智慧運(yùn)維在高速公路機(jī)電系統(tǒng)管理中的應(yīng)用

崔曉亮

（中貝通信集團(tuán)股份有限公司，湖北武漢 430023）

隨著基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)程的加快，我國(guó)高速公路總里程為世界第一。高速公路系統(tǒng)當(dāng)中，交通運(yùn)輸正常通行需要依賴各類機(jī)電設(shè)備的支持。在全國(guó)撤站工作的實(shí)施以來(lái)，智慧公路快速涌現(xiàn)，對(duì)于機(jī)電設(shè)備運(yùn)管要求更高，大量ETC 門(mén)架、RSU 天線投入使用，能夠?qū)翻h(huán)境實(shí)時(shí)感知。機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理是公路安全通行的重要前提。然而，目前公路機(jī)電設(shè)備的智慧管理還存在不足，因此，需要探索智慧運(yùn)維在公路機(jī)電管理中的實(shí)踐運(yùn)用，為公路安全提供支持。

1 高速公路的機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備生命周期管理困難

高速公路的機(jī)電設(shè)備種類較多，設(shè)備管理難度高，若單純使用傳統(tǒng)運(yùn)維方式，可能難以抓住運(yùn)維重點(diǎn)，因?yàn)闄C(jī)電設(shè)備管理需要對(duì)其狀態(tài)信息進(jìn)行收集，檢測(cè)設(shè)備的溫濕度。然而，部分公路由于物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)建立尚不完善，難以獲取各類設(shè)備運(yùn)行、供電或者狀態(tài)信息，如果設(shè)備被損壞，系統(tǒng)后端也難以及時(shí)響應(yīng)，道路信息感知不及時(shí)，預(yù)警信息存在誤差，難以對(duì)機(jī)電設(shè)備展開(kāi)生命周期管理。

1.2 設(shè)備運(yùn)行故障發(fā)現(xiàn)滯后

如果公路當(dāng)中機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障，傳統(tǒng)管理模式不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，定期巡檢也存在滯后性，導(dǎo)致設(shè)備故障解決、維修工作不及時(shí)。尤其是ETC 門(mén)架或者監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，就會(huì)對(duì)道路整體安全造成影響。部分機(jī)電設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，雷達(dá)開(kāi)關(guān)、攝像機(jī)啟閉自動(dòng)化水平低，難以及時(shí)發(fā)設(shè)備故障。

1.3 設(shè)備故障排查不及時(shí)

機(jī)電設(shè)備管理，傳統(tǒng)運(yùn)維是人工方式進(jìn)行，運(yùn)維人員難以第一時(shí)間掌握運(yùn)維信息，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查，通過(guò)線路清理判斷故障點(diǎn)。由于人工排查工作效率低，故障現(xiàn)場(chǎng)處理工作復(fù)雜，耗時(shí)耗力，處理效率低，還有可能誘發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 智慧運(yùn)維在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的建設(shè)思路

鑒于目前高速公路的運(yùn)維系統(tǒng)存在的問(wèn)題，需要建立科學(xué)的運(yùn)維系統(tǒng)將問(wèn)題解決。智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)管、日常維護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)管，對(duì)于公路資產(chǎn)安全的保護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)維目標(biāo)是全方位掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息對(duì)運(yùn)管單位進(jìn)行指導(dǎo)，使其能夠制定科學(xué)的養(yǎng)護(hù)措施，保證機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行安全。所以，搭建智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)思路如下。

①通過(guò)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)捕捉機(jī)電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)信息，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和檢測(cè)，掌握設(shè)備總體運(yùn)行效果，獲取單體設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，輔助機(jī)電設(shè)備狀態(tài)評(píng)估工作的開(kāi)展。②通過(guò)系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備存在的安全隱患，判斷系統(tǒng)缺陷問(wèn)題，明確投入使用的機(jī)電設(shè)備是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)，為機(jī)電設(shè)備日常檢測(cè)、隱患排查等管理工作提供指導(dǎo)。③通過(guò)系統(tǒng)能夠全方位監(jiān)控高速公路的運(yùn)行狀態(tài)，保證全線的運(yùn)行安全。

結(jié)合以上建設(shè)需求，根據(jù)機(jī)電運(yùn)維管理需求，在系統(tǒng)搭建之前，需要對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行全面收集，并對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行全面評(píng)估，利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、科研成果等明確公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀。與此同時(shí)，還需要考慮管理部門(mén)、設(shè)備廠家和業(yè)主對(duì)于機(jī)電運(yùn)維需求差異，分別走訪以上主體，明確高速公路環(huán)境不同對(duì)于機(jī)電設(shè)施的使用要求差異，通過(guò)生產(chǎn)廠家了解機(jī)電設(shè)備的組合應(yīng)用效果，對(duì)于不同省市已建設(shè)完成的智慧運(yùn)維系統(tǒng)使用情況展開(kāi)全面調(diào)研，結(jié)合設(shè)備運(yùn)維未來(lái)發(fā)展建立智慧運(yùn)維系統(tǒng)框架，細(xì)化系統(tǒng)功能模塊。利用運(yùn)維系統(tǒng)能夠完成綜合監(jiān)測(cè)、資源管理、運(yùn)維評(píng)價(jià)、移動(dòng)服務(wù)、預(yù)算管理、統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)于機(jī)電設(shè)備使用生命周期進(jìn)行管理。利用智慧化運(yùn)維體系，不斷提高故障診斷和維修效率，控制運(yùn)維成本，提高管理效益。

3 智慧運(yùn)維在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行

要確保高速公路能夠安全運(yùn)行，機(jī)電設(shè)備安全使用是最重要前提，管理過(guò)程利用智慧運(yùn)維體系能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并將故障問(wèn)題解決。因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部存在監(jiān)測(cè)模塊，可以對(duì)所有處于運(yùn)行狀態(tài)設(shè)備展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將設(shè)備的故障信息、歷史信息、安全狀態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示，為使用者快速發(fā)現(xiàn)故障，為故障問(wèn)題解決提供支持。利用智慧運(yùn)維平臺(tái)，能夠?qū)C(jī)電設(shè)備全方位管理，所有的運(yùn)維對(duì)象具備統(tǒng)一化的展示管理、報(bào)警管理模塊，展示監(jiān)控視圖，具體涵蓋系統(tǒng)拓?fù)洹?bào)警統(tǒng)計(jì)、主要設(shè)備、機(jī)房?jī)?nèi)場(chǎng)信息等。同時(shí)，應(yīng)用智慧運(yùn)維系統(tǒng)還能對(duì)報(bào)警行為展開(kāi)智能化管理，對(duì)于設(shè)備的報(bào)警信息進(jìn)行分級(jí)，按照?qǐng)?bào)警信息出現(xiàn)時(shí)間，對(duì)其進(jìn)行壓縮和過(guò)濾，分析報(bào)警信息根源，按照設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)性和拓?fù)潢P(guān)系，獲取報(bào)警事件信息，通過(guò)管理平臺(tái)能夠?qū)⒃O(shè)備的庫(kù)存信息、警告信息、健康數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 輔助設(shè)備管理

智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)當(dāng)中，存在設(shè)備管理功能模塊，屬于高速公路資產(chǎn)管理重要模塊之一，利用該模塊能夠?qū)Ω鞣N類型機(jī)電設(shè)備、設(shè)備配件展開(kāi)統(tǒng)一化管理，還能對(duì)庫(kù)存單據(jù)的管理流程加以規(guī)范，讓設(shè)備管理的審核流程實(shí)現(xiàn)透明化。管理模塊當(dāng)中主要包括機(jī)構(gòu)管理、庫(kù)存管理和設(shè)備管理等。從機(jī)電設(shè)備運(yùn)營(yíng)分析、規(guī)劃管理之初，到機(jī)電設(shè)備的投入使用，再到設(shè)備驗(yàn)證、信息資源錄入、機(jī)電設(shè)備出入庫(kù)、設(shè)備下線展開(kāi)一系列管理，體現(xiàn)設(shè)備管理的生命周期管理特色。

在智慧運(yùn)維系統(tǒng)當(dāng)中，運(yùn)維模塊主要功能是對(duì)機(jī)電設(shè)備日常維護(hù)作業(yè)進(jìn)行審核認(rèn)定，并對(duì)任務(wù)的執(zhí)行情況進(jìn)行管理，對(duì)于管理人員工作流程進(jìn)行全面記錄，將機(jī)電設(shè)備檢查保養(yǎng)、維修管理、緊急調(diào)度、巡檢管理、公告信息和值班管理信息全面顯示。

3.3 開(kāi)展設(shè)備運(yùn)維

智慧運(yùn)維統(tǒng)計(jì)管理模塊主要是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部報(bào)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行全面評(píng)價(jià)，給出運(yùn)行建議。通過(guò)統(tǒng)計(jì)管理，能夠全面分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)可以提供可視化的管理指標(biāo)，對(duì)其采取智能分析，并對(duì)資產(chǎn)管理系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)行信息展開(kāi)統(tǒng)一化管理。

3.4 落實(shí)信息統(tǒng)計(jì)

利用系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)功能，還可配合數(shù)據(jù)挖掘和人工智能等技術(shù)，針對(duì)運(yùn)維應(yīng)用展開(kāi)多主題分析，具體包括設(shè)備的健康狀態(tài)、設(shè)備性能、故障原因、運(yùn)維效率、服務(wù)質(zhì)量、成本效益相關(guān)內(nèi)容。通過(guò)運(yùn)行評(píng)價(jià)，機(jī)電設(shè)備管理單位還能制定運(yùn)維管理考核機(jī)制，明確考核目標(biāo)，精準(zhǔn)選擇考核指標(biāo)、考核數(shù)據(jù)、考核方法，利用數(shù)據(jù)挖掘和人工智能多種技術(shù)輔助分析，完成評(píng)價(jià)管理，對(duì)于設(shè)備運(yùn)維管理和人員工作能力進(jìn)行考核。利用管理系統(tǒng)為公路機(jī)電設(shè)備的運(yùn)營(yíng)提供建議，讓公路機(jī)電運(yùn)管單位明確維修工作重點(diǎn)，對(duì)于維修工作劃分等級(jí)，完善維護(hù)工藝流程，精準(zhǔn)控制運(yùn)維對(duì)象定額預(yù)算，為運(yùn)管單位提供決策支持。

3.5 知識(shí)庫(kù)的管理

智慧運(yùn)維系統(tǒng)中存在知識(shí)庫(kù)模塊，其中包含廠商設(shè)備的維護(hù)信息、機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)等內(nèi)容，將以上內(nèi)容存儲(chǔ)于知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)當(dāng)中，運(yùn)管單位可以根據(jù)機(jī)電運(yùn)維業(yè)務(wù)需求，對(duì)于其中海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)完成數(shù)據(jù)挖掘和分析，對(duì)于機(jī)電設(shè)備常規(guī)運(yùn)營(yíng)故障問(wèn)題進(jìn)行處理，逐漸積累知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，控制故障處理環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)交率，控制運(yùn)維成本，快速響應(yīng)，滿足運(yùn)維服務(wù)的管理需求。利用知識(shí)庫(kù)作為運(yùn)維助手，該管理模塊具備知識(shí)發(fā)布、檢索、維護(hù)等功能，還具備權(quán)限管理功能，能夠?qū)Ψ?wù)流程采取簡(jiǎn)單處理。利用系統(tǒng)工單中的信息，在大數(shù)據(jù)分析以后，將對(duì)應(yīng)運(yùn)維知識(shí)向故障處理者發(fā)送，讓知識(shí)之間能夠?qū)崿F(xiàn)智能化關(guān)聯(lián)。

3.6 移動(dòng)端管理

智慧運(yùn)維的移動(dòng)端管理是利用互聯(lián)網(wǎng)方式，針對(duì)運(yùn)維人員、管理人員展開(kāi)全方位管理。運(yùn)維人員可以借助移動(dòng)終端，場(chǎng)外完成設(shè)備運(yùn)維工單收發(fā)和處理等管理操作。具體涵蓋機(jī)電設(shè)備的常規(guī)管理，設(shè)備巡檢任務(wù)管理，工單收發(fā)的管理，還包含運(yùn)維助手，有效提高運(yùn)維效率和服務(wù)質(zhì)量。機(jī)電設(shè)備的管理員可按照實(shí)際需求制定服務(wù)信息，完成設(shè)備檢索、消息公告、狀態(tài)展示和事務(wù)提醒相關(guān)操作。

在智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)的支持下，高速公路中的所有機(jī)電設(shè)備都可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接到管理系統(tǒng)當(dāng)中，加上物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)融合應(yīng)用，融合設(shè)備前端感知設(shè)備、智慧運(yùn)維系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)管理等模塊內(nèi)容，提供全新運(yùn)維服務(wù)模式。利用高速公路運(yùn)維系統(tǒng)，讓機(jī)電設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)管理實(shí)現(xiàn)一體化和規(guī)范化，以精細(xì)化的管理模式，運(yùn)用專業(yè)化管理技術(shù)，不斷提高設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維效率，讓管理成本可控，提高管理水平。智慧運(yùn)維的支持下，應(yīng)用管理系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)重點(diǎn)感知，通過(guò)信息數(shù)據(jù)的整合，實(shí)現(xiàn)全程追溯和閉環(huán)管理工作目標(biāo)。利用系統(tǒng)長(zhǎng)期積累的運(yùn)維數(shù)據(jù)，建立設(shè)備故障分析模型，在機(jī)電設(shè)備管理重點(diǎn)環(huán)節(jié)，包括巡檢排查、故障搶修、運(yùn)維保養(yǎng)等，提供設(shè)備、人員、備件等方面的信息，輔助業(yè)務(wù)決策制定。

4 智慧運(yùn)維階段運(yùn)用的核心技術(shù)

4.1 依托BIM和GIS技術(shù)

BIM 和GIS 等技術(shù)組合應(yīng)用，可對(duì)高速公路的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行內(nèi)外整合管理，建立BIM 模型，獲得GIS 三維實(shí)景圖，輔助運(yùn)營(yíng)路段機(jī)電設(shè)備的智慧化運(yùn)維和管理，以上技術(shù)的應(yīng)用具備安全評(píng)估、智能預(yù)警、大數(shù)據(jù)分析、電子沙盤(pán)、養(yǎng)護(hù)決策多種功能。因?yàn)锽IM 具有可視化特點(diǎn)，可對(duì)機(jī)電設(shè)備實(shí)施精細(xì)化管理，將BIM 和運(yùn)維系統(tǒng)融合應(yīng)用，能夠提高運(yùn)維管理的信息化水平，發(fā)掘更多具備價(jià)值的潛在數(shù)據(jù)，讓高速公路的機(jī)電設(shè)備管理模式實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)，提高決策制定的科學(xué)性。

4.2 運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)據(jù)孿生是融合不同學(xué)科、物理量、尺度、概率等知識(shí)仿真過(guò)程。數(shù)據(jù)分析階段，先建立物理模型，通過(guò)機(jī)電設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，在虛擬環(huán)境當(dāng)中建立映射關(guān)系，將機(jī)電設(shè)備生命周期運(yùn)行過(guò)程展示出來(lái)。當(dāng)前，高速公路現(xiàn)有機(jī)電設(shè)備運(yùn)維方式是人力巡檢、傳感器等方式，運(yùn)維人員利用工作經(jīng)驗(yàn)完成設(shè)備檢測(cè)，難以對(duì)公路全線所有設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，按照時(shí)序?qū)τ诒O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，因此，以上運(yùn)維方式不利于高速公路設(shè)備的安全管理。利用智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)，可對(duì)設(shè)備生命周期采取信息化管理方式，控制運(yùn)維管理成本。在此期間，選擇數(shù)據(jù)孿生技術(shù)和智慧運(yùn)維融合應(yīng)用，可將管理閉環(huán)打通，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，避免設(shè)備出現(xiàn)非計(jì)劃停機(jī)現(xiàn)象，對(duì)其采取預(yù)測(cè)性維護(hù)，優(yōu)化控制設(shè)備的運(yùn)行成本。該技術(shù)運(yùn)用從本質(zhì)上來(lái)講就是將智慧運(yùn)維系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)向數(shù)字模型中輸入，展開(kāi)仿真分析，診斷設(shè)備故障或者健康狀態(tài)，及時(shí)預(yù)測(cè)故障問(wèn)題發(fā)生的可能性。智慧運(yùn)維與數(shù)字孿生之間的融合能夠?qū)\(yùn)維系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)充分挖掘，為運(yùn)維檢測(cè)工作開(kāi)展提供輔助，還能支持運(yùn)維調(diào)度工作策略制定，進(jìn)一步提高智慧運(yùn)維系統(tǒng)工作的有效性。搭建數(shù)字應(yīng)用體系，讓原始數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、數(shù)據(jù)挖掘、決策制定、數(shù)據(jù)優(yōu)化形成一體化管理，為平臺(tái)運(yùn)行提供支持，讓機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)全凈化管理，數(shù)據(jù)分析過(guò)程智能化，設(shè)備巡檢精益化。

4.3 運(yùn)用邊緣計(jì)算技術(shù)

智慧運(yùn)維和邊緣計(jì)算融合應(yīng)用，系統(tǒng)能夠?qū)η岸怂杉臄?shù)據(jù)展開(kāi)邊緣計(jì)算，主要是機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，將其向中心系統(tǒng)傳輸，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)將自動(dòng)巡檢和采集技術(shù)啟動(dòng)，自動(dòng)化完成設(shè)備接口的協(xié)議分析。同時(shí)，技術(shù)的運(yùn)用還能自動(dòng)采集不同品牌和型號(hào)數(shù)據(jù)運(yùn)行信息，部分機(jī)電設(shè)備本身具備用于分析故障的軟件，如此一來(lái)，借助本身分析軟件接口就能幫助智慧運(yùn)維系統(tǒng)完成信息采集。自動(dòng)巡檢階段，還可對(duì)采集信息展開(kāi)自動(dòng)化分析，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)判斷，提高系統(tǒng)對(duì)于前端設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)獲取能力，進(jìn)而提高檢測(cè)效率，還能緩解系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的工作壓力。

4.4 運(yùn)用AR技術(shù)

AR 技術(shù)的應(yīng)用主要是通過(guò)遠(yuǎn)程協(xié)作的方式輔助智慧運(yùn)維工作的開(kāi)展。具體而言，AR 技術(shù)可以通過(guò)語(yǔ)音視頻或者實(shí)時(shí)標(biāo)注等方式完成遠(yuǎn)程協(xié)作，讓遠(yuǎn)端設(shè)備和近端設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理，實(shí)時(shí)標(biāo)注運(yùn)用能夠?qū)χ笇?dǎo)建議進(jìn)行演示并將結(jié)果同步，優(yōu)化遠(yuǎn)程協(xié)作管理場(chǎng)景，將協(xié)作過(guò)程的服務(wù)效能不斷提高。使用AR 眼鏡讓管理者身臨其境獲得遠(yuǎn)程協(xié)作體驗(yàn)，協(xié)作過(guò)程更加高效，可將數(shù)據(jù)保存。同時(shí)AR 技術(shù)應(yīng)用之下，機(jī)電運(yùn)維人員可佩戴智能裝備，利用移動(dòng)終端對(duì)于電源設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)情況全方位識(shí)別，提供檢測(cè)結(jié)果，并將信息通知對(duì)應(yīng)路段的運(yùn)管人員，如果發(fā)現(xiàn)疑難問(wèn)題，還可與業(yè)務(wù)專家建立遠(yuǎn)程連接，獲得專業(yè)指導(dǎo)，在線解決運(yùn)維環(huán)節(jié)遇到的難題，提高運(yùn)維效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

高速公路智慧運(yùn)維是機(jī)電系統(tǒng)未來(lái)管理主要方向，智慧運(yùn)維需要搭建智慧化管理系統(tǒng)，利用管理模塊功能，監(jiān)測(cè)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其展開(kāi)生命周期管理。在智慧運(yùn)維體系之下，融合運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，完成機(jī)電運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、挖掘和應(yīng)用管理，為機(jī)電系統(tǒng)提供故障問(wèn)題解決方案，控制公路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，搭建智慧化的機(jī)電管理體系，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維，探索出高效的公路機(jī)電運(yùn)維新方向。