高速服务区节能环保综合管理运维平台建设

王 强

（山西交控高速公路服务区管理有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

高速服务区能够为司乘人员提供休息场所和出行补给服务，是高速公路运行保障的重要环节。由于高速公路的封闭性，服务区成为一个相对独立的生活区域，需要为工作人员和使用者提供生活所需的必备条件。随着当前环保政策要求日益严格，高速服务区增加了污水处理、清洁能源供暖等设备，随之也引出了新型设备在使用过程中的诸多管理问题：

（1）当前的节能环保设备均采用就地控制方式操作，各个系统相对独立，需要数量较多的管理人员，对服务站区的整体综合管理不利。

（2）由于现场管理人员专业知识水平有限，很难保证设备在最优状况下运行，需要由专业人员根据现场设备运行情况进行远程管理。

（3）节能环保设备在使用过程中存储数据有限，在设备出现故障之后很难回追设备的运行状态，并根据运行状态进行诊断。

因此，该文采用互联网+模式对服务站区相对独立的节能环保系统进行综合运维管理，提取设备状态参数、运行参数、工艺参数等数据建立各节能环保系统的监测模型，并对系统的健康状态进行评估以确保系统能够健康运行，进而实现高速公路服务区的低碳、绿色可持续发展。

1 总体系统设计

以山西省某高速服务区为例，目前已经使用了一体化小型污水处理设备、空气源热泵供暖、水电表监测设备，并且考虑到服务区后期对固体垃圾的处理需求，该文整合污水处理、供暖设备、固废处理、能耗管理四个系统建设高速服务区节能环保综合管理运维平台，提取各系统运行参数建立监测模型，并对污水处理和供暖设备进行健康状态分析，开发软件平台。该论文研究路线如图1所示。

图1 研究路线图

图2 服务区管理界面

2 节能环保系统参数提取

2.1 污水处理系统

污水处理系统采用AO 生化+MBR+深度处理工艺[1]，日处理水量200 m3，产生中水用于冲厕和绿化。该部分提取了水泵、风机等设备及液位、流量等传感器数据，从设备状态和过程监测方面对污水处理设备进行监测，具体数据见表1~2。

表1 污水处理设备分类

表2 过程监测传感器数据

2.2 供暖系统

供暖系统采用空气源热泵+电锅炉联合供暖[2]，包括空气源热泵、电锅炉、蓄热水箱、蓄热循环泵、供暖循环泵等设备。监测数据包括设备状态和过程监测数据，具体数据见表3~4。

表3 供暖系统设备分类

表4 过程监测传感器分类

2.3 固废处理

该服务区的固废主要为生活垃圾，目前处理方式多为储运或就地掩埋，管理方式较为落后。服务区并无固废处理系统，考虑到今后发展趋势，该文选取了基于物联网的固废处理系统。

固废处理系统通过垃圾桶智能监测、集中堆放的垃圾池监控、垃圾初处理等设备，实现对高速服务区固废处理的监控。通过对高速服务区垃圾贮存点即垃圾桶、垃圾池的管控，反馈给高速服务区相关管理人员，使垃圾得到及时清运。通过对垃圾分类的智能管理，及时反馈给高速服务区管理人员，明确垃圾实际清运量，进而优化车辆分配，实现转运成本的降低。系统包括以下模块。

2.3.1 垃圾分类模块

针对高速公路服务区垃圾种类及节点进行数据监管，对可回收物、餐厨垃圾、卫生间垃圾及其他垃圾等4 种形态生活垃圾进行归类分析，获取各类垃圾形态占比。

2.3.2 垃圾收集装置状态监测

用信息化管理平台管理服务区垃圾的收运，可以保证日产、日清。该模块通过计量装置对垃圾收集设备的满、空状态进行实时反馈，确保垃圾箱不溢不出，有效保障高速服务区区域环境整洁美观。

2.3.3 收集设备垃圾清运频次情况

对服务区垃圾清运情况进行统计，明确知道每个服务区的垃圾清运周期、垃圾清运次数，并按照车辆类型，做到对垃圾运输的全方位监管。

固废处理系统设备主要为垃圾箱监测装置和初处理设备，通过监测垃圾箱的状态，统计详细的固废垃圾信息，具体信息如表5。

表5 固废系统监测数据

2.4 能耗监测

服务区的能耗主要包括水和电，目前已进行了整体改造，安装了智能水电表，并根据用户和区域进行了分类，以便于后期精细化的能耗管理，监测参数见表6。

表6 能耗管理系统监测参数

3 平台开发

综合管理运维平台采用python 语言开发，数据库为mysql，部署在云服务器，操作系统为centos，部署方式docker。平台包括后台管理和前端展示界面，污水处理、供暖、能耗监测实时接入数据，固废处理需手动录入数据。

3.1 后台管理

高速服务区节能环保综合管理运维平台后台数据包括服务区站点和系统基础数据、平台管理、任务管理和污水处理、供暖管理、能耗监测、固废处理等模块。通过后台可新增站点，并对站点的节能环保子系统进行维护，管理界面如图 2 所示。

3.2 平台界面

前端包括污水处理、供暖管理、固废处理、能耗监控的展示界面，数据总览界面如图3 所示，可以整体显示各个系统的运行情况。

图3 数据总览界面

提取污水处理系统运行参数后，利用机器学习双层SVM 模型对污水处理设备状态进行评估，分为健康、亚健康、故障、异常四种状态[3]，并在平台界面显示。污水处理界面按照南北区分别显示设备的产水量、维修记录表和故障记录表，并生成产水量曲线和平均膜压力曲线，如图4 所示。

提取供暖系统监测参数后，利用XGBoost+SVM 机器学习算法对设备健康状态进行评估[4]，并进行显示。供暖管理界面生成设备动态运行效果图，能实时显示空气源热泵压缩机工作情况、进出水温度、环境温度，蓄热循环泵、供热循环泵运行情况、系统整体耗电量及耗电费用，如图5 所示。

图5 供暖系统界面

固废处理界面主要展示数据为南北区垃圾桶状态、日处理垃圾数量，并生成垃圾分类统计图、垃圾处理曲线及清运统计记录。利用长期统计的数据可便于后续对服务区的固废进行科学管理，并对服务区的固废进行分析预测，如图6 所示。

图6 固废处理前端界面

能耗监测界面展示数据为南北区分区域的用电数据，按照办公、公共区域、商户、污水处理、供暖不同用户统计各时段用电量，并生成相应耗能曲线和用电占比饼状图，如图7 所示。

图7 能耗监测前端界面

4 结论

高速服务区节能环保设备多且分散，结合管理需求提取各系统运行参数，建立集中运维的节能环保综合管理运维平台，实现了不同系统的统一监测，并对污水处理和供暖系统进行健康状态评估，实现了预防性运维，能够提升服务区的综合管理能力。