公路多源機電運維數據統一接入方法研究

摘 要：隨著路網規(guī)模的持續(xù)擴大，其結構也變得越來越復雜，機電設備呈現出分布較廣、類型多、不易管控等問題，單一的經營管理模式已難以匹配機電設備的高效運轉，自動化和精細化管理已成為公路設備的必然發(fā)展方向。然而，多源數據接入和處理存在效率低、時延低等問題。因此，文章基于數據接入問題，提出了一種接入模型和方法，通過數據庫構建和實時處理，實現高并發(fā)的接入，為設各運維奪實信息基礎，從而提升運行效率，從源頭上處理運維中出現的問題。

關鍵詞：機電設備：公路：數據接入：通信機制

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：A

１ 引言

國內公路建設縱向布局，公路施工、運營和管護的機電裝置也隨之增多，因此所需處理的信息呈上升式增長。按照有關文件要求和智慧交通的發(fā)展，設計符合新時代需求的公路機電運維管理系統已是必然方向，其中，實現實時監(jiān)測和安全預警尤為關鍵，其形成的數據將是公路運維發(fā)展的核心突破口，但因數據格式不統一、數據指標不同，研究存在數據無法規(guī)模化、價值可能丟失等問題。因此，為解決上述難點，本文對多源運維數據處理框架進行了分析。

２ 公路多源狀態(tài)設備數據處理框架及系統性能要求

按照公路業(yè)務需求和技術發(fā)展情況，基于全面服務以及全業(yè)務管理，面向公路機電設備，針對數據接入標準、拓展設備不統一，以及可能發(fā)生斷電的現象，提出機電運維數據處理框架。數據采集層是對設備狀態(tài)有關數據開展采集，如車速、視頻等；對于接入層，其借助接口、網關等方法達到數據接入；對于系統處理層，其通過數據處理方法達到挖掘，提高數據利用價值；對于系統儲存層，其以達到數據高效、低延遲保存為主；對于系統應用層，將根據處理價值，對不同的機電業(yè)務進行數據開展處理，并開發(fā)相關功能，為智慧系統構建奠定數據基礎，以提高公路監(jiān)管的自動化和精細化程度［１］ 。系統性能需求如表１ 所列。

３ 公路多源設備運維數據的接入模型和方法

針對公路多源設備運維數據的接入方法，本文主要從運維數據接入、數據安全管理和傳遞方面進行探究，其中運維數據安全管理和傳輸，又包括權限管理、公路機電設備協議轉換及安全傳輸等，以期為相關研究起到一定的借鑒作用。

３．１ 公路多源設備運維數據動態(tài)接入

目前，公路機電設備不斷增長，各個路段設備也選用了不同廠家的型號，并具備特殊數據傳遞的方式，為了實現實時管理和運維，本文對多源數據接入方式開展探究。公路機電設備一般包括傳感器、攝像頭、條形碼等，其形成的數據可以分為多種數據，如運行和公路運維數據，但因為廠家、數據格式不同容易造成數據孤島、安全度不高等問題?；诖?，為達到高效分析和及時響應，提供接入模型，將數據接入適配器中，并將數據接入和解析相結合。為提高處理能力并實現統一處理，針對非結構化數據，將其轉變?yōu)榻Y構化數據，并根據知識圖譜和引擎等開展搜索，然后在服務器上開展部署，將各種來源數據注冊，給予其注銷、查詢等能力，從而滿足業(yè)務和功能需求。

３．２ 采取智能網關方法達到遠程控制

數據安全是聯網運營的關鍵，達到加密保存與分級管理是研究的重點。因此，基于各種設備數據，通過智能網關的方法達到數據遠程控制，以及設置權限對數據開展訪問和操作。（１）訪問模式?；谝韵略L問模式達到數據安全，首先最高權限的管理者層次，這一類人員一般是部門領導，能根據需求開展數據訪問；其次，運維工作者，可以訪問設備狀態(tài)數據，進而判定設備工作狀況；最后，外部人員，僅能對數據開展讀取，基于權限管理，給予相應的權限，在滿足用戶需求的基礎上，確保數據安全。（２）公路機電設備協議轉換。為了打通信息壁壘，借助協議轉換確定標準協議，對機電協議根據標準協議開展轉換，以實現各機電協議間的彼此操作，從而轉變?yōu)闃藴驶瘮祿?。（３）數據加密傳輸。為了避免數據出現丟失、被篡改等問題，網關使用通信技術，以及融合加密技術，達到加密傳輸，采取多種方式避免數據泄密，如數字簽名、身份認定，從而確保傳輸的安全與全面。

４ 公路多源機電設備運維數據動態(tài)適配

在數據接入中，數據適配是核心，能夠提供檢索功能，達到系統的后續(xù)適配。

基于此，提出一種Ｓｐｒｉｎｇ Ｂａｔｃｈ 的批處理框架以達到數據適配，并實現復雜數據處理，定期應用，框架給予了可重用功能，對處理數據尤為關鍵?？蚣馨瑧脤?、處理層與設施層。對于應用層，是程序員開展底層的開發(fā)，如開發(fā)庫；對于框架的核心處理層，包括功能實現所需的類；對于框架設施層，是外界用戶，給予數據端口和控制端口?；跀祿鞓嫿?、數據解析和持久化達到動態(tài)適配。

４．１ 公路機電運維數據預處理及數據庫建設

４．１．１ 保證數據引用的有效與精準

在接入后，預處理屬于提升數據質量的首步，基于數據清洗、聚類等消除數據處理重復值、異常值造成的影響，確保引用的精準性及有效性。

（１）公路多源設備運維數據清洗步驟。

在數據接入中，伴隨時間改變呈現出數據增長的形式，為了挖掘有用的知識，清洗屬于提升數據質量的首步。所以，對于公路狀態(tài)數據出現的問題，如重復錄入、不集中、分析程度不高等，提供分布式并行框架的方法，并結合Ｈａｄｏｏｐ 平臺的優(yōu)勢，使用聚類算法特征，根據期望值對數據開展清洗。以下是詳細步驟：以Ｈｉｖｅ 保存多源設備運維數據，且導入知識庫；開展模型訓練，針對數據源提供屬性權重；利用ＳＮＭ算法開展聚類分區(qū)；針對權重系數及相似度，把二者進行相乘，獲取數據間的相似度，且記載；整合相識度大的記錄；衡量數據能否達到質量監(jiān)測；符合則寫回庫中，不符合則進行清洗［２］ 。

（２）公路多源設備運維數據標準化處理。

為了達到運維數據標準化，采取數據編碼的方法，對數據開展壓縮，在確保精度的基礎上，處理零散、稀疏等問題。之后，根據式子（１）達到轉換，確保數據處于映射區(qū)域，其中ｘｉ 表示變量，ｘｍｉｎ 表示最小值，ｘｍａｘ表示最大值，Ｍｒ 是映射最左端，Ｍｉ 是最右端，根據式子（２）開展歸一化為ｘ′。

ｘ′ ＝ｘｉ －ｘｍｉｎ ／ ｘｍａｘ－ｘｍｉｎ?（Ｍｒ －Ｍｉ ）＋Ｍｉ （１）

ｘ′ ＝ｘｉ －ｘｍｉｎ ／ ｘｍａｘ－ｘｍｉｎ （２）

（３）公路設備運維數據聚類。

為了讓數據聚類精度高，以及有較強的抗噪聲能力，使用數據聚類算法，維持數據保存長度與方式，便于２ 次處理和應用，以下是詳細的步驟：明確類別數目（用ｋ 來表示），且定位ｋ 個中心點；基于所有樣點，確定間距最短的中心點，與其間距最小的點是一個類，如此一來，實現了１ 次聚類；衡量類別狀況是否一樣，若一樣，那么算法結束；若不一樣，則對不同類別的樣本點，計量它們的中心點，當作新中心點，返至第二步。基于以上幾步，達到數據聚類。

４．１．２ 空間及屬性數據庫建設

在接入很多數據時，短期內會導致系統壓力過高從而造成丟失，有時還會造成系統崩潰，因此接入時以空間、屬性數據庫建立為主。對于空間數據庫，其包括道路信息、高程模型；對于屬性數據庫，其包括橋梁、機電對象類，一般用于描述位置信息。采取這一方法達到對設備狀態(tài)的數據開展壓縮與保存。面向對象建設數據庫的方法，確保模塊低耦合特點。針對設備狀態(tài)數據的保存，因為規(guī)模擴大，單機難以保存，所以選擇分布式方法擴大保存規(guī)模。

４．２ 公路機電運維數據解析、轉換及持久化保存

（１）公路機電運維數據解析和轉換。

在實現接入和數據庫建設后，使用給予的數據讀取、處理等達到解析，基于讀取數據，對其開展處理，轉變?yōu)榻y一格式之后開展并發(fā)。針對源數據庫，將其轉換至中間數據庫，然后基于關聯關系，把數據轉換至目標數據庫，再在其中達到轉換和集成的目的，此方式有效防止轉換期間因為意外造成數據質量降低的問題。

（２）公路機電設備運維數據持久化。

在公路機電設備發(fā)生故障、斷電等現象時，容易出現數據丟失，為了防止這類情況的發(fā)生，需借助設備運維數據特性，把數據儲存到服務器中，盡可能使用數據庫特性，以實現對數據的讀取和查詢等，從而確保數據的全面性和持久性。根據Ｓｐｒｉｎｇ Ｂａｔｃｈ 技術，以下是詳細過程：在其中設置功能接口，一般情況下，會涉及多類接口，如事件類接口，之后開展邏輯關系處理，在庫中達到端到端的保存，數據有著保存和讀寫能力，方便開展篩選、提取。

５ 公路多源機電設備運維數據通信機制

隨著公路設備運維數據交互越來越多，傳統單一的數據傳輸手段已難以符合數據的指數級增長。因此，基于發(fā)布機制和訂閱機制，結合面向業(yè)務，以及根據需求分發(fā)的設計思想，基于研究業(yè)務流程，明確數據通信機制。主要從以下方面進行了探討。

（１）數據提供方。在公路設備運維信息傳遞模型中，發(fā)布方也就是信息提供方，管理發(fā)布信息，且基于詳細的主題信息和接收方構建關聯，在域內發(fā)布主題。所有發(fā)布者發(fā)布的信息并非一個，主題便是構建一個數據寫入人員，對機電運維數據進行管理。

（２）消息。對于話題信息通信而言，主要指發(fā)布者與訂閱者采取話題信息的方式接發(fā)信息，使用者能夠設計消息數據種類、主題信息等，相同話題可存在數個話題的訂閱者，因此消息能夠達到一對一或一對多的通信［３］ 。

（３）數據接收者。在設備運維信息傳遞模型中，訂閱方也就是信息接收方，對主題訂閱進行負責，使用者能夠結合具體應用和個人需要訂閱相應的信息，同時在域中能夠找到信息提供方，從而構建二者的基本通信狀況，接收者訂閱的主題也并非僅有一個，如在車輛管理控制系統中，除了需接收路段線圈信息，也能夠訂閱交叉路口信息。

６ 結束語

本文針對數據接入方式的不足，提供一種接入模型和實現方式，切實使用設備形成的數據，通過數據庫構建、數據解析和持久化，以達到高時效的接入，保證數據的精準性和全面性，為公路防汛、數據統計提供有力的保障。

參考文獻：

［１］ 孫文俠，何濤．高速公路機電運維管理智慧化發(fā)展淺析［Ｊ］．公路，２０２２，６７（２）：３８６?３９１．

［２］ 范敬光．高速公路機電設備智慧運維實踐［Ｊ］．交通世界，２０２２（Ｚ１）：２１９?２２０．

［３］ 趙琪，郭森科，潘成瑤．智慧運維管控平臺系統［Ｊ］．中國交通信息化，２０２１（１０）：１３０?１３１＋１３４．

作者簡介：

羅劍（１９７７—），本科，工程師，研究方向：設備維護與系統集成。