智慧运维在高速公路机电系统管理中的应用

崔晓亮

（中贝通信集团股份有限公司，湖北武汉 430023）

随着基础建设进程的加快，我国高速公路总里程为世界第一。高速公路系统当中，交通运输正常通行需要依赖各类机电设备的支持。在全国撤站工作的实施以来，智慧公路快速涌现，对于机电设备运管要求更高，大量ETC 门架、RSU 天线投入使用，能够对公路环境实时感知。机电设备运维管理是公路安全通行的重要前提。然而，目前公路机电设备的智慧管理还存在不足，因此，需要探索智慧运维在公路机电管理中的实践运用，为公路安全提供支持。

1 高速公路的机电系统运维现状

1.1 设备生命周期管理困难

高速公路的机电设备种类较多，设备管理难度高，若单纯使用传统运维方式，可能难以抓住运维重点，因为机电设备管理需要对其状态信息进行收集，检测设备的温湿度。然而，部分公路由于物联网感知系统建立尚不完善，难以获取各类设备运行、供电或者状态信息，如果设备被损坏，系统后端也难以及时响应，道路信息感知不及时，预警信息存在误差，难以对机电设备展开生命周期管理。

1.2 设备运行故障发现滞后

如果公路当中机电设备出现故障，传统管理模式不能及时发现，定期巡检也存在滞后性，导致设备故障解决、维修工作不及时。尤其是ETC 门架或者监控设备出现故障时，就会对道路整体安全造成影响。部分机电设备难以实现远程控制，雷达开关、摄像机启闭自动化水平低，难以及时发设备故障。

1.3 设备故障排查不及时

机电设备管理，传统运维是人工方式进行，运维人员难以第一时间掌握运维信息，需要通过现场排查，通过线路清理判断故障点。由于人工排查工作效率低，故障现场处理工作复杂，耗时耗力，处理效率低，还有可能诱发安全风险。

2 智慧运维在高速公路机电系统中的建设思路

鉴于目前高速公路的运维系统存在的问题，需要建立科学的运维系统将问题解决。智慧运维管理系统的建设能够实现对机电设备的运行监管、日常维护、实时监管，对于公路资产安全的保护具有现实意义。同时，机电系统的运维目标是全方位掌握设备运行状态，根据监测信息对运管单位进行指导，使其能够制定科学的养护措施，保证机电设备的运行安全。所以，搭建智慧运维管理系统思路如下。

①通过系统能够实时捕捉机电设备运行参数、状态信息，经过对数据的分析和检测，掌握设备总体运行效果，获取单体设备的运行参数，辅助机电设备状态评估工作的开展。②通过系统能够及时发现机电设备存在的安全隐患，判断系统缺陷问题，明确投入使用的机电设备是否存在安全风险，为机电设备日常检测、隐患排查等管理工作提供指导。③通过系统能够全方位监控高速公路的运行状态，保证全线的运行安全。

结合以上建设需求，根据机电运维管理需求，在系统搭建之前，需要对机电设备的运行状态信息进行全面收集，并对其状态进行全面评估，利用标准规范、科研成果等明确公路机电设备运行现状。与此同时，还需要考虑管理部门、设备厂家和业主对于机电运维需求差异，分别走访以上主体，明确高速公路环境不同对于机电设施的使用要求差异，通过生产厂家了解机电设备的组合应用效果，对于不同省市已建设完成的智慧运维系统使用情况展开全面调研，结合设备运维未来发展建立智慧运维系统框架，细化系统功能模块。利用运维系统能够完成综合监测、资源管理、运维评价、移动服务、预算管理、统计分析，对于机电设备使用生命周期进行管理。利用智慧化运维体系，不断提高故障诊断和维修效率，控制运维成本，提高管理效益。

3 智慧运维在高速公路机电系统中的应用

3.1 监测设备运行

要确保高速公路能够安全运行，机电设备安全使用是最重要前提，管理过程利用智慧运维体系能够及时发现故障，并将故障问题解决。因为系统内部存在监测模块，可以对所有处于运行状态设备展开实时监测，并将设备的故障信息、历史信息、安全状态信息实时显示，为使用者快速发现故障，为故障问题解决提供支持。利用智慧运维平台，能够对机电设备全方位管理，所有的运维对象具备统一化的展示管理、报警管理模块，展示监控视图，具体涵盖系统拓扑、报警统计、主要设备、机房内场信息等。同时，应用智慧运维系统还能对报警行为展开智能化管理，对于设备的报警信息进行分级，按照报警信息出现时间，对其进行压缩和过滤，分析报警信息根源，按照设备之间的关联性和拓扑关系，获取报警事件信息，通过管理平台能够将设备的库存信息、警告信息、健康数据等实时监控。

3.2 辅助设备管理

智慧运维管理系统当中，存在设备管理功能模块，属于高速公路资产管理重要模块之一，利用该模块能够对各种类型机电设备、设备配件展开统一化管理，还能对库存单据的管理流程加以规范，让设备管理的审核流程实现透明化。管理模块当中主要包括机构管理、库存管理和设备管理等。从机电设备运营分析、规划管理之初，到机电设备的投入使用，再到设备验证、信息资源录入、机电设备出入库、设备下线展开一系列管理，体现设备管理的生命周期管理特色。

在智慧运维系统当中，运维模块主要功能是对机电设备日常维护作业进行审核认定，并对任务的执行情况进行管理，对于管理人员工作流程进行全面记录，将机电设备检查保养、维修管理、紧急调度、巡检管理、公告信息和值班管理信息全面显示。

3.3 开展设备运维

智慧运维统计管理模块主要是对系统内部报表进行统计，从而分析设备运行状态，对于设备运行全面评价，给出运行建议。通过统计管理，能够全面分析设备运行状态，系统可以提供可视化的管理指标，对其采取智能分析，并对资产管理系统当中运行信息展开统一化管理。

3.4 落实信息统计

利用系统的统计功能，还可配合数据挖掘和人工智能等技术，针对运维应用展开多主题分析，具体包括设备的健康状态、设备性能、故障原因、运维效率、服务质量、成本效益相关内容。通过运行评价，机电设备管理单位还能制定运维管理考核机制，明确考核目标，精准选择考核指标、考核数据、考核方法，利用数据挖掘和人工智能多种技术辅助分析，完成评价管理，对于设备运维管理和人员工作能力进行考核。利用管理系统为公路机电设备的运营提供建议，让公路机电运管单位明确维修工作重点，对于维修工作划分等级，完善维护工艺流程，精准控制运维对象定额预算，为运管单位提供决策支持。

3.5 知识库的管理

智慧运维系统中存在知识库模块，其中包含厂商设备的维护信息、机电设备运维管理经验等内容，将以上内容存储于知识库系统当中，运管单位可以根据机电运维业务需求，对于其中海量数据进行整合，运用大数据、人工智能等技术完成数据挖掘和分析，对于机电设备常规运营故障问题进行处理，逐渐积累知识经验，控制故障处理环节的转交率，控制运维成本，快速响应，满足运维服务的管理需求。利用知识库作为运维助手，该管理模块具备知识发布、检索、维护等功能，还具备权限管理功能，能够对服务流程采取简单处理。利用系统工单中的信息，在大数据分析以后，将对应运维知识向故障处理者发送，让知识之间能够实现智能化关联。

3.6 移动端管理

智慧运维的移动端管理是利用互联网方式，针对运维人员、管理人员展开全方位管理。运维人员可以借助移动终端，场外完成设备运维工单收发和处理等管理操作。具体涵盖机电设备的常规管理，设备巡检任务管理，工单收发的管理，还包含运维助手，有效提高运维效率和服务质量。机电设备的管理员可按照实际需求制定服务信息，完成设备检索、消息公告、状态展示和事务提醒相关操作。

在智慧运维管理系统的支持下，高速公路中的所有机电设备都可通过互联网连接到管理系统当中，加上物联网和大数据等技术融合应用，融合设备前端感知设备、智慧运维系统、知识库管理等模块内容，提供全新运维服务模式。利用高速公路运维系统，让机电设备的维护和保养管理实现一体化和规范化，以精细化的管理模式，运用专业化管理技术，不断提高设备现场运维效率，让管理成本可控，提高管理水平。智慧运维的支持下，应用管理系统能够对机电设备运行状态重点感知，通过信息数据的整合，实现全程追溯和闭环管理工作目标。利用系统长期积累的运维数据，建立设备故障分析模型，在机电设备管理重点环节，包括巡检排查、故障抢修、运维保养等，提供设备、人员、备件等方面的信息，辅助业务决策制定。

4 智慧运维阶段运用的核心技术

4.1 依托BIM和GIS技术

BIM 和GIS 等技术组合应用，可对高速公路的机电设备进行内外整合管理，建立BIM 模型，获得GIS 三维实景图，辅助运营路段机电设备的智慧化运维和管理，以上技术的应用具备安全评估、智能预警、大数据分析、电子沙盘、养护决策多种功能。因为BIM 具有可视化特点，可对机电设备实施精细化管理，将BIM 和运维系统融合应用，能够提高运维管理的信息化水平，发掘更多具备价值的潜在数据，让高速公路的机电设备管理模式实现智能化升级，提高决策制定的科学性。

4.2 运用数字孪生技术

数据孪生是融合不同学科、物理量、尺度、概率等知识仿真过程。数据分析阶段，先建立物理模型，通过机电设备的历史数据，在虚拟环境当中建立映射关系，将机电设备生命周期运行过程展示出来。当前，高速公路现有机电设备运维方式是人力巡检、传感器等方式，运维人员利用工作经验完成设备检测，难以对公路全线所有设备实时监测，按照时序对于监测数据进行梳理，因此，以上运维方式不利于高速公路设备的安全管理。利用智慧运维管理系统，可对设备生命周期采取信息化管理方式，控制运维管理成本。在此期间，选择数据孪生技术和智慧运维融合应用，可将管理闭环打通，发挥技术优势，避免设备出现非计划停机现象，对其采取预测性维护，优化控制设备的运行成本。该技术运用从本质上来讲就是将智慧运维系统所采集的数据向数字模型中输入，展开仿真分析，诊断设备故障或者健康状态，及时预测故障问题发生的可能性。智慧运维与数字孪生之间的融合能够对运维系统中的数据充分挖掘，为运维检测工作开展提供辅助，还能支持运维调度工作策略制定，进一步提高智慧运维系统工作的有效性。搭建数字应用体系，让原始数据、设备信息、数据挖掘、决策制定、数据优化形成一体化管理，为平台运行提供支持，让机电设备实现全净化管理，数据分析过程智能化，设备巡检精益化。

4.3 运用边缘计算技术

智慧运维和边缘计算融合应用，系统能够对前端所采集的数据展开边缘计算，主要是机电设备运行状态数据，将其向中心系统传输，根据设备运行数据将自动巡检和采集技术启动，自动化完成设备接口的协议分析。同时，技术的运用还能自动采集不同品牌和型号数据运行信息，部分机电设备本身具备用于分析故障的软件，如此一来，借助本身分析软件接口就能帮助智慧运维系统完成信息采集。自动巡检阶段，还可对采集信息展开自动化分析，并对设备运行状态实时判断，提高系统对于前端设备状态数据获取能力，进而提高检测效率，还能缓解系统数据中心的工作压力。

4.4 运用AR技术

AR 技术的应用主要是通过远程协作的方式辅助智慧运维工作的开展。具体而言，AR 技术可以通过语音视频或者实时标注等方式完成远程协作，让远端设备和近端设备实现协同管理，实时标注运用能够对指导建议进行演示并将结果同步，优化远程协作管理场景，将协作过程的服务效能不断提高。使用AR 眼镜让管理者身临其境获得远程协作体验，协作过程更加高效，可将数据保存。同时AR 技术应用之下，机电运维人员可佩戴智能装备，利用移动终端对于电源设备维护保养情况全方位识别，提供检测结果，并将信息通知对应路段的运管人员，如果发现疑难问题，还可与业务专家建立远程连接，获得专业指导，在线解决运维环节遇到的难题，提高运维效率。

5 结束语

高速公路智慧运维是机电系统未来管理主要方向，智慧运维需要搭建智慧化管理系统，利用管理模块功能，监测机电设备运行状态，对其展开生命周期管理。在智慧运维体系之下，融合运用先进技术，完成机电运行数据采集、挖掘和应用管理，为机电系统提供故障问题解决方案，控制公路运行风险，搭建智慧化的机电管理体系，实现智慧运维，探索出高效的公路机电运维新方向。