物联网技术在高速公路机电系统建设中的应用

洪春媛

摘要 当前，在高速公路机电工程管理过程中，对高速公路机电设备及系统稳定性和可靠性提出了更高的要求，随着物联网技术的飞速发展和广泛应用，越来越多的行业开始意识到在提高机电设备运行质量方面的巨大潜力。文章以高速公路机电设备为研究对象，分析物联网技术在高速公路机电系统建设中的应用。通过物联网技术，实现对机电设备的远程实时监测和诊断，从而提高设备运行的稳定性和高效性，以期能为高速公路机电管理提供有益的参考。

关键词 物联网技术；机电设备及管理；实时监测与诊断系统；机电管理

中图分类号 U495文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）03-0192-03

0 引言

高速公路作为交通运输的重要组成部分，其机电设备的稳定运行对保障道路正常运营起着至关重要的作用。然而，由于设备的大规模分布和复杂性，传统的人工监测和维护方式已经无法满足高速公路机电设备的要求。因此，引入新的技术手段，如物联网技术，成为提高设备运行质量的关键。

1 物联网的相关概述

1.1 物聯网的组成

随着现代信息科学技术的迅速发展和网络技术的持续提升，物联网技术日益广泛应用于社会各个领域。这种技术赋予每个物品独特的编码，实现了人与物、物与物之间的信息交换和共享，为人们智能化生活提供了强大的推动力。按照其技术特点，物联网技术可以分为感知层、信息网络层和应用层三个层次（架构如图1所示）。

感知层作为物联网技术的基础，主要包括无线通信技术、传感器技术和二维码等手段，主要作用是负责完成相关信息的感知。感知层不仅起到了初始数据采集的作用，还为后续的数据处理和交互提供了基础。信息网络层作为物联网技术的应用平台和技术支撑，通过以太网、无线通信网络和移动网络等传输相关信息数据。信息网络层承担着数据传输的关键角色，能够确保信息的实时性和准确性，从而为应用层提供稳定可靠的数据来源。应用层则通过应用系统等信息交互平台，实现对设备的智能化监测和管控，以实现人与物、物与物之间的智能化沟通。应用层将感知层和信息网络层所收集的数据进行进一步处理和应用，为人们的生活和工作提供了智能化的解决方案。

物联网技术通过三个层次，即感知层、信息网络层和应用层的协同工作，实现了人与物、物与物之间的智能化连接和沟通，为社会各个领域提供了更为便捷、高效和智能化的服务[1]。

1.2 物联网的关键技术

关键的物联网技术包括RFID、传感器技术、网络节点技术和承载网技术。RFID技术是一种自动识别技术（EPC物联网体系架构如图2所示），通过无线通信方式实现设备与标签之间的信息交互。RFID读写器将电能转化为射频信号发送给标签，CPE标签接收到射频信号后将其转化为电能来驱动标签发送信息。物体EPC接收到标签发送的载波信号后，将其上传至系统服务器中，由服务器对接收到的载波信息进行分析和处理。传感器技术作为物联网这一虚拟技术与现实生活相互连接的重要纽带，可以将人们在现实生活和工作中产生的信息转化成一种电信号，并对电信号进行记录、传输、处理、显示以及控制等各个环节的操作。也可以说，传感器技术是从物联网技术演变而来的，对于物联网技术的产生发挥着不容忽视的重要作用。

1.3 物联网技术的优势及特点

在高速公路机电系统的实时监测与诊断系统中，物联网技术的应用可以大幅提升设备的安全性、可靠性和运营效率。具体来说，物联网技术可以实现以下功能和优势：

（1）设备状态的实时监测。通过物联网技术，可以实时监测设备的运行状态、能耗情况、故障检测等指标，帮助管理人员及时了解设备运行状况。

（2）故障预警和维护。物联网技术可以通过数据分析和算法预测设备的潜在故障，并提供相应的维护建议和计划，及时解决设备问题，减少故障发生的风险。

（3）决策支持。物联网技术收集和分析设备运行数据，为管理决策提供依据，帮助管理人员优化设备运行策略，提升运营效率。

（4）远程监控和管理。通过物联网技术，可以实现对设备的远程监控和管理，无需人工实时巡检，大幅节省人力成本，并能够及时对设备进行响应和调控。

（5）服务质量和用户体验。物联网技术可以通过实时监测设备的工作状态和故障预警，提高服务质量和用户体验，减少用户受阻和延误的情况发生[2]。

2 物联网技术在高速公路机电系统建设中的应用

2.1 无线信息数据传输回路设计

针对基于物联网的机电设备实时监测与诊断系统的无线信息数据传输回路的设计，可以考虑使用ZigBee模块SZ05进行传输。该模块是一种嵌入式无线信息传输通信模块，具有以下主要应用优势：

（1）符合ZigBee协议标准，SZ05模块集成了射频收发器和微处理器，可以实现与其他ZigBee设备的互联和通信。

（2）较远的通信距离，SZ05模块具有较远的通信距离，可以支持大范围的设备监测和数据传输。

（3）灵活的组网结构，SZ05模块支持灵活的组网结构，可以实现多个设备之间的连接和数据传输，方便系统的建设和扩展。

（4）可靠性能，SZ05模块具有稳定可靠的性能，能够稳定地传输数据并保证数据的完整性和准确性。

2.2 数据可靠性检测

（1）传感器选择。根据需要检测的机电系统的特性，选择适当的传感器，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器等，借助这些传感器以获取准确的机电系统数据，确定合适的采样频率，以确保能够捕捉到机电系统的实时变化。将采集到的数据记录在计算机或其他数据记录设备中，以便后续分析和处理。

（2）数据整理。去除异常值、缺失值和重复数据，以确保数据的准确性和可靠性。将采集到的数据转换为统一的数据格式，以便后续数据处理和分析。根据机电系统的特性和检测要求，将数据分类为不同的类别或属性，如正常、异常、故障等。

（3）数据处理与分析。使用图表、图形等可视化工具将数据呈现出来，以便更直观地观察和分析机电系统的状态和变化趋势。通过数据挖掘技术，如聚类分析、关联规则挖掘等，從大量数据中提取有价值的信息和知识，以支持决策和预测。根据采集到的数据和机电系统的特性，构建预测模型或分类模型，以实现对机电系统的智能监测和预警[3]。

2.3 车辆跟踪管理及智能停车诱导

GPS技术和GIS技术在物联网中的应用，对于健全服务区高效运作体系和完善车辆跟踪管理模块发挥着重要作用。可以提高交通跟踪技术，全方位监测车辆运行状态，并准确定位车辆的具体位置。它们在物联网中的应用包括以下几个方面：

（1）GPS定位系统：实时监控和定位车辆的位置；可以进行交通情况的实时监控，帮助管理者更好地了解路况，做出合理的调度和决策；可以应用于车辆导航系统，帮助车辆选择最优路径。

（2）GIS技术：结合地理信息系统，可以建立高速公路服务区的地理信息数据库，实现对车辆和设施的空间分布和关联关系的分析；可以通过地理信息系统，对用户的位置信息进行标注和跟踪，为用户提供定位和导航服务；可以将地理信息与其他数据进行关联，例如交通状况、天气状况等，为管理者提供全面的数据支持，便于决策和规划。

（3）无线传感器网络：收集车辆在行驶过程中产生的各类信息数据，并进行分析和计算；将分析和计算后的结果通过指定的系统传输到客户端，实现对车辆信息的实时控制[4]。

2.4 AI边缘设备网关

AI智慧边缘网关是针对高速公路上设备种类多、厂商多、标准不一等问题提出的解决方案。其核心设计是边缘计算模块，通过采用统一的硬件设计标准和中间件，实现各种设备的统一接入和数据的标准化采集。边缘计算模块具备多种设备的融合分析计算能力和部分非标准化的边缘计算能力，能够在边缘端实时分析设备的状态。该AI智慧边缘网关适用于高速公路的各个路段和设施点，例如龙门架、隧道、边坡、桥梁和服务站点。能够满足智能配电、智能传输、智能化数据采集和智能分析等需求。具体来说，该网关可以实现以下功能：

（1）统一接入和标准化采集：通过网关，各种不同类型的设备可以通过统一的接口和标准进行接入，并实现统一的数据采集和处理。

（2）边缘计算能力：边缘计算模块具备融合分析计算能力，能够对多种设备（如摄像机、雷达、气象站和车检器等）进行分析计算。除此之外，还能提供部分非标准化的边缘计算能力。

（3）实时分析：网关将设备的数据在边缘端进行实时分析，可以快速识别设备状态异常或故障，并及时采取应对措施。

通过这种AI智慧边缘网关，可以解决高速公路上设备多样性和不一致性带来的问题，实现设备的统一接入和数据的统一处理。边缘计算能力的应用可以提供更多智能化的功能和应用场景，提高高速公路管理的效率和精度。

2.5 系统架构设计

（1）数据库是使用SQL Server将数据存储在服务器上，主要用于储存各类信息，包括机电设备的采购、维修以及保修等信息。这些信息可以确保对机电设备全生命周期的数据进行妥善地存储和管理。

（2）终端设备用来为机电设备配备传感器，以便采集设备的相关数据信息，并将其传输到管理平台。这些终端设备可以是具有浏览器功能的PC机，其管理人员可以通过登录系统获取设备的保修信息以及运行状态信息。

（3）WEB管理系统是采用BS架构进行编制的程序，它支持通过安装了浏览器的PC设备进行登录操作。工作人员可以通过管理App扫描设备的条形码来获取相关的设备数据信息，并据此开展维护工作。

（4）通过应用GIS技术，可以迅速进行定位，当设备出现故障时，工作人员能将图像或其他信息传输到App上，从而优化机电设备的管理。这样的系统架构能够实现对机电设备的数据采集、存储和管理，并且可以提供实时的设备状态和运行信息，方便管理工作者进行维护和修复。通过利用物联网技术，可以提高机电设备管理的效率和质量，降低运营和维护成本，提升整体管理水平。

3 物联网技术的应用效果分析

在使用物联网管理平台对公路机电设备进行管理时，可以实现以下方面的成本节约和服务质量提升：

3.1 资产管理成本降低

通过物联网技术，设备资产数据可以实时上传至管理平台，实现设备数据的实时更新和详细了解。这不仅有助于企业全面掌握设备的使用情况和状态，还可以及时发现潜在问题，减少资产损失。基于物联网平台的数据分析，企业可以更加精准地制定维护计划，有效提升设备维护的成本效益。在传统模式下，设备维护通常依赖人工巡检和维修，不仅效率低下，还可能因为人为因素导致维护不及时或维修不彻底。而物联网平台可以实时监测设备的运行状态，提前预警潜在问题，实现精准维修，大大减少维修车辆的行驶里程和节省燃油成本。此外，物联网平台还可以实现设备的远程监控和管理，降低设备管理成本，提高管理效率。总体来看，通过物联网技术的应用，企业可以实现设备资产的全面掌控和有效维护，降低设备管理成本和维修成本，提高设备使用效率和资产价值，真正做到“降本增效”。

3.2 提升维修效率

物联网管理平台在机电设备的维修管理中发挥着重要的作用。通过实时收集和分析设备的数据，平台可以提供全面、准确、及时的信息，帮助企业深入了解设备的性能状态。这种智能化的管理方式不仅提高了维修的精准度，更降低了维修成本。通过对设备数据的实时监测和分析，可以快速定位故障的位置和原因，提前预警潜在的故障，避免设备在运行中出现问题，提高设备的稳定性和可靠性。物联网管理平台还可以提供全面的设备使用和维护记录，方便企业进行设备管理和维护。这种智能化的维修方式不仅提高了维修效率，降低了维修成本，也延长了设备的使用寿命，为企业带来了更多的收益。

3.3 提升管理服务质量

可以通过实时监测和分析机电设备的运行状态，及时发现和修复问题，确保设备的正常运转，提高设备的完整性和可靠性，从而保障收费站的正常运行。物联网平台的应用还可以提供更优质的服务，为驾驶员和用户带来更好的体验。它可以通过智能化手段，提高服务效率和质量，为用户提供更加便捷、高效、安全的通行体验。例如，通过物联网平台，驾驶员可以实时了解收费站的交通情况、车流量等信息，选择合适的通行路线，减少堵车和等待时间。物联网平台还可以为企业提供更准确、及时的数据分析和管理，帮助企业优化管理流程和决策制定。通过对设备数据和性能的分析，可以预测设备的使用寿命和维修需求，提前预警潜在问题，避免设备在运行中出现问题，提高设备的稳定性和可靠性。

4 结语

综上所述，该文分析了物联网技术在高速公路机电设备实时监测与诊断系统中的应用前景。通过物联网技术，可以实现远程实时监测和诊断，提高设备的稳定性和高效性，这对于高速公路机电管理具有重要的意义。尽管如此，仍需进一步研究和探索如何将物联网技术与高速公路机电管理相结合，才能实现更好的效果和效益。

参考文献

[1]任光远. 基于物联网的高速公路机电系统运维管理体系研究[J]. 工程建设与设计， 2021（20）： 108-110.

[2]张昊. 高速公路联网机电系统运维管理体系研究与探讨[J]. 数据通信， 2021（2）： 52-54.

[3]谢黎. 基于信息化的高速公路机电系统运维管理体系探析[J]. 中国交通信息化， 2020（5）： 26-28.

[4]李帅. 高速公路联网机电系统运维管理体系探讨[J]. 设备管理与维修， 2018（20）： 29-30.