基于目標(biāo)導(dǎo)向的城市照明大數(shù)據(jù)高效能管控路徑探討

臧 鋒，王鵬展

(南京市路燈管理處，江蘇 南京 210013)

引言

海量數(shù)據(jù)的獲得是信息時代的特征，也是照明行業(yè)在新時代的必然屬性。無論是功能照明控制技術(shù)的精度提升，還是景觀照明復(fù)雜多變的輸出效果，數(shù)據(jù)已無處不在。然而，我們也清晰的認識到，大數(shù)據(jù)并不是大量的數(shù)據(jù)，而是有價值的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)的豐富程度并不能說明問題，數(shù)據(jù)的價值是為了達成某個目標(biāo)形成聚向的指標(biāo)體系。面對數(shù)據(jù)的海洋，城市照明行業(yè)亦是如此，以目標(biāo)體系為導(dǎo)向，建立感知體系、修燈體系、設(shè)施作業(yè)體系數(shù)據(jù)指標(biāo)，進而根據(jù)輸出結(jié)果實施調(diào)控措施，形成目標(biāo)設(shè)定、獲得數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、輸出結(jié)果、措施加持、效果驗證、持續(xù)升級的科學(xué)程序，是目前的照明行業(yè)緊貼時代脈搏實現(xiàn)迭代發(fā)展的關(guān)鍵路徑之一。

1 目標(biāo)體系

信息時代，應(yīng)以信息思維來解構(gòu)和重塑城市照明管理體系，即將單燈監(jiān)控或人工巡查設(shè)定為數(shù)據(jù)輸入，將信息平臺設(shè)定為數(shù)據(jù)處理，而將定點派發(fā)的工單、設(shè)施品質(zhì)的改造提升，做出數(shù)據(jù)信息的輸出端，以此實現(xiàn)城市照明管理從主觀性向客觀性、從定性向定量、從階段性向整體性的轉(zhuǎn)變。與此同時，所有數(shù)據(jù)均應(yīng)圍繞目標(biāo)體系的實現(xiàn)而服務(wù)(圖1)。

圖1 以目標(biāo)導(dǎo)向的城市照明設(shè)施管理大數(shù)據(jù)模型

1.1 感知的精準(zhǔn)穩(wěn)定

作為城市照明的參與者，我們直接接觸到的數(shù)據(jù)為設(shè)施狀態(tài)，包括燈具電流、電壓等關(guān)鍵參數(shù)。然而，在我們專注于這些參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值比較的同時，卻會忽略我們?nèi)绾潍@得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源的穩(wěn)定性、維持性，在數(shù)據(jù)時代具有與數(shù)據(jù)分析和使用同樣的重要性。對此，我們需要用數(shù)據(jù)化的思維來管理數(shù)據(jù)來源，即城市照明的感知體系，具體來說包括線路監(jiān)控、單燈監(jiān)控等體系，廣義上還包括人工對于設(shè)施外觀的巡查等。感知系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的來源，目標(biāo)設(shè)定為精準(zhǔn)、穩(wěn)定。

1.2 修燈的效能迭代

在感知體系達到穩(wěn)定與精準(zhǔn)狀態(tài)的條件下，則可作用城市照明運行管理模式的升級。效能，是現(xiàn)代城市照明管理的關(guān)鍵詞。以南京為例，2010年設(shè)施量為20萬盞，2020年達到120萬盞，相應(yīng)的人力投入?yún)s僅增加30%(圖2)。與設(shè)施量增長不同，工程建設(shè)領(lǐng)域有著明顯的潮汐現(xiàn)象，效能也同樣關(guān)鍵，維持低的人力成本亦是建安企業(yè)的生存法則。用技術(shù)的升級，推動模式的升級；用模式的升級，推動效能的迭代，是當(dāng)前城市照明發(fā)展的主旋律和設(shè)定目標(biāo)。

圖2 2010—2020年南京地區(qū)照明設(shè)施量分析圖

1.3 設(shè)施的品質(zhì)升級

統(tǒng)籌考慮各類事件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，是大數(shù)據(jù)思維的又一種先進性的體現(xiàn)。當(dāng)我們將城市照明管理劃分為修燈作業(yè)、設(shè)施品質(zhì)管理兩個方面，同時又在修燈作業(yè)領(lǐng)域取得了效能提升之后，設(shè)施品質(zhì)管理便獲得了更多的可用資源，進而將會產(chǎn)生設(shè)施品質(zhì)，比如外觀、安全、環(huán)境的升級，也即是設(shè)施管理的新設(shè)定目標(biāo)。因此，面對龐大的城市照明體系，通過大數(shù)據(jù)在某一個方面實現(xiàn)突破，都能產(chǎn)生對整個產(chǎn)業(yè)的顯著推動。

2 感知體系

面向設(shè)施的狀態(tài)、作業(yè)的狀態(tài)兩類數(shù)據(jù)，建立動態(tài)的數(shù)據(jù)獲得來源即感知體系，即單燈監(jiān)控系統(tǒng)、派單系統(tǒng)、日志系統(tǒng)的有機合成，再通過單燈在線率、工單準(zhǔn)確率、日志完整性作為評價和提升這套感知體系的主要指標(biāo)系統(tǒng)，我們以南京奧南地區(qū)單燈監(jiān)控覆蓋區(qū)域為樣本空間進行分析。

2.1 監(jiān)控體系穩(wěn)定性

健康穩(wěn)定的單燈監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)達成終端覆蓋率、在線率兩個數(shù)據(jù)指標(biāo)。

1)單燈覆蓋率。監(jiān)控體系的完整性，在于是否與照明設(shè)施同步增長、減少和升級。大數(shù)據(jù)思維模式下，核心算法為，將單燈覆蓋率目標(biāo)設(shè)定為100%，用動態(tài)更新的城市照明地理信息系統(tǒng)，解決新建設(shè)施納入、老舊設(shè)施消除后引起的設(shè)施變化等信息來源問題；用依附于設(shè)施變化的作業(yè)行為，實施單燈安裝，達成覆蓋率動態(tài)的動態(tài)達標(biāo)(圖3)。2020年南京奧南所轄區(qū)共裝有28 000套單燈終端，達成奧南地區(qū)單燈全覆蓋，全年新裝、更換單燈終端2 000套(圖4)。單燈覆蓋率的有效性和持續(xù)性，保障了奧南“全定修”模式的深入推進。過渡期間，則采用未覆蓋地區(qū)“外包人巡”的方式，解決了單燈覆蓋客觀存在的滯后性問題。

圖3 “單燈終端覆蓋率”要素控制數(shù)據(jù)模型

圖4 奧南地區(qū)單燈覆蓋率分析圖2019.5—2020.10

2)單燈在線率。單燈監(jiān)控體系的在線率，受到諸多因素的影響。包括通訊網(wǎng)絡(luò)、平臺穩(wěn)定性、終端故障率、終端設(shè)備更換及時性等。核心算法為，將單燈在線率目標(biāo)設(shè)置為100%，在網(wǎng)絡(luò)、平臺穩(wěn)定的條件下，單燈終端維修更換作業(yè)是核心要素，當(dāng)然這一要素也是根據(jù)單燈設(shè)備的故障特性、天氣環(huán)境、電氣環(huán)境共同作用的(圖5)。面對這樣的復(fù)雜問題，我們以綜合結(jié)果為導(dǎo)向，即通過平臺來動態(tài)獲得離線單燈信息，生成單燈終端維修工單；再根據(jù)工單量特性，動態(tài)調(diào)整單燈終端修復(fù)作業(yè)周期的方式，來控制單燈在線率的穩(wěn)定性。當(dāng)然，在此之外，在單燈離線故障工單派發(fā)前，如有連續(xù)離線單燈則需結(jié)合線路控制系統(tǒng)，還應(yīng)排查線路故障原因；如遇某片區(qū)多個單燈終端持續(xù)性離線，則應(yīng)排除通訊網(wǎng)絡(luò)故障。與此同時，當(dāng)出現(xiàn)離線量批量上升時，還應(yīng)用項目化的方式進行單燈的集中更換。根據(jù)這一科學(xué)方法，南京奧南地區(qū)實現(xiàn)了接近100%在線目標(biāo)(圖6)。

圖5 “單燈終端在線率”要素控制數(shù)據(jù)模型

圖6 奧南地區(qū)單燈在線率分析圖2019.10—2020.10

2.2 工單體系穩(wěn)定性

工單體系的穩(wěn)定性，在于信息平臺的智能化程度、工單派發(fā)的準(zhǔn)確性兩個方面。

1)平臺的智能化程度。工單智能化，取決于系統(tǒng)對于電流、電壓參數(shù)的分析能力，以LED燈、高壓鈉燈特性的深度學(xué)習(xí)為前提。主要表現(xiàn)在鈉燈閃爍問題的處置，我們每天抽樣數(shù)據(jù)5次以上，若出現(xiàn)持續(xù)閃爍表現(xiàn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)將該燈納入可派單范圍；若不足5次，則不然。與此同時，建立數(shù)據(jù)篩查結(jié)果與現(xiàn)場實際情況的比對機制，多次驗證抽樣頻率的合理性，調(diào)整并設(shè)定最佳頻點。南京在單燈監(jiān)控系統(tǒng)方面，每天的監(jiān)控數(shù)據(jù)在篩查前為30萬條，在篩查后為300條，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的篩查率達到99%以上，為后續(xù)工單派發(fā)創(chuàng)造了必備條件。當(dāng)然，這僅是面向滅燈故障智能化的第一步基礎(chǔ)工作。當(dāng)我們將智能化從燈具的亮滅與否，上升到每個燈具特性的正常與非正常值之后，則將實現(xiàn)對燈具亮滅故障發(fā)生之前的主動型預(yù)判，提升照明效果的體驗感，提升重點路段的設(shè)施保障能力(圖7)。這將是大數(shù)據(jù)在城市照明場景中的主要優(yōu)勢之一。

圖7 “平臺智能化”要素控制數(shù)據(jù)模型

2)工單派發(fā)的準(zhǔn)確性。則是技術(shù)和管理的結(jié)合體，這一步驟是人工審核數(shù)據(jù)的過程，是最終確定一線人員是否修燈的主要環(huán)節(jié)。技術(shù)方面的核心模型，是對數(shù)據(jù)的再次復(fù)核的即與標(biāo)準(zhǔn)值的比對模型，是結(jié)合故障位置對一線作業(yè)進行線路規(guī)劃即地理模型，是結(jié)合閃爍或者滅燈等故障類型為一線作業(yè)提供輔助信息即信息模型，是結(jié)合效能對工單量進行定額化的分配即調(diào)度模型。管理方面，則是責(zé)任明確到人，建立與調(diào)度員具有對應(yīng)關(guān)系的派單系統(tǒng)，通過派單信息與現(xiàn)場作業(yè)反饋結(jié)果的比對模型，驗證評定調(diào)度員的派單水平并作用于績效，形成持續(xù)提升的閉環(huán)控制體系。綜上，工單派發(fā)的準(zhǔn)確性是一個綜合體系，其主要數(shù)據(jù)處理放在平臺側(cè)完成，提升數(shù)據(jù)處理效率，將作業(yè)因素、設(shè)施特性等交給計算機；而最終輸出結(jié)果，則由人工進行審核并由軟件輔助，最終達到可控狀態(tài)，支撐一線修燈作業(yè)的統(tǒng)籌、高效(圖8、圖9)。

圖8 奧南地區(qū)單燈工單準(zhǔn)確率分析圖2019.10—2020.10

圖9 “工單派發(fā)準(zhǔn)確性”要素控制數(shù)據(jù)模型

3 修燈體系

城市照明感知體系的發(fā)展，通過監(jiān)控系統(tǒng)與工單系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行落地。而在感知體系發(fā)展之后，帶動的必然是作業(yè)效能的提升。我們用模式的創(chuàng)新，來運用監(jiān)控體系實現(xiàn)效能提升；用傳統(tǒng)模式下的評判指標(biāo)，來衡量創(chuàng)新模式的可行性。

3.1 效能指標(biāo)

作業(yè)效能，是解決城市照明設(shè)施量不斷增長與有限的人工投入之間矛盾的主要途徑。修燈作業(yè)效能，我們通過設(shè)施量/人員配比、修燈量/人員投入，兩個主要參數(shù)來組成。

圖10 “修燈作業(yè)投入”要素控制數(shù)據(jù)模型

1)人員配比。目標(biāo)設(shè)定為效能提升，則需通過有效措施，在管轄城市照明設(shè)施量大幅增長的同時，投入人員零增長或小幅增長，即核心數(shù)據(jù)模型。措施方面，前置條件是，監(jiān)控系統(tǒng)的精度由線路上升至單盞路燈，削減人工巡查。據(jù)此我們對南京奧南地區(qū)修燈作業(yè)進行創(chuàng)新。原有模式：修燈模式，奧南所采用傳統(tǒng)的巡修結(jié)合模式管理方式，采用畫地而治，包干轄區(qū)內(nèi)設(shè)施管理。資源配置方面，跨包干區(qū)協(xié)作、工作量均衡分配不順暢，不能有效匹配資源與任務(wù)的關(guān)系?，F(xiàn)有模式：修燈模式，實施徹底的“巡修分離”，徹底的消除“人巡”的投入；故障來源全部由“單燈監(jiān)控”系統(tǒng)監(jiān)測、處置、下發(fā)。管理方式方面，實施徹底的“非包干區(qū)”模式，全所按照單燈系統(tǒng)“訂單化”修燈；同時，根據(jù)修燈工單數(shù)量的變化，結(jié)合修燈定額，動態(tài)的調(diào)整晚班人員投入、時間投入(圖10)。數(shù)據(jù)驗證結(jié)果：采樣空間，2019.5—2020.9，實踐表明，在修燈效率提升、同時結(jié)合優(yōu)化的“工單派發(fā)”機制的結(jié)合下，奧南地區(qū)可以根據(jù)工單量、修復(fù)周期等因素，進行班組的動態(tài)配置。按照每晚修燈15～20盞為測算依據(jù)，每周安排1～2個班組，每個班組2～3個晚班即可完成修燈訂單。因此，富余出1個、甚至2個班組的力量動態(tài)轉(zhuǎn)入專業(yè)的白天的設(shè)施整治及節(jié)能改造工作。經(jīng)此統(tǒng)計，“定修模式”促成修燈投入降低30%以上。最終表現(xiàn)為，在設(shè)施量增長的條件下，運維人員配置零增長甚至負增長(圖11)。

圖11 2019年5月—2020年9月奧南地區(qū)設(shè)施量與作業(yè)人員投入分析

(2)修燈效率。圍繞效能目標(biāo)，修燈效率的提升，即修燈量與修燈投入比率的變化。該指標(biāo)體現(xiàn)在傳統(tǒng)“巡修結(jié)合”模式與“單燈定修”的顯著區(qū)別。巡修，結(jié)果存在不確定性，線路存在不確定性，巡查的時間分?jǐn)偟矫勘K燈的修復(fù)，則體現(xiàn)出低效能；定修，結(jié)果確定、線路確定，效能迭代。如圖12、圖13所示數(shù)據(jù)驗證結(jié)果，采用空間2019年5月—2020年9月，奧南地區(qū)“巡修結(jié)合”下，由于巡修的結(jié)果存在不確定性，其平均巡修燈效率在20 min/盞～60 min/盞，上下浮動；在新的“訂單式”模式下，則可以將修燈效率設(shè)定在最快的20 min/盞(含通勤時間)，再根據(jù)工單量安排修燈總時間。因此，從該指標(biāo)來看，修燈作業(yè)效率平均提升達到50%。與此同時，單燈定修模式，存在兩個階段，第一階段，以亮燈率實時100%為導(dǎo)向，監(jiān)測系統(tǒng)直接派發(fā)工單，即時修復(fù)；第二階段，則以統(tǒng)籌為導(dǎo)向，99%亮燈率為條件，分片、分區(qū)集中派單，一線隊伍按照20 min/盞定額修燈，建立了修燈人員、時間投入，以及故障燈之間的一個恒定或者標(biāo)準(zhǔn)值，以此實現(xiàn)對修燈效率這一參數(shù)的動態(tài)可控(圖14)。

圖12 奧南地區(qū)修燈量與修燈投入對比圖2019.5—2020.9

圖13 奧南地區(qū)修燈效率分析圖2019.5—2020.9

圖14 “修燈效率”要素控制數(shù)據(jù)模型

3.2 保障指標(biāo)

保障性指標(biāo)，是技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新的前提條件，是最終是否產(chǎn)生輸出價值的判斷參數(shù)。相對于效能性指標(biāo)，其評判相對簡單，即與標(biāo)準(zhǔn)值對比是否達標(biāo)。

1)亮燈率。對亮燈率數(shù)據(jù)的抓取，采用單燈監(jiān)控體系為主、人工巡查為輔互相印證的機制，建立奧南地區(qū)月度亮燈率信息記錄。根據(jù)《江蘇省道路照明設(shè)施養(yǎng)護管理規(guī)定》，設(shè)定98%為亮燈率警戒值。當(dāng)亮燈率低于該值時，則啟動應(yīng)急預(yù)案，提升修燈量、介入人工巡查。結(jié)果表明，自奧南地區(qū)2019.5“單燈定修”模式實施后，“亮燈率”未有顯著下降且普遍高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。即“單燈定修”模式可行(圖15)。

2)報修量。報修量反映的是社會效益的保障水平。定修模式下，我們進行了動態(tài)的監(jiān)測觀察，并建立了調(diào)控機制。結(jié)果表明，自奧南地區(qū)2019.5“全定修”模式實施后，“工單投訴量”較去年同比保持了較好的穩(wěn)定性。即“單燈定修”模式可行(圖16)。

圖15 奧南地區(qū)亮燈率統(tǒng)計圖2020.5—2020.10

圖16 奧南地區(qū)亮燈故障報修量分析圖2020.5—2020.10

4 設(shè)施體系

照明設(shè)施品質(zhì)的保障，在智慧城市時代與亮燈保障同樣重要，體現(xiàn)在設(shè)施外觀、線路穩(wěn)定等方面，并對亮燈情況產(chǎn)生正面影響。設(shè)施品質(zhì)的提升(即白班作業(yè))，傳統(tǒng)模式下亦是被動式的見壞修壞；亮燈的修復(fù)(即晚班作業(yè))效能提升，釋放出人力資源，則為白班作業(yè)從碎片化向項目化的升級創(chuàng)造了條件，所以數(shù)據(jù)之間是相關(guān)聯(lián)的、作業(yè)部署之間亦是相關(guān)聯(lián)的。我們以設(shè)施品質(zhì)提升為目標(biāo)，以效能指標(biāo)、保障指標(biāo)的組合為核心模型，以調(diào)控措施為路徑。

4.1 效能指標(biāo)

以人員投入、人時投入的增加連接白班、晚班之間的效能關(guān)聯(lián)，以作業(yè)量的增加，作業(yè)效能的提升為白班創(chuàng)新目標(biāo)，組成效能類指標(biāo)數(shù)據(jù)模型體系。

1)人數(shù)投入。人數(shù)投入，是晚班效能釋放的絕對值和靜態(tài)值，作用于“模式調(diào)整”，是晚班“單燈定修”模式效能提升結(jié)果向白班的傳遞。2019.5奧南修燈模型創(chuàng)新之后，常用晚班修燈人數(shù)下降30%；白班作業(yè)人數(shù)上升30%(圖17、圖18)。

圖17 奧南地區(qū)LED占比與修燈量關(guān)系分析圖

圖18 奧南地區(qū)2019.5—2020.10白晚班投入人數(shù)分析圖

2)人時投入。人時投入，是晚班效能釋放的相對值和動態(tài)值，作用于“日常調(diào)控”，是以亮燈故障為基準(zhǔn)、以定額化修燈作業(yè)為措施、白晚班資源動態(tài)替換的計算模型和管控模型。不僅是白晚班資源的交替，作為白班作業(yè)體系，導(dǎo)向應(yīng)是項目化作業(yè)，人數(shù)一定時，則調(diào)整作業(yè)時間；時間一定時，則調(diào)整作業(yè)人數(shù)。因此，最終晚班資源的釋放應(yīng)作為白班作業(yè)資源的補充。目前實施的是對人時投入的觀測，以及白班第三方人力資源的動態(tài)補充(圖19)。

圖19 奧南地區(qū)2019.5—2020.10白晚班投入人時分析圖

3)作業(yè)量。在白晚班人數(shù)一定，且具有互換機制，白班作業(yè)量是衡量晚班效能提升的驗證指標(biāo)；與此同時，白班作業(yè)量的提升，也是能否實現(xiàn)設(shè)施品質(zhì)分片分區(qū)項目化提升的前置條件(圖20)。

4)作業(yè)效能(作業(yè)量與人數(shù)的關(guān)系)。作業(yè)效能，是項目化作業(yè)的綜合體，其過程存在復(fù)雜性(項目特點)和不確定性(環(huán)境因素)。因此，在建立此類數(shù)據(jù)模型時，應(yīng)將復(fù)雜問題簡單化，用結(jié)果導(dǎo)向，效能的評判直接面向人、材、機三要素中最關(guān)鍵的“人的要素”，以作業(yè)量/人數(shù)投入，為主要指標(biāo)；再以統(tǒng)籌性思維，考慮整個白晚班運維體系的總投入配比的變化，作為效能評價、提升的主要依據(jù)(圖21)。

4.2 保障指標(biāo)

設(shè)施完好率根據(jù)《江蘇省道路照明設(shè)施養(yǎng)護管理規(guī)定》，設(shè)定95%為設(shè)施完好率最低值，觀測效能提升的可行性(圖22)。

圖20 奧南地區(qū)設(shè)施作業(yè)量分析圖

圖21 奧南地區(qū)2019.5—2020.10白班作業(yè)效率分析圖

圖22 奧南地區(qū)2019.5—2020.10設(shè)施完好率

5 結(jié)語

綜上所述，城市照明在信息時代正處于變革期，表現(xiàn)在大數(shù)據(jù)分析模型指導(dǎo)城市管理，實踐于修燈作業(yè)模式的迭代升級，傳遞至亮燈效能對設(shè)施品質(zhì)的影響，作用于城市照明主業(yè)的效能升級，延伸至智慧城市領(lǐng)域運營管理的可承載性。隨著時間的不斷推移，大數(shù)據(jù)將以更加細密、更加豐富的形態(tài)呈現(xiàn)在城市照明面前，而“目標(biāo)導(dǎo)向”，仍是我們駕馭數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)的關(guān)鍵要素。從照明主業(yè)到智慧城市，從百萬級終端到千萬級終端的管理，科學(xué)的、精準(zhǔn)的、有效的大數(shù)據(jù)體系，將成為未來產(chǎn)業(yè)的承載平臺。