公路多源机电运维数据统一接入方法研究

摘 要：随着路网规模的持续扩大，其结构也变得越来越复杂，机电设备呈现出分布较广、类型多、不易管控等问题，单一的经营管理模式已难以匹配机电设备的高效运转，自动化和精细化管理已成为公路设备的必然发展方向。然而，多源数据接入和处理存在效率低、时延低等问题。因此，文章基于数据接入问题，提出了一种接入模型和方法，通过数据库构建和实时处理，实现高并发的接入，为设各运维夺实信息基础，从而提升运行效率，从源头上处理运维中出现的问题。

关键词：机电设备：公路：数据接入：通信机制

中图法分类号：TP311文献标识码：A

１ 引言

国内公路建设纵向布局，公路施工、运营和管护的机电装置也随之增多，因此所需处理的信息呈上升式增长。按照有关文件要求和智慧交通的发展，设计符合新时代需求的公路机电运维管理系统已是必然方向，其中，实现实时监测和安全预警尤为关键，其形成的数据将是公路运维发展的核心突破口，但因数据格式不统一、数据指标不同，研究存在数据无法规模化、价值可能丢失等问题。因此，为解决上述难点，本文对多源运维数据处理框架进行了分析。

２ 公路多源状态设备数据处理框架及系统性能要求

按照公路业务需求和技术发展情况，基于全面服务以及全业务管理，面向公路机电设备，针对数据接入标准、拓展设备不统一，以及可能发生断电的现象，提出机电运维数据处理框架。数据采集层是对设备状态有关数据开展采集，如车速、视频等；对于接入层，其借助接口、网关等方法达到数据接入；对于系统处理层，其通过数据处理方法达到挖掘，提高数据利用价值；对于系统储存层，其以达到数据高效、低延迟保存为主；对于系统应用层，将根据处理价值，对不同的机电业务进行数据开展处理，并开发相关功能，为智慧系统构建奠定数据基础，以提高公路监管的自动化和精细化程度［１］ 。系统性能需求如表１ 所列。

３ 公路多源设备运维数据的接入模型和方法

针对公路多源设备运维数据的接入方法，本文主要从运维数据接入、数据安全管理和传递方面进行探究，其中运维数据安全管理和传输，又包括权限管理、公路机电设备协议转换及安全传输等，以期为相关研究起到一定的借鉴作用。

３．１ 公路多源设备运维数据动态接入

目前，公路机电设备不断增长，各个路段设备也选用了不同厂家的型号，并具备特殊数据传递的方式，为了实现实时管理和运维，本文对多源数据接入方式开展探究。公路机电设备一般包括传感器、摄像头、条形码等，其形成的数据可以分为多种数据，如运行和公路运维数据，但因为厂家、数据格式不同容易造成数据孤岛、安全度不高等问题。基于此，为达到高效分析和及时响应，提供接入模型，将数据接入适配器中，并将数据接入和解析相结合。为提高处理能力并实现统一处理，针对非结构化数据，将其转变为结构化数据，并根据知识图谱和引擎等开展搜索，然后在服务器上开展部署，将各种来源数据注册，给予其注销、查询等能力，从而满足业务和功能需求。

３．２ 采取智能网关方法达到远程控制

数据安全是联网运营的关键，达到加密保存与分级管理是研究的重点。因此，基于各种设备数据，通过智能网关的方法达到数据远程控制，以及设置权限对数据开展访问和操作。（１）访问模式。基于以下访问模式达到数据安全，首先最高权限的管理者层次，这一类人员一般是部门领导，能根据需求开展数据访问；其次，运维工作者，可以访问设备状态数据，进而判定设备工作状况；最后，外部人员，仅能对数据开展读取，基于权限管理，给予相应的权限，在满足用户需求的基础上，确保数据安全。（２）公路机电设备协议转换。为了打通信息壁垒，借助协议转换确定标准协议，对机电协议根据标准协议开展转换，以实现各机电协议间的彼此操作，从而转变为标准化数据。（３）数据加密传输。为了避免数据出现丢失、被篡改等问题，网关使用通信技术，以及融合加密技术，达到加密传输，采取多种方式避免数据泄密，如数字签名、身份认定，从而确保传输的安全与全面。

４ 公路多源机电设备运维数据动态适配

在数据接入中，数据适配是核心，能够提供检索功能，达到系统的后续适配。

基于此，提出一种Ｓｐｒｉｎｇ Ｂａｔｃｈ 的批处理框架以达到数据适配，并实现复杂数据处理，定期应用，框架给予了可重用功能，對处理数据尤为关键。框架包含应用层、处理层与设施层。对于应用层，是程序员开展底层的开发，如开发库；对于框架的核心处理层，包括功能实现所需的类；对于框架设施层，是外界用户，给予数据端口和控制端口。基于数据库构建、数据解析和持久化达到动态适配。

４．１ 公路机电运维数据预处理及数据库建设

４．１．１ 保证数据引用的有效与精准

在接入后，预处理属于提升数据质量的首步，基于数据清洗、聚类等消除数据处理重复值、异常值造成的影响，确保引用的精准性及有效性。

（１）公路多源设备运维数据清洗步骤。

在数据接入中，伴随时间改变呈现出数据增长的形式，为了挖掘有用的知识，清洗属于提升数据质量的首步。所以，对于公路状态数据出现的问题，如重复录入、不集中、分析程度不高等，提供分布式并行框架的方法，并结合Ｈａｄｏｏｐ 平台的优势，使用聚类算法特征，根据期望值对数据开展清洗。以下是详细步骤：以Ｈｉｖｅ 保存多源设备运维数据，且导入知识库；开展模型训练，针对数据源提供属性权重；利用ＳＮＭ算法开展聚类分区；针对权重系数及相似度，把二者进行相乘，获取数据间的相似度，且记载；整合相识度大的记录；衡量数据能否达到质量监测；符合则写回库中，不符合则进行清洗［２］ 。

（２）公路多源设备运维数据标准化处理。

为了达到运维数据标准化，采取数据编码的方法，对数据开展压缩，在确保精度的基础上，处理零散、稀疏等问题。之后，根据式子（１）达到转换，确保数据处于映射区域，其中ｘｉ 表示变量，ｘｍｉｎ 表示最小值，ｘｍａｘ表示最大值，Ｍｒ 是映射最左端，Ｍｉ 是最右端，根据式子（２）开展归一化为ｘ′。

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

ｘ′ ＝ｘｉ －ｘｍｉｎ ／ ｘｍａｘ－ｘｍｉｎ （２）

（３）公路设备运维数据聚类。

为了让数据聚类精度高，以及有较强的抗噪声能力，使用數据聚类算法，维持数据保存长度与方式，便于２ 次处理和应用，以下是详细的步骤：明确类别数目（用ｋ 来表示），且定位ｋ 个中心点；基于所有样点，确定间距最短的中心点，与其间距最小的点是一个类，如此一来，实现了１ 次聚类；衡量类别状况是否一样，若一样，那么算法结束；若不一样，则对不同类别的样本点，计量它们的中心点，当作新中心点，返至第二步。基于以上几步，达到数据聚类。

４．１．２ 空间及属性数据库建设

在接入很多数据时，短期内会导致系统压力过高从而造成丢失，有时还会造成系统崩溃，因此接入时以空间、属性数据库建立为主。对于空间数据库，其包括道路信息、高程模型；对于属性数据库，其包括桥梁、机电对象类，一般用于描述位置信息。采取这一方法达到对设备状态的数据开展压缩与保存。面向对象建设数据库的方法，确保模块低耦合特点。针对设备状态数据的保存，因为规模扩大，单机难以保存，所以选择分布式方法扩大保存规模。

４．２ 公路机电运维数据解析、转换及持久化保存

（１）公路机电运维数据解析和转换。

在实现接入和数据库建设后，使用给予的数据读取、处理等达到解析，基于读取数据，对其开展处理，转变为统一格式之后开展并发。针对源数据库，将其转换至中间数据库，然后基于关联关系，把数据转换至目标数据库，再在其中达到转换和集成的目的，此方式有效防止转换期间因为意外造成数据质量降低的问题。

（２）公路机电设备运维数据持久化。

在公路机电设备发生故障、断电等现象时，容易出现数据丢失，为了防止这类情况的发生，需借助设备运维数据特性，把数据储存到服务器中，尽可能使用数据库特性，以实现对数据的读取和查询等，从而确保数据的全面性和持久性。根据Ｓｐｒｉｎｇ Ｂａｔｃｈ 技术，以下是详细过程：在其中设置功能接口，一般情况下，会涉及多类接口，如事件类接口，之后开展逻辑关系处理，在库中达到端到端的保存，数据有着保存和读写能力，方便开展筛选、提取。

５ 公路多源机电设备运维数据通信机制

随着公路设备运维数据交互越来越多，传统单一的数据传输手段已难以符合数据的指数级增长。因此，基于发布机制和订阅机制，结合面向业务，以及根据需求分发的设计思想，基于研究业务流程，明确数据通信机制。主要从以下方面进行了探讨。

（１）数据提供方。在公路设备运维信息传递模型中，发布方也就是信息提供方，管理发布信息，且基于详细的主题信息和接收方构建关联，在域内发布主题。所有发布者发布的信息并非一个，主题便是构建一个数据写入人员，对机电运维数据进行管理。

（２）消息。对于话题信息通信而言，主要指发布者与订阅者采取话题信息的方式接发信息，使用者能够设计消息数据种类、主题信息等，相同话题可存在数个话题的订阅者，因此消息能够达到一对一或一对多的通信［３］ 。

（３）数据接收者。在设备运维信息传递模型中，订阅方也就是信息接收方，对主题订阅进行负责，使用者能够结合具体应用和个人需要订阅相应的信息，同时在域中能够找到信息提供方，从而构建二者的基本通信状况，接收者订阅的主题也并非仅有一个，如在车辆管理控制系统中，除了需接收路段线圈信息，也能够订阅交叉路口信息。

６ 结束语

本文针对数据接入方式的不足，提供一种接入模型和实现方式，切实使用设备形成的数据，通过数据库构建、数据解析和持久化，以达到高时效的接入，保证数据的精准性和全面性，为公路防汛、数据统计提供有力的保障。

参考文献：

［１］ 孙文侠，何涛．高速公路机电运维管理智慧化发展浅析［Ｊ］．公路，２０２２，６７（２）：３８６?３９１．

［２］ 范敬光．高速公路机电设备智慧运维实践［Ｊ］．交通世界，２０２２（Ｚ１）：２１９?２２０．

［３］ 赵琪，郭森科，潘成瑶．智慧运维管控平台系统［Ｊ］．中国交通信息化，２０２１（１０）：１３０?１３１＋１３４．

作者简介：

罗剑（１９７７—），本科，工程师，研究方向：设备维护与系统集成。