智能公路的機電系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)融合技術(shù)

文/廣東省公路建設有限公司 趙梓城

北京中交國通智能交通系統(tǒng)技術(shù)有限公司 劉雨辰

隨著智能交通的發(fā)展，對于高速公路信息化機電系統(tǒng)的在線監(jiān)測和智能運維管理變得尤為重要。傳統(tǒng)的機電系統(tǒng)運維管理普遍存在高速公路線路長、點位多、故障頻發(fā)、監(jiān)控人員不能及時跟進發(fā)現(xiàn)異常、效率很低等情況。因此，為了提高運維效率，應用BIM模型，不僅要創(chuàng)建多信息應用的數(shù)字模型，在運行狀態(tài)監(jiān)測和控制方面，還需將BIM技術(shù)與監(jiān)測的信息相互聯(lián)系，建立擴展模型，發(fā)揮監(jiān)測數(shù)據(jù)的最大價值。

BIM技術(shù)概述及應用標準

BIM名為建筑信息模型，是以交通項目工程中的信息數(shù)據(jù)為背景支撐，通過使用仿真模擬技術(shù)，將數(shù)據(jù)信息模擬成為三維建筑模型，從而實現(xiàn)物業(yè)管理、監(jiān)理、設備養(yǎng)管數(shù)字化加工、工程化管理等功能。

為規(guī)范BIM技術(shù)在高速公路工程全壽命周期的應用，保障BIM技術(shù)切實有效地應用于高速公路建設與管養(yǎng)工作中，應制定高速公路全壽命周期BIM應用標準。包括全局標準、資源標準、BIM數(shù)據(jù)存儲標準、BIM分類及編碼標準、BIM應用實施標準等，提供一個具有可操作性、兼容性強的基準和規(guī)范，統(tǒng)一各參與方的BIM實施細則和數(shù)據(jù)存儲準則。

基于BIM的機電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息融合管理平臺設計

數(shù)據(jù)信息融合管理包括對信息收集、分析、儲存等工作，在全壽命周期中是不可缺少的一部分。建設基于BIM的機電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息融合管理平臺是通過BIM技術(shù)提供保障，全壽命周期過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行融合集成和管理，是包含交通信息感知層、信息整合層、協(xié)同管理服務層的一體化信息融合管理平臺,實現(xiàn)對高速公路機電設備的實時在線監(jiān)測及數(shù)字信息化的運營管理，為全面實現(xiàn)智能化交通提供有力的支持。

框架設計

交通信息感知層

通過高效通信技術(shù)，利用傳感器等終端，采集、分類和存儲機電系統(tǒng)的信息。為后期高速公路機電設備運行數(shù)據(jù)的高效獲取與穩(wěn)定傳輸提供了有力的技術(shù)支持。

多源數(shù)據(jù)融合層

在信息融合管理平臺中，多源數(shù)據(jù)融合層承擔著最重要的位置。經(jīng)過整合信息資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、融合，并將機電系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息融合管理平臺用作多源數(shù)據(jù)融合層的大數(shù)據(jù)處理樞紐中心。交通信息感知層中采集來的數(shù)據(jù)在本層中進行數(shù)據(jù)分析處理，通過對高速公路機電設備監(jiān)測多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的特征提取、挖掘、關(guān)聯(lián)等方法，再傳到協(xié)同管理服務層應用。同時也支持歷史信息、人工補錄、監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理。

協(xié)同管理服務層

在多源數(shù)據(jù)融合層分析處理后的數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)，完成數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的應用，平臺實現(xiàn)了設備信息管理、維護維修管理、應急預案管理等應用。輔助運維人員查詢修改設備信息，增設提醒功能，利用多種方式，使用BIM完成數(shù)據(jù)信息的顯示、查詢及分析。

平臺功能

基于BIM的機電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息融合管理平臺是由數(shù)據(jù)信息融合管理及平臺管理這兩點所組成的，其中，前者主要針對項目建設的各參與方，通過注冊登記，即可對數(shù)據(jù)進行存儲、訪問、交流等。后者主要針對平臺用戶，其主要作用在于管理平臺用戶，并及時有效地更新和維護系統(tǒng)。

BIM與機電系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息融合研究

在對BIM信息與高速公路機電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳遞方式、監(jiān)測特點及分析的基礎上，完成BIM創(chuàng)造虛擬的模型監(jiān)測信息的擴充，分析利用BIM 構(gòu)建的虛擬模型和監(jiān)測的共同信息，使得高速公路機電設備與BIM監(jiān)測數(shù)據(jù)信息融合。

機電系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息與傳遞

高速公路機電設備監(jiān)測數(shù)據(jù)類型分別為監(jiān)測點信息及監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，監(jiān)測點信息是指高速公路機電設備系統(tǒng)，關(guān)于監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測點基本情況的展示，包括監(jiān)測點位置信息及類型、設備編號名稱及類型、數(shù)據(jù)值及類型、告警級別、報警類型、報警時間、備注說明等。

監(jiān)測數(shù)據(jù)包括實時和非實時的數(shù)據(jù)，并分為兩種，數(shù)字類型和模擬類型。需要注意的是，數(shù)字類型的取值會依據(jù)數(shù)據(jù)中心確定。其一為兩種取值開關(guān)的數(shù)值，其二為一個以上取值開關(guān)的數(shù)值。在機電監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測數(shù)據(jù)主要存儲在機電設備的自用數(shù)據(jù)庫或者采集器中，需要特別注意的是，在監(jiān)測系統(tǒng)的實際應用中，監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫都是不相同的，包括不同型號、不同品牌。

對于監(jiān)測數(shù)據(jù)需要傳遞的部分，應該依據(jù)不同的狀態(tài)來選擇，選取相對匹配的讀取方式，一是從控制器端直接讀取，二是從系統(tǒng)的自建數(shù)據(jù)庫中調(diào)用。需要注意的是，如果采用第一種讀取方式，則必須考慮監(jiān)測系統(tǒng)的綜合網(wǎng)絡及監(jiān)測系統(tǒng)讀取接口控制器的屬性，這樣能夠有效保持監(jiān)測信息的實時更新特征。此外，調(diào)取監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括，自用數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測信息，隨后管理單位把其他商業(yè)用途的監(jiān)測信息放至自用的數(shù)據(jù)庫中。不具備存儲數(shù)據(jù)功能的系統(tǒng)，在監(jiān)測系統(tǒng)實際運行過程中，則需通過逐個監(jiān)測點，實現(xiàn)對監(jiān)測信息路徑訪問的儲存，如果選擇使用數(shù)據(jù)信息，即可根據(jù)各個訪問路徑獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)。

BIM監(jiān)測數(shù)據(jù)擴展應用

BIM監(jiān)測數(shù)據(jù)擴展應用的定義為，在已建的高速公路機電系統(tǒng)BIM模型的基本信息上，增加監(jiān)測數(shù)據(jù)，繼而擴展成基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的機電系統(tǒng)的模型，在BIM監(jiān)測數(shù)據(jù)的擴展基礎上，實現(xiàn)機電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和查詢等功能。

在分析合并監(jiān)測數(shù)據(jù)的時候，監(jiān)測點架構(gòu)至關(guān)重要，通過監(jiān)測點，能夠連接機電系統(tǒng)的三維模型及監(jiān)測信息。監(jiān)測點的架構(gòu)和機電系統(tǒng)的三維仿真模型之間的連接，是通過監(jiān)測點的設備部分實現(xiàn)的，并且不是單一的對應關(guān)系，而是在監(jiān)測點架構(gòu)的各個設備，都在許多系統(tǒng)模型范疇及實體中找到多種對應方式。同時各個監(jiān)測點數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中都可以找到許多信息。監(jiān)測點的屬性包括：監(jiān)測點ID、監(jiān)測點名稱、監(jiān)測點類型、報警的數(shù)值、報警的優(yōu)先級等。監(jiān)測點每經(jīng)過一段時間的更新，會將最新值不斷更新顯示在系統(tǒng)中。

BIM監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢功能及顯示功能

在高速公路機電系統(tǒng)監(jiān)測的實際應用中，監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢方式分別為：通過已有的系統(tǒng)三維模型及特定區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，查詢此設備或者該區(qū)域有聯(lián)系的監(jiān)測點數(shù)據(jù)；先確定某個監(jiān)測站點的各類型數(shù)據(jù)信息，接著查找有聯(lián)系的三維設備模型。以上兩種監(jiān)測信息查詢的方法，可創(chuàng)造出更加復雜的查詢方式。

BIM三維模型同時還有顯示的功能，數(shù)據(jù)在多源數(shù)據(jù)融合層通過數(shù)據(jù)處理分析合并之后，可完成在模型信息和監(jiān)測信息中的關(guān)聯(lián)查找，從而完成三維模型對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化。

實時數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)數(shù)值大小，可使用顏色來區(qū)分。在BIM監(jiān)測數(shù)據(jù)的擴充應用中，每個三維模型和每個機電系統(tǒng)組成聯(lián)系，且一個機電系統(tǒng)與多點聯(lián)系，故三維模型單位與各監(jiān)測點的聯(lián)系可以使用多種形式。在每個三維模型中，同一個監(jiān)測器只對應單個主監(jiān)測站點，監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)，也需使用各種顏色來區(qū)分。其中，報警功能的顏色是單獨的，監(jiān)測站點運行時，假如監(jiān)測數(shù)值顯示異樣，將會觸發(fā)系統(tǒng)，立即發(fā)出警報動作。

結(jié)語

綜上所述，通過BIM技術(shù)構(gòu)建擴展模型來建設BIM機電系統(tǒng)的多個子監(jiān)測系統(tǒng)，完成了BIM模型信息與監(jiān)測信息的相互管理、及時更新的監(jiān)測信息數(shù)據(jù)在BIM三維模型上的展示，監(jiān)測數(shù)據(jù)與BIM數(shù)據(jù)的查詢功能高效地檢驗此方式的可行性。在BIM信息監(jiān)測中保證大量監(jiān)測信息數(shù)據(jù)的同時，還需要基于BIM監(jiān)測信息擴展模型及更進一步深入應用BIM與高速公路機電設備監(jiān)測信息的集成分析。項目信息管理中，BIM是目前非常熱門的應用，有很多的技術(shù)優(yōu)勢，可將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化并對資產(chǎn)全壽命周期不同類型的數(shù)據(jù)進行分門別類的采集、存儲、集成、管控服務等應用。此外，還可進行信息共享，達到數(shù)據(jù)信息交互的目的，進而提高了高速公路的運管水平。