遼寧省高速公路通信管道數(shù)智運(yùn)維及運(yùn)營平臺設(shè)計(jì)

李 論

(遼寧交通信息技術(shù)有限公司 沈陽市 110166)

1 概述

目前遼寧省高速信息化已具備一定規(guī)模，在高速公路整體管控上我們正向著智能化發(fā)展。作為高速公路機(jī)電三大系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施——高速公路通信管道，其運(yùn)維管控信息化程度較低，管道、豎井的信息仍然依靠人工盤點(diǎn)，維護(hù)、修理工單管理缺乏信息化的手段，方式落后，時效得不到保證，隨著高速公路數(shù)字化、智能化的加速發(fā)展，作為基礎(chǔ)設(shè)施的通信管道“數(shù)智”化管理正是當(dāng)務(wù)之急。

為解決以上問題，遼寧艾特斯智能交通技術(shù)有限公司結(jié)合本公司業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案，設(shè)計(jì)了一套高速公路通信管道數(shù)智運(yùn)維平臺，該平臺結(jié)合GIS和BIM技術(shù)，可接入物聯(lián)網(wǎng)傳感器，自動識別部分管道狀況，通過AI算法自動向通信管道維護(hù)人員派發(fā)保養(yǎng)、維修工單，實(shí)現(xiàn)高速公路通信管道的智慧運(yùn)維、高效處置，為高速公路機(jī)電系統(tǒng)提供一個良好的底層基礎(chǔ)設(shè)施。通過運(yùn)營平臺，通信管道的租賃業(yè)務(wù)線上化、智能化，使通信管道的運(yùn)維與運(yùn)營結(jié)合，一體化服務(wù)，充分利用通信管道資源。

2 系統(tǒng)需求

2.1 通信管道運(yùn)維現(xiàn)狀

遼寧省高速公路總里程達(dá)4300余公里，配套通信管道總里程與高速公路總里程基本一致[1]，這么多里程的通信管道遍布在全省高速路網(wǎng)，每年需要大量的維護(hù)和修理工作[2]，目前的通信管道運(yùn)維模式幾乎全部由人工完成，業(yè)主單位通過巡檢或者發(fā)現(xiàn)通訊故障，報送運(yùn)維中心，運(yùn)維中心人工記錄并通過電話派發(fā)給負(fù)責(zé)該片區(qū)的維護(hù)人員，工單處理完畢，同樣再通過人工方式回報，整個環(huán)節(jié)全部由人工完成，原始而低效。

通信管道的使用不僅是高速公路機(jī)電系統(tǒng)自用，各大電信運(yùn)營商也會租用高速公路的通信管道，隨著社會的發(fā)展，運(yùn)營商租用管道的需求也不斷提高。通信管道作為一種資源，其可租管段的參數(shù)指標(biāo)、狀態(tài)、租用方的信息，以及為租用方提供的管道報修、運(yùn)維服務(wù)，沒有信息化的系統(tǒng)平臺，不利于租賃業(yè)務(wù)的拓展。目前運(yùn)營商租用的通信管道大部分是京哈高速沿線這條連接外省的主干道管線，省內(nèi)其他城際支線通信管道成規(guī)模出租，以及主干線擴(kuò)大出租，都沒有形成通信管道租賃的商業(yè)模式，沒有一個租賃服務(wù)管理平臺來支撐該業(yè)務(wù)。

2.2 業(yè)務(wù)需求

高速公路通信管道的維護(hù)，包括管道和光纜故障搶修，配套機(jī)電設(shè)備維修，管道本身及固定件的養(yǎng)護(hù)(如防腐等)，通信豎井的養(yǎng)護(hù)(如線纜盤整、清理積水雜物、更換破損井蓋等)[3]。為使管道數(shù)據(jù)能夠及時更新維護(hù)，管道全生命周期高效運(yùn)行，從業(yè)主對管道信息的管理、管道數(shù)字化和智能化維護(hù)、管道租賃，以及運(yùn)維施工方管理四個角度提出業(yè)務(wù)需求。

(1)管道信息管理

對管道的信息，平臺需要一覽全部通信管道，在全省地圖上一覽所有管道及各節(jié)點(diǎn)設(shè)施、設(shè)備的信息。管道信息應(yīng)包括路段、管道中心樁號、長度、容量、主線占用孔數(shù)、管道用途、人手孔位置及類型、人手孔用途、過路橫埋硅芯管、進(jìn)局情況、進(jìn)局占用孔數(shù)、進(jìn)局管道用途、建成年份、預(yù)計(jì)壽命等。管道豎井、管道連通口以及井內(nèi)設(shè)備具備三維建模，三維模型能夠體現(xiàn)豎井、管道信息和設(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀況，可以查看豎井實(shí)景照片以及歷史維護(hù)照片。管道可通過容量、用途等多個參數(shù)篩選，可同時查看篩選結(jié)果列表和管道地理信息。

(2)管道數(shù)字化和智能化維護(hù)

平臺提供聯(lián)網(wǎng)接口，傳感器終端可通過互聯(lián)網(wǎng)或者物聯(lián)網(wǎng)接入，平臺自動采集管道內(nèi)設(shè)備狀態(tài)以及管道內(nèi)傳感器狀態(tài)，在故障發(fā)生時能夠自動識別故障內(nèi)容，按故障嚴(yán)重程度等級分類，自動生成維護(hù)工單。通過對通信管道的數(shù)字化建設(shè)，平臺可以在未來接入更多的傳感數(shù)據(jù)，通過AI算法，可以通過各類傳感器數(shù)據(jù)預(yù)測故障，在日常巡檢養(yǎng)護(hù)中重點(diǎn)關(guān)注，來減少實(shí)際故障的發(fā)生。平臺能結(jié)合養(yǎng)護(hù)周期、沿線施工、地質(zhì)氣象災(zāi)害等管道損壞風(fēng)險，自動感知管道沿線風(fēng)險態(tài)勢并預(yù)警。

平臺具備AI智慧派單能力。對一些特定的維護(hù)工作，平臺可以自動派發(fā)工單，多個故障可以聯(lián)合派單，按照故障級別和平均維修工時，智能分配，優(yōu)化運(yùn)維人員的日程和工作路徑。平臺通過運(yùn)維人員同類故障排除數(shù)據(jù)，可以動態(tài)優(yōu)化自動派單系統(tǒng)。平臺同時具備人工錄入維護(hù)工單的能力，可以指派運(yùn)維人員，或者填寫優(yōu)先級等信息投入自動派單系統(tǒng)統(tǒng)一派單。

(3)管道租賃

對于管道的運(yùn)營包括對可租賃的管道資源的管理，通過平臺能夠查看管道租賃信息，包括租賃方信息、租賃時間、租賃容量等等信息，同時，租賃方也可以查看自己租賃的管道以及可以租賃的空閑管道，在線上下單，生成電子合同。平臺對管道業(yè)主方和租賃方提供一個業(yè)務(wù)平臺，租賃方可以看到自己租用的管道維護(hù)狀況，也可以對管道使用中發(fā)生的故障生成工單，派發(fā)給維護(hù)施工人員。

(4)一線施工人員管理

管理人員能夠查看管道運(yùn)維信息，包括管道當(dāng)前的和歷史的故障，維護(hù)人員工單和維護(hù)軌跡，能夠通過平臺直接聯(lián)系維護(hù)人員。具備智能巡檢輔助功能，巡檢人員通過客戶端將巡檢日志、故障點(diǎn)、故障信息上傳系統(tǒng)。施工人員可以通過客戶端接收工單，查看故障地點(diǎn)，導(dǎo)航前往，在一次維護(hù)中，多個故障工單可以根據(jù)施工人員實(shí)時位置動態(tài)調(diào)整維護(hù)順序。施工人員針對某一維護(hù)工單，可以填寫維護(hù)點(diǎn)位當(dāng)前狀態(tài)，拍照上傳留檔，填寫維護(hù)內(nèi)容，維護(hù)后可以拍照上傳，然后完結(jié)工單。維護(hù)施工方可從平臺導(dǎo)出工單列表，并計(jì)算工作量。

2.3 功能需求

針對平臺業(yè)務(wù)需求，提出平臺建設(shè)的具體功能需求，共分為養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)、租賃業(yè)務(wù)、施工方移動端三大類。圖1為具體的平臺功能需求圖。

圖1 平臺功能需求圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)能夠通過NB-IoT等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入終端感知設(shè)備，系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于智能感知設(shè)備和人工錄入，人工錄入信息主要為很少變更的管道基礎(chǔ)信息。整個平臺系統(tǒng)是智慧運(yùn)維運(yùn)營大腦，管道運(yùn)維養(yǎng)護(hù)模塊是核心功能，支持業(yè)主管理、租賃用戶報修維護(hù)、巡檢人員巡檢以及運(yùn)維養(yǎng)護(hù)施工隊(duì)施工，模塊包括智慧實(shí)時調(diào)度、智慧工單管理、AI派單等核心功能，對管道運(yùn)維養(yǎng)護(hù)工作提供智慧、高效的數(shù)字化服務(wù)。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

對于用戶，平臺使用GIS+BIM等技術(shù)，將管道整體情況展示給業(yè)主、管道租賃方、施工隊(duì)和巡檢人員，提供可視化的操控界面。針對管道租賃業(yè)務(wù)，具有租賃業(yè)務(wù)管理平臺，與運(yùn)維養(yǎng)護(hù)模塊聯(lián)動，租賃業(yè)主可以查看管道運(yùn)維情況選擇想要租賃的管道，針對已租賃的管道可以進(jìn)行管理、報修，并查看管道的運(yùn)維狀況。在巡檢和維修施工中，采用AR技術(shù)輔助故障點(diǎn)標(biāo)記，輔助維修施工。

3.2 功能設(shè)計(jì)

(1)管道信息管理

對于管道的管理，將管道實(shí)時占用狀態(tài)、養(yǎng)護(hù)情況以及維修點(diǎn)虛擬的AR標(biāo)記展現(xiàn)在管道模型上。過長且單一的管道不使用BIM還原，而在GIS中以線型圖層表示，管道起始截面、關(guān)鍵的管道節(jié)點(diǎn)、豎井、機(jī)房、機(jī)柜，以及各類交換機(jī)、路由器、中繼器、傳感器等使用BIM建模，全省境內(nèi)所有管道情況可以在GIS+BIM的模式下直觀地一覽，平臺提供管道信息管理后臺，用戶可以手動修改維護(hù)管道信息。

(2)智慧養(yǎng)護(hù)

智慧養(yǎng)護(hù)功能包括AI派單算法、智慧工單管理、智慧實(shí)時調(diào)度等核心算法。系統(tǒng)通過傳感器、巡檢人員報修、用戶報修、設(shè)備故障等信息，生成維修事項(xiàng)，通過智能算法，拆解、合并事項(xiàng)生成維修工單。系統(tǒng)能夠通過施工隊(duì)狀態(tài)、實(shí)時定位、歷史工作情況以及已派發(fā)工單，通過AI算法智能派發(fā)工單，智能排序施工隊(duì)工單序列，使維修養(yǎng)護(hù)任務(wù)高效完成。工單管理智能化，通過智能算法自動判別流轉(zhuǎn)，無論業(yè)主用戶還是施工隊(duì)用戶，都能盡少地管理工單，減少用戶操作，提高工單周轉(zhuǎn)效率。智慧實(shí)時調(diào)度功能，為業(yè)主方提供調(diào)度平臺，通過施工隊(duì)等一線人員的數(shù)字化管理信息，能夠智能輔助業(yè)主調(diào)度，預(yù)估調(diào)度處理時效，通過一線人員客戶端，可以完成指揮中心與一線的視頻、語音連線，調(diào)度情況以及現(xiàn)場報告同步留痕。

(3)養(yǎng)護(hù)周期預(yù)測及風(fēng)險感知

養(yǎng)護(hù)預(yù)測功能包含維護(hù)預(yù)測算法，以及維護(hù)計(jì)劃制定功能模塊。管道根據(jù)基礎(chǔ)信息、正常的維護(hù)周期以及歷史維修記錄，預(yù)測管道維護(hù)周期。針對管道不同片區(qū)，自動將范圍內(nèi)管道維護(hù)制定維護(hù)計(jì)劃，并生成工單進(jìn)入到AI派單模塊，實(shí)現(xiàn)全部管道高效維護(hù)。系統(tǒng)抓取全省高速公路沿線地質(zhì)、氣象災(zāi)害，以及沿途施工、事故等信息，通過算法分析，預(yù)測管道養(yǎng)護(hù)風(fēng)險，向業(yè)主方、施工方等相關(guān)人員發(fā)送預(yù)警信息。

(4)管道租賃業(yè)務(wù)

管道租賃業(yè)務(wù)形式類似電商平臺，可租賃的管道是商品，需求方通過商品展示界面選擇商品，即通過管道GIS+BIM全省圖一覽所有可以租賃的管道，可以查看管道可租賃的容量、到期時間、規(guī)格、價格等信息。租賃需求方可以自主選擇想租賃的多段管道，配置每段管道的租賃內(nèi)容，打包租賃，自動生成租賃訂單及租賃合同，租賃雙方可以通過線上方式簽署租賃合同。租賃方對租賃的管道進(jìn)行管理，查看已租管道信息，包括已租管道運(yùn)維養(yǎng)護(hù)情況，租賃業(yè)務(wù)功能模塊對接到運(yùn)維養(yǎng)護(hù)模塊，管道租賃方發(fā)現(xiàn)管道故障，可以直接報修，生成工單進(jìn)入到AI智能派單系統(tǒng)中。管道租賃業(yè)務(wù)與運(yùn)維養(yǎng)護(hù)模塊聯(lián)動，數(shù)據(jù)信息互通，向管道租賃方提供管道養(yǎng)護(hù)的相關(guān)信息，為租賃方提供優(yōu)質(zhì)的管道租賃服務(wù)。

(5)巡檢客戶端

巡檢客戶端為一款手機(jī)APP，巡檢客戶端包括巡檢日歷，用戶可以自動生成巡檢日程，并對自動生成的日程進(jìn)行修改。針對每次巡檢任務(wù)，客戶端提供巡檢記錄，巡檢員通過巡檢記錄功能記錄巡檢工作。在巡檢管道時，發(fā)現(xiàn)故障問題，可以通過AR標(biāo)記，標(biāo)記在管道巡檢信息中并同步到管道運(yùn)維養(yǎng)護(hù)模塊中。

(6)施工隊(duì)客戶端

施工隊(duì)客戶端與巡檢客戶端是同一個APP的不同用戶角色界面。功能包括施工任務(wù)日歷，任務(wù)日歷是運(yùn)維養(yǎng)護(hù)模塊的AI智能派單算法自動生成的，運(yùn)維養(yǎng)護(hù)調(diào)度中心可以實(shí)時調(diào)度施工隊(duì)，施工任務(wù)日程可以實(shí)時動態(tài)改變，APP對施工隊(duì)發(fā)出任務(wù)變更通知，并提供融合通信手段供調(diào)度中心與施工隊(duì)實(shí)時交互?？蛻舳讼蚴┕り?duì)提供兩個工單任務(wù)的導(dǎo)航信息，幫助施工隊(duì)快速趕往下一處施工點(diǎn)施工，在施工現(xiàn)場可以通過AR輔助快速定位故障點(diǎn)。施工隊(duì)可以通過客戶端查看工單詳情，上報工單處置詳情，做養(yǎng)護(hù)維修記錄，記錄工作量。圖3為施工隊(duì)客戶端設(shè)計(jì)界面。

圖3 施工隊(duì)客戶端設(shè)計(jì)界面

4 應(yīng)用及效益分析

遼寧省省內(nèi)通信管道運(yùn)維業(yè)務(wù)由遼寧艾特斯智能交通技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)，在遼寧高速數(shù)字化轉(zhuǎn)型大背景下，需要信息化的手段將管道運(yùn)維業(yè)務(wù)科學(xué)高效地管理起來。運(yùn)維系統(tǒng)上線后，工單的產(chǎn)生、派發(fā)通過AI方式，快速有效，對管道的定期巡檢數(shù)據(jù)同步更新到系統(tǒng)中，省去每幾年進(jìn)行一次的管道普查。通過系統(tǒng)的上線運(yùn)行，可以節(jié)省通信管道維護(hù)成本，管道信息能夠保持新鮮度，運(yùn)維施工精準(zhǔn)高效。

管道運(yùn)營業(yè)務(wù)，即租賃業(yè)務(wù)，可以方便地將可租賃管道投放到租賃平臺，有租賃需求的各方客戶可以注冊用戶，并直觀查看、篩選、選擇想要租賃的管線，線上下單，線上簽署租賃合同，高效方便，同時管線可根據(jù)租賃熱度差異化定價，進(jìn)一步拓展租賃業(yè)務(wù)，為管道運(yùn)營創(chuàng)收。在管道租賃業(yè)務(wù)平臺，與管道維護(hù)平臺互通，客戶直接報修，實(shí)時查看維修進(jìn)度，隨時查看管道養(yǎng)護(hù)狀態(tài)，為客戶提供更佳的服務(wù)體驗(yàn)。

一線巡檢、施工人員，可以按照客戶端指示有序完成任務(wù)工單，平臺AI派單算法計(jì)算施工隊(duì)路線、工作量、能力以及任務(wù)的優(yōu)先級，科學(xué)合理提高一線人員工作效率，通過數(shù)字化手段賦能管道運(yùn)維。

5 結(jié)束語

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型在全社會各行各業(yè)推廣，利用數(shù)字化手段賦能各項(xiàng)業(yè)務(wù)迫在眉睫，遼寧省高速公路全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型正處在起步初期，高速公路養(yǎng)護(hù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型正是高速公路全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)。通信管道運(yùn)維及運(yùn)營管理系統(tǒng)，正是高速公路養(yǎng)護(hù)中的通信管道養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的嘗試，系統(tǒng)平臺的作用不僅僅是通信管道管養(yǎng)的信息化，更結(jié)合了AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，通過數(shù)字化的手段優(yōu)化現(xiàn)在的運(yùn)管維護(hù)業(yè)務(wù)流程和模式，為業(yè)務(wù)賦能。平臺結(jié)合通信管道運(yùn)維業(yè)務(wù)以及對管道租賃的運(yùn)營業(yè)務(wù)，打通兩者聯(lián)系，互相促進(jìn)，優(yōu)化運(yùn)維模式，為管道租賃者提供更高效優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，為高速公路業(yè)主創(chuàng)收。通信管道運(yùn)維及運(yùn)營數(shù)字化轉(zhuǎn)型系統(tǒng)，作為先行先試場景，未來可以拓展應(yīng)用在整個高速智慧養(yǎng)護(hù)上面，優(yōu)化養(yǎng)護(hù)流程，為智慧高速賦能。