高速公路機(jī)電設(shè)備智慧運(yùn)維平臺(tái)研究與應(yīng)用

康 上

（山東高速股份有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

高速公路機(jī)電設(shè)備主要由監(jiān)控、收費(fèi)、供配電、通信等模塊構(gòu)成，為高速公路的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要支撐。隨著信息技術(shù)在高速公路領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，智慧高速建設(shè)逐漸成為我國交通新基建的熱點(diǎn)，在為社會(huì)公眾提供高質(zhì)量出行服務(wù)的同時(shí)，也導(dǎo)致了機(jī)電設(shè)備的規(guī)模呈現(xiàn)不斷增長的趨勢(shì)。

設(shè)備種類繁雜、數(shù)量多、分布范圍廣、所處環(huán)境復(fù)雜等問題為高速公路機(jī)電設(shè)備的運(yùn)維管理帶來了巨大的壓力，傳統(tǒng)的運(yùn)維管理模式已不能滿足高標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的需要[1]。此外，各機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，存在信息壁壘，無法充分挖掘出數(shù)據(jù)的價(jià)值。建設(shè)基于“人工智能+大數(shù)據(jù)”的高速公路機(jī)電設(shè)備智慧運(yùn)維平臺(tái)，可有效提升運(yùn)維管理效率，實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)維護(hù)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)預(yù)防，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 研究現(xiàn)狀及需求分析

1.1 機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理現(xiàn)狀

1.1.1 運(yùn)維管理任務(wù)繁重

高速公路機(jī)電設(shè)備技術(shù)含量高、結(jié)構(gòu)精細(xì)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，其運(yùn)維管理工作是一項(xiàng)繁雜且系統(tǒng)化的任務(wù)。隨著信息化技術(shù)在機(jī)電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，機(jī)電設(shè)備的種類與數(shù)量與日俱增，再加上日、周、月、年固有的定期檢查與改造升級(jí)工程，使得機(jī)電管理任務(wù)較為繁重。各類新型軟硬件設(shè)施在高速公路沿線密集部署，對(duì)運(yùn)維管理人員的專業(yè)化水平提出了更高的要求，在日常運(yùn)維管理工作中，普遍存在運(yùn)維成本高、故障定位難等問題[2]。

1.1.2 管理與維護(hù)模式較為落后

當(dāng)前高速公路運(yùn)營單位仍采用傳統(tǒng)的被動(dòng)式管理模式，大多依靠人工巡檢的方式進(jìn)行機(jī)電設(shè)備維護(hù)，容易造成效率低下、維修不及時(shí)等問題。在整個(gè)機(jī)電設(shè)備故障處理過程中，未能實(shí)現(xiàn)全程跟蹤，也缺乏相應(yīng)的指標(biāo)來對(duì)運(yùn)維管理人員的工作量及工作質(zhì)量進(jìn)行考核管理[3]。同時(shí)，事后缺乏對(duì)故障問題的歸納總結(jié)，難以形成科學(xué)規(guī)范的機(jī)電養(yǎng)護(hù)體系。對(duì)于共性問題進(jìn)行梳理，不僅可以提升類似問題的維修效率，還可以采取針對(duì)性措施起到預(yù)防性維護(hù)的效果。

1.1.3 機(jī)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不一致

高速公路機(jī)電設(shè)備繁多，設(shè)備的廠商、型號(hào)、技術(shù)參數(shù)也各不相同，導(dǎo)致設(shè)備間無統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，兼容性較差，不利于運(yùn)維管理人員進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)。此外，目前高速公路機(jī)電設(shè)備按照系統(tǒng)進(jìn)行劃分管理，相互之間較為獨(dú)立，缺乏統(tǒng)一的運(yùn)維管理平臺(tái)，難以全面、準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握當(dāng)前機(jī)電設(shè)備的整體運(yùn)行情況。并且未能對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元融合分析，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的導(dǎo)向作用，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理的數(shù)字化、自動(dòng)化與智慧化。

1.2 機(jī)電設(shè)備智慧運(yùn)維平臺(tái)建設(shè)需求

高速公路機(jī)電設(shè)備智慧運(yùn)維平臺(tái)建設(shè)應(yīng)以管理的實(shí)際角度為出發(fā)點(diǎn)，充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，深度發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值，數(shù)字化賦能管理，提升運(yùn)維效率與質(zhì)量，降低運(yùn)維成本，保障高速公路機(jī)電設(shè)備的平穩(wěn)有序運(yùn)行[4]。

1.2.1 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范

機(jī)電設(shè)備運(yùn)維工作專業(yè)性較強(qiáng)，因此需結(jié)合行業(yè)規(guī)范并充分考慮運(yùn)營單位工作實(shí)際明確崗位職責(zé)，完善工作制度，規(guī)范操作流程等細(xì)則，形成相關(guān)的規(guī)章制度與技術(shù)指南[5]。以全生命周期管理為理念，通過信息化技術(shù)建設(shè)統(tǒng)一的管理平臺(tái)執(zhí)行運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)巡檢工作、養(yǎng)護(hù)工作、故障維修工作的全流程監(jiān)督以及業(yè)務(wù)閉環(huán)處理。根據(jù)高速公路運(yùn)營管理部門的精細(xì)化管理要求，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的考核指標(biāo)對(duì)工作進(jìn)行量化與監(jiān)督，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)維人員的考核管理，避免由于人為因素導(dǎo)致的設(shè)備問題，提升運(yùn)維人員的工作效率。

1.2.2 集約化管理要求

建設(shè)統(tǒng)一的管理架構(gòu)，對(duì)機(jī)電設(shè)備軟硬件進(jìn)行統(tǒng)籌管控，解決因類型、廠商、型號(hào)不一導(dǎo)致的信息混亂、相互獨(dú)立等問題。整合各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，打破信息壁壘，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)流通，充分利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、融合、分析，發(fā)揮數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值，為制定運(yùn)維管理工作的相關(guān)決策提供支撐。

1.2.3 構(gòu)建學(xué)習(xí)型平臺(tái)

隨著智慧高速建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)維人員的技術(shù)要求也越來越高，建設(shè)可持續(xù)學(xué)習(xí)型平臺(tái)的需求迫在眉睫。借助數(shù)字化管理平臺(tái)自動(dòng)對(duì)設(shè)備基本參數(shù)、日常遇到的問題及維修流程進(jìn)行歸納總結(jié)，形成專屬知識(shí)庫，構(gòu)建多元化、立體化、個(gè)性化的人才培養(yǎng)體系，從工作中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中提高，豐富運(yùn)維人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)，才能滿足當(dāng)前機(jī)電設(shè)備不斷迭代更新的趨勢(shì)。

1.2.4 運(yùn)維管理智慧化

智慧運(yùn)維貫穿于機(jī)電設(shè)備全生命周期過程中，主要包括預(yù)防性維護(hù)、故障自動(dòng)上報(bào)、智能診斷、業(yè)務(wù)閉環(huán)等內(nèi)容。應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全時(shí)段監(jiān)測(cè)，主動(dòng)評(píng)估設(shè)備狀態(tài)從而及時(shí)干預(yù)可能出現(xiàn)問題的設(shè)備，將問題解決于萌芽狀態(tài)，減少設(shè)備故障帶來的影響與損失。在發(fā)生故障時(shí)應(yīng)能自動(dòng)預(yù)警與定位，利用人工智能算法進(jìn)行診斷分析，為運(yùn)維人員提供參考依據(jù)，以數(shù)字化手段提升運(yùn)維工作的效率。

1.2.5 平臺(tái)功能定制化

管理平臺(tái)具有功能豐富、用戶面廣泛的特點(diǎn)，不同崗位的工作人員對(duì)平臺(tái)的功能需求是不同的。因此，為提高平臺(tái)的使用效率，需針對(duì)工作人員的崗位職責(zé)進(jìn)行功能及數(shù)據(jù)權(quán)限的精細(xì)劃分，根據(jù)工作實(shí)際進(jìn)行功能的定制化展示，達(dá)到千人千面的目的，為工作人員提供便捷、高效、友好的交互模式。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

高速公路機(jī)電設(shè)備智慧運(yùn)維平臺(tái)建設(shè)是在吸取總結(jié)以往運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字化手段，以用戶為中心，以結(jié)果為導(dǎo)向，立足于高速公路機(jī)電運(yùn)維部門的職能管理需求，打造的功能完善的機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、制度化、智能化的目標(biāo)，提升工作效率，使事前預(yù)警、事中定位、事后分析成為運(yùn)維工作的常態(tài)。

高速公路機(jī)電設(shè)備智慧運(yùn)維平臺(tái)整體架構(gòu)如圖1所示，分為物理設(shè)備層、數(shù)據(jù)管理層、應(yīng)用服務(wù)層、業(yè)務(wù)系統(tǒng)層、用戶層。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）物理設(shè)備層。利用物聯(lián)網(wǎng)、Agent代理、消息中間層等技術(shù)方法接入高清攝像頭、門架、情報(bào)板、收費(fèi)設(shè)施、通信系統(tǒng)、照明設(shè)施等各類高速公路機(jī)電設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)管理層。構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺(tái)，設(shè)立機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理規(guī)范，對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)。將采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、存儲(chǔ)、挖掘，為上層應(yīng)用數(shù)據(jù)提供支撐，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通共享。（3）應(yīng)用服務(wù)層。以大數(shù)據(jù)平臺(tái)為底座，統(tǒng)籌系統(tǒng)整體業(yè)務(wù)邏輯，向前端應(yīng)用提供接口。通過物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、模式識(shí)別、邊緣計(jì)算、人工智能等技術(shù)手段，提供個(gè)性化、智慧化的功能。（4）業(yè)務(wù)系統(tǒng)層。根據(jù)機(jī)電設(shè)備運(yùn)維部門的實(shí)際需求和業(yè)務(wù)場(chǎng)景，提供基礎(chǔ)信息管理、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)、運(yùn)維流程管理、備品備件管理等對(duì)外應(yīng)用服務(wù)，滿足多樣化的需求；自動(dòng)生成各類運(yùn)營指標(biāo)及分析報(bào)表。（5）用戶層。以便捷、靈活、高效為操作目標(biāo)，通過App、小程序、PC端等方式向管理人員、運(yùn)維人員提供人機(jī)交互界面。

3 主要業(yè)務(wù)功能

3.1 基礎(chǔ)信息管理

依據(jù)行業(yè)規(guī)范與技術(shù)指南，結(jié)合高速公路運(yùn)營單位工作實(shí)際，梳理監(jiān)控、收費(fèi)、供配電、通信等所有主要機(jī)電設(shè)備的ID、名稱、類型、廠商等基本信息及關(guān)鍵參數(shù)，通過NFC或二維碼等方式為每個(gè)機(jī)電設(shè)備建立唯一的身份標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)一編碼管理；對(duì)設(shè)備的采購、使用、維修、報(bào)廢等情況進(jìn)行記錄，登記保存設(shè)備的出庫信息，跟蹤設(shè)備的去向，明確設(shè)備的所屬負(fù)責(zé)人，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。運(yùn)維人員也可根據(jù)設(shè)備使用情況對(duì)壽命進(jìn)行評(píng)估以及準(zhǔn)備相應(yīng)備件。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行分類、存儲(chǔ)、管理，機(jī)電運(yùn)維管理人員可通過PC端平臺(tái)搜索查閱該設(shè)備的所有信息，一線作業(yè)人員也可使用手機(jī)掃描二維碼查閱設(shè)備詳情，為運(yùn)維管理提供依據(jù)。此外，平臺(tái)對(duì)機(jī)電設(shè)備從類型、品牌、分布、總覽等角度進(jìn)行多維度的統(tǒng)計(jì)分析，可使管理人員對(duì)當(dāng)前機(jī)電設(shè)備資產(chǎn)有全面的把握。

3.2 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)及預(yù)警

在業(yè)務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的邊緣計(jì)算服務(wù)器，通過接口協(xié)議或安裝智能采集器的方式實(shí)時(shí)采集局域網(wǎng)內(nèi)的攝像頭、門架、機(jī)房、收費(fèi)車道等硬件設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行清洗、治理、存儲(chǔ)與挖掘。此外，管理平臺(tái)與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)互通，獲取設(shè)備的運(yùn)行日志，分析判斷有無報(bào)錯(cuò)信息，作為輔助手段對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，幫助管理人員實(shí)時(shí)掌握機(jī)電設(shè)備的整體運(yùn)行情況。

基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)信息、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境等海量數(shù)據(jù)進(jìn)行多源融合處理，并通過數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等技術(shù)，為每個(gè)設(shè)備生成健康監(jiān)測(cè)模型，在管理平臺(tái)的設(shè)備監(jiān)測(cè)可視化模塊對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行集中統(tǒng)一展示。運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常參數(shù)時(shí)及時(shí)預(yù)警，便于運(yùn)維人員進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，降低故障發(fā)生的概率。全天候、全范圍的監(jiān)測(cè)可有效提高巡檢效率，避免僅靠人為巡檢出現(xiàn)錯(cuò)漏問題。在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)管理平臺(tái)快速定位設(shè)備位置及異常參數(shù)，根據(jù)事故類型、人員空閑狀態(tài)等因素綜合判定，自動(dòng)向管理人員、運(yùn)維人員進(jìn)行告警及派發(fā)工單，實(shí)現(xiàn)軟硬件設(shè)備發(fā)生故障后的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)告警、快速處理，最大程度減少因故障造成的影響。待故障解決之后，自動(dòng)進(jìn)行問題的歸納整理，形成故障解決的標(biāo)準(zhǔn)步驟，實(shí)現(xiàn)維護(hù)規(guī)范化，縮短解決同類問題的響應(yīng)時(shí)間。

3.3 運(yùn)維業(yè)務(wù)全流程管理

結(jié)合工作實(shí)際，細(xì)化機(jī)電設(shè)備故障維修的業(yè)務(wù)流程，形成故障上報(bào)、生成工單、人員到達(dá)、維修處理、備件使用、結(jié)束維修、結(jié)果評(píng)價(jià)等流程的業(yè)務(wù)閉環(huán)，多方角色可以查看流程進(jìn)行監(jiān)督，通過信息化平臺(tái)夯實(shí)相關(guān)管理規(guī)范；并依據(jù)管理規(guī)定在每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置時(shí)間統(tǒng)計(jì)，對(duì)維修及時(shí)率進(jìn)行量化。

針對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量、處理時(shí)長、成本效益、故障原因等內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)管理人員、運(yùn)維人員等角色的不同定制化分析指標(biāo)，既可為制定養(yǎng)護(hù)方案提供數(shù)據(jù)支撐，也有助于針對(duì)運(yùn)維人員的工作質(zhì)量進(jìn)行查缺補(bǔ)漏、專項(xiàng)提升，從制度上提升員工工作積極性，避免由于人為疏忽出現(xiàn)維修不及時(shí)的情況。

3.4 知識(shí)庫管理

建設(shè)高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理動(dòng)態(tài)知識(shí)庫，包含設(shè)備詳情、設(shè)備使用方法、設(shè)備保養(yǎng)方法、技術(shù)指南、養(yǎng)護(hù)指南等內(nèi)容。運(yùn)維人員處理故障問題時(shí)，可以通過知識(shí)庫查詢同類問題的解決方式，為維修工作提供便利。機(jī)電運(yùn)維部門可根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)調(diào)整知識(shí)庫內(nèi)容，以期符合當(dāng)前運(yùn)維管理工作的實(shí)際情況；相關(guān)人員可利用碎片化時(shí)間通過圖文、視頻等方式學(xué)習(xí)，通過題目進(jìn)行練習(xí)，提升自身工作素養(yǎng)。知識(shí)庫有利于提高相關(guān)人員的專業(yè)技能，打造過硬的人才隊(duì)伍。

3.5 備品備件管理

對(duì)備品備件采購、入庫、出庫、使用、報(bào)廢的全生命流程進(jìn)行跟蹤管理，實(shí)現(xiàn)備品備件管理的規(guī)范化。通過分析機(jī)電設(shè)備品牌故障率、類型故障率、已使用設(shè)備與庫存的百分比等指標(biāo)針對(duì)性地對(duì)備品備件的采購、庫存及領(lǐng)用進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到備品備件精細(xì)化管理的目標(biāo)。

3.6 可視化展示

結(jié)合GIS地圖進(jìn)行機(jī)電設(shè)備分布情況的可視化展示，并以顏色區(qū)分設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如綠色圖標(biāo)表示正常，黃色圖標(biāo)表示參數(shù)異常，紅色圖標(biāo)表示故障，管理人員、運(yùn)維人員可快速掌握機(jī)電設(shè)備運(yùn)行態(tài)勢(shì)。地圖內(nèi)容可按監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等大類進(jìn)行圖層切換，便于相關(guān)人員針對(duì)個(gè)人需重點(diǎn)關(guān)注的板塊進(jìn)行監(jiān)管。點(diǎn)擊某一設(shè)備，可查看身份標(biāo)識(shí)編碼、品牌、型號(hào)、位置、維修情況等信息。

3.7 平臺(tái)管理

平臺(tái)管理功能用于統(tǒng)籌智慧運(yùn)維平臺(tái)的全局業(yè)務(wù)邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理，主要包括角色管理、權(quán)限設(shè)置、用戶管理、個(gè)人信息等功能。系統(tǒng)管理員可以根據(jù)用戶職責(zé)的不同對(duì)數(shù)據(jù)權(quán)限和功能權(quán)限進(jìn)行劃分，提升系統(tǒng)的易用性。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，隨著高速公路數(shù)字化、智慧化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，機(jī)電設(shè)備的種類、數(shù)量也呈現(xiàn)出增長的趨勢(shì)，給運(yùn)維管理工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)當(dāng)前存在的運(yùn)維成本高、處置效率低、故障定位難等問題，基于“人工智能+大數(shù)據(jù)”技術(shù)設(shè)計(jì)了高速公路機(jī)電設(shè)備智慧運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電設(shè)備的全生命周期管理、運(yùn)維流程的規(guī)范化監(jiān)督、業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集約化管控、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)化預(yù)警與智慧化分析，該平臺(tái)將有效提升運(yùn)維管理工作的效率，保障高速公路的暢通，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。