警管理功能主要是通过预先对各种设备设置检查周期、维护周期、维修周期和折旧率，严格控制设备的维护和检查过程；同时，根据设备的维修频率、维修程度和使用年限等定义相关附属设备对主设备的影响级别，若附属设备发生故障，或更换附属设备之后会更新主设备的状态，做到对主设备的状态形成多维度有机、动态管理。通过对设备的属性信息进行整合和分析，形成各设备对应的健康指数，当设备的健康指数达到报警阈值时，通知相关人员及时作相应的处理，变事后维修为事前防范，以延长机电设备的使用寿命，提升相关系统运行的稳定性。

2.3.2 设备全生命周期管理

用二维码编码作为各设备唯一的编码标识，入库时生成编码并将其打印粘贴到设备上，出库时采用扫码枪或手机扫码出库，保证设备进出的唯一性。同时，将该编码应用于设备预警、故障分析、设备使用寿命分析、供方分析、设备更换、设备维修和设备报废等模块中，方便对设备进行全程跟踪，从而实现对设备的全生命周期管理。

2.3.3 地图可视化集中监控管理

通过定位设备、收费站和门架的经纬度信息，可实现在地图上显示这些设备或装置；通过搜索设备的名称等关键信息，可在地图上快速找到该设备,点击该设备的图标即可获取其基本信息和实时维修进展情况等；同时，可通过收费站和门架展示所管理设备的故障率和故障发生时间，并通过红、黄、绿等颜色显示故障的严重程度(见图2)。

图2 门架可视化监控显示界面

图2是对门架进行的可视化集中监控，除了设备监测的相关数据以外，还可根据左右两侧的运行监控指标动态掌握系统运维的整体情况，这些指标有:

1) 状态分析，包括连通正常率、RSU正常率、交易上传及时率和车牌识别正常率；

2) 综合维修分析，包括维修满意度、维修响应超时情况、返修次数和故障次数；

3) 设备完好率分析和交易失败原因分析等。

3 应用成果

截至2020年底，该智能运维管理平台已投入使用近2 a时间，成功在四川、贵州和宁夏等地的上百个路段得到了推广使用，很好地保障了车辆行驶的安全性，为机电系统运维工作的顺利开展提供了强有力的支撑，得到了收费站一线工作人员、设备运维人员和高速公路管理单位监管人员的一致好评和认可。

4 结 语

智能运维管理平台通过采用物联网、移动互联网和大数据等技术手段，将Web客户端、移动APP和监控大屏等多种应用模式相结合，实现了对故障的快速报修及精准定位和机电系统运维进展的可视化，方便监管人员及时掌握全网机电系统运维的整体情况和设备的总体运行情况等。未来，智能运维管理平台可引入建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，将建筑工程项目的各项信息作为模型的基础建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物的真实信息。引入BIM之后，高速公路机电设备和设施可在BIM中以三维模型的形式展现，继而可直观地查看机电设备的位置，方便对设备进行定位管理。可以预见，随着物联网、大数据和BIM的应用，更高质量、更智能的设备将得到广泛应用，机电系统运维工作将越来越智能化、简单化。