智能机箱在航道外场感知设施智能运维中的应用与分析

摘要：针对航道外场感知设施运行环境恶劣、维护难度大等问题，提出利用智能机箱实现航道外场感知设施的供电、通信、运行状态等自动监测、告警分析的解决方法。在京杭运河常州、无锡、苏州段的应用表明，智能机箱为航道外场感知设施的智能运维提供了有力的支撑。

关键词：智能机箱；航道外场感知设施；智能运维

中图分类号：U615  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2023）11-0068-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.018

0    引言

水路运输是综合交通运输体系的重要组成，具有成本低、污染小、安全经济等比较优势[1]。随着水运的日益繁忙，构建全面立体、时效性强、准确可靠的航道外场感知体系已经成为对内支撑精细化航道运行监测与管理、对外增强航道公共服务能力的迫切需要[2]。航道外场感知设施数量大且种类较多，包括摄像机、AIS基站、水位计、北斗地基增强基站、交通流量观测设施、气象仪、能见度仪、流速流向仪、无人机等。航道外场感知设施在日常运行过程中容易受到水、雨、雪、雾、灰尘等恶劣环境的影响，时常发生故障，但由于航道呈带状，范围广且地理位置较偏，其运行维护难度较大。因此，本文提出利用智能机箱实现航道外场感知设施的供电、通信、运行状态等自动监测、告警分析，提高航道外场感知设施运维的便捷性和智能化水平，从而保障其稳定、可靠运行。

1    通信传输和供电方式

通信传输和供电是航道外场感知设施正常运行的重要支撑条件，也是航道外场感知设施中故障发生频率较高的地方，因此在日常运维过程中需要重点关注。

1.1    通信传输方式

目前，航道外场感知设施的通信方式包括自建光纤、租用运营商网络、4G/5G传输等，综合考虑通信传输成本、传输稳定性、维护方便等因素，一般航道外场感知设施的通信传输采用租用运营商网络的方式[3]。

根据航道外场感知设施布设位置的不同情况，其传输方式如图1所示。

（1）布设在船闸或水上服务区附近的感知设施通过有线的方式接入船闸或水上服务区已有的网络，然后由交通专网传输至存储机房。

（2）布设在航道两边的感知设施利用有线方式接入附近的运营商网络，通过租用运营商网络直接传输至存储机房。

1.2    供电方式

为确保航道外场感知设施能连续不间断地运行，其供电方式一般以低压线缆供电为主，利用线缆从布设点位附近的运营商通信铁塔、工厂、居民区等获取经过稳压后的市电电源；布设点位在上述供电条件无法满足的情况下，可以采用太阳能供电的方式。

太阳能供电系统应确保在阴雨天气下感知设施能连续正常运行7天，并可承受恶劣环境条件下大风和冰雹等的冲击，其中太阳能电池板、电池板支架等应尽可能安装在航道外场感知设施的杆件上。

2    智能机箱的应用与分析

2.1    智能机箱的组成

智能機箱由箱体和智能机箱控制系统软件两部分组成，能实时监测航道外场感知设施的通信、电源、柜门、温湿度等状态，可实现机箱柜门远程开启、异常报警、外场感知设施点位实时定位等功能。

智能机箱内部分为采集控制模块区、电源控制模块区、电源接入控制区和拓展模块区，配有智能控制器、防雷配电维修插座、摄像头、补光灯、网状托架等设备，如图2所示。同时箱体采用防晒、隔热顶盖，利用导流槽、胶垫等密封措施，其防护等级不低于IP65，整体安装方式为背板法兰挂杆安装。

智能机箱控制系统软件通过箱体监控单元获得数据，进行数据解析、查询统计、分析，及时报告外场设备状态，判定外场设备环境故障类型，并可通过控制指令实现外场设备电源关闭、打开和重启。

为实现智能机箱的数据传输，需为机箱所在位置提供一路辅助通信网络和一个能与附近航道外场感知设施通信的IP地址；同时智能机箱还自带4G网络环境，可形成双模冗余通信，确保智能机箱采集数据能够及时上传、远程控制指令能够动态响应。

2.2    智能机箱的应用

航道外场感知设施是京杭运河江苏段绿色现代航运综合整治工程（江南段）智慧运河工程的重要组成部分，建设内容包括视频监控、AIS、能见度仪、气象仪、流速流向仪、交通量观测设备、北斗地基增强系统、水位监测系统、无人机等感知设施以及配套的通信系统、供电系统等，其中供电采用低压电缆就近供电的方式，通信传输采用租用运营商网络的方式。京杭运河常州段长49 km，设置了26套智能机箱；无锡段长39.3 km，设置了25套智能机箱；苏州段长81.8 km，设置了43套智能机箱，现场安装如图3所示。

利用智能机箱实现了以下功能：

（1）动态数据监测：接收智能控制器上报的相关数据，包括外场感知设施的网络状态、电源状态、继电器状态、机箱柜门状态、温度、湿度等。

（2）统计分析：实现智能控制器在线状态统计、故障统计、断电点滚动列表、断网点滚动列表、恢复点滚动列表、日期时钟等。

（3）点位管理：按线路、行政区划、点位名称、IP地址段、工作状态等条件对站点进行查询，可查看点位实时状态信息、历史信息和操作记录。

（4）远程控制：实现对外场感知设施的电源打开、关闭、重启操作，具有操作日志记录功能。

（5）告警监控：能获取智能控制器的断电、断网、开门等告警信息，并以告警列表等形式展示。

（6）机箱柜门控制：实现对机箱柜门的远程开启，现场免钥或扫码开启。

（7）点位状态：分路显示机箱内各用电回路的电流、电压、功率、功率因数以及机箱所监控外场设备的总电量。

（8）开关控制：各用电回路可独立进行闭合、断开等操作。

（9）日志记录：以文本文件形式对智能控制器上报的原始信息进行记录和保存，便于后期进行校核查验。

2.3    基于智能机箱的运维功能分析

航道外场感知设施运维中存在设备数量大、种类多、分布广、维护人员少、交通不便、维护效率低等难题，为了实现航道外场感知设施的主动式运维、及时发现故障并维修，提升运维的可视化和智能化水平，可以基于智能机箱获得设施供电、通信、运行状态等数据，实现设备身份信息、状态监测、工单下发等运维功能的拓展，保障外场感知设施的正常运行。

基于智能机箱的航道外场感知设施智能运维是利用电子航道图，对外场设备进行可视化的实时在线监测管理，无须运维工作人员现场巡视，即可及时掌握外场设备的运行情况，其主要功能内容包括设备信息管理、设备身份码管理、设备状态实时监测、监测阈值配置、设备在线监测数据管理、监测数据统计分析、报表报告管理、异常报警等，如图4所示。

（1）设备信息管理：对航道外场感知设施的设备型号、基本参数、功能、附属件构成等基础信息，以及供应商、服务提供商、安装部署的地理位置和空间位置等信息，所属单位、负责人、负责人联系方式等所有权信息，设备制造厂商及其联系方式、售后服务提供商及其联系方式等信息进行维护和信息化管理，提供增加、编辑、删除等功能，提供设备相关附件（维护操作规程、工艺说明书、安全条例等）的上传、查看、下载功能，采用树形结构体现主要设备及其附件的从属关系。

（2）设备身份码管理：根据航道外场感知设施的设备基础信息，支持生成设备的专属二维码身份证，支持用户通过扫描二维码完成设备基础信息的获取。

（3）设备状态实时监测：基于智能机箱已有的设备状态监测数据，实现对设备状态的实时监控。

（4）监测阈值配置：基于智能机箱已有的设备状态监测数据，支持设置设备运行参数监测阈值的动态配置，如连续运行时长、运行温度等。

（5）設备在线监测数据管理：支持对接航道外场感知设备的实时监测数据，并能对实时监测数据进行查看、导出。

（6）监测数据统计分析：支持对接外场感知设备的实时监测数据进行统计分析。

（7）报表报告管理：支持按照用户需求，实现个性化的设备台账导出。

（8）异常报警：基于智能机箱已有的设备状态监测数据，以设置的监测阈值为比对基准值，当实测值接近或超过监测阈值时，发出异常告警并提示维护人员。

3    结语

在构建综合交通运输体系、数字交通、智慧航道等发展背景下，航道外场感知设施的建设也会越来越多。航道外场感知设施的智能高效运维是确保发挥其效益的重要方式，智能机箱能实现航道外场感知设施的供电、通信、运行状态等自动监测和告警分析，为设施运维提供重要支撑。同时，为了充分利用智能机箱采集的数据资源，可基于电子航道图实现设备身份信息、状态监测、工单下发等运维功能的拓展，进一步提升外场感知设施的可视化、智能化运维水平。

[参考文献]

[1] 宋成果，郭涛，李学祥.我国内河航道信息化发展现状[J].水运工程，2014（12）：20-25.

[2] 宋成果.长江干线典型航道要素感知点布设及采集设备技术要求研究[J].中国水运·航道科技，2018（5）：34-38.

[3] 何乐.长江航道要素感知设备布设[J].水运工程，2016（1）：48-51.

收稿日期：2023-01-06

作者简介：石磊（1989—），男，湖南人，工程师，从事智慧水运设计与研究工作。