大数据背景下的高速公路机电系统数字监测与运维

付毅恒

摘 要： 为解决高速公路机电设备运行期间的数据整合、管理流程复杂问题，还需应用大数据技术，建立运维、监测一体化的管理平台，提升高速公路机电系统运维管理效率。因此，结合高速公路机电系统的特点，分析了高速公路机电系统数字监测与运维的具体思路，借此促进高速公路机电运维管理系统的升级，完善高速公路机电系统监测管理机制，为智慧公路的建设打好基础。

关键词： 大数据 高速公路 机电系统 数字监测

中图分类号： TP393文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）01-0012-04

近年来，高速公路机电系统的组成结构更加复杂，设备数量、类型增多，传统机电系统运维、监测手段已经无法满足系统需求。因此，高速公路机电系统应引进大数据、物联网等新兴技术，促进系统运维管理的智慧化、数字化发展，用更先进的技术方案，有效监测、管理高速公路机电系统，使其长期处于安全、稳定运行状态，保障高速公路运营的可靠性。

1 高速公路机电系统的特点

高速公路机电系统主要包括高速公路机电设备、机电设施，以及对应机电设备设施相应管养的软件系统，具体特征如下。

1.1 系统结构复杂化

大数据背景下，高速公路信息化、数字化水平提升，机电系统的结构逐渐复杂，系统中的设备设施涉及的专业领域非常广泛[1]。例如：高速公路机电系统包括通信、收费、监控、配电、照明、隧道通风等子系统，各个系统涉及的专业包括物联网技术、通信技术、交通专业、机电专业、影音技术等。

1.2 机电设备运维专业性强

高速公路机电设备的组成结构、技术方案较为复杂，日常管理、维修对技术人员的要求高，需要掌握专业的维修技术，以处理机电系统中视频监控、通风照明、自动化控制等设备的故障问题，定期保养设备，使设备处于最佳运行状态。

因此，需要采用更智慧、更高效的机电系统监测、运维手段，全方位地管控高速公路机电设备，保障机电系统运维管理质量，提升高速公路机电设备养护、检修效率。同时按照高速公路网络中新建路段接入、运维管理新需求对传统运维管理系统进行一体化改造，使其技术框架、功能模块、建设规模、网络终端设计满足新时期机电系统运维管理智慧化、自动化的基本要求。

2 机电系统数字监测与运维思路

大数据背景下，高速公路机电系统的数字监测与运维目标是提升机电设备运维效率、实现设备状态监测可视化、运维操作规范化、运维监测数据共享等。相关人员可以大数据技术为核心，采用数字化监测手段，建立可支持机电系统稳定运行的运维管理平台，平台功能是以“机电系统监测→设备故障分析→机电设备故障处理→故障、监测信息复核”为基础，形成标准化、闭环运维管理程序[2]。

具体来说，整合原有高速公路机电管理平台，建立运维一体化的检测、运维评语，在线监测机电系统关键设备、实时采集机电系统运维数据，同时提供智能分析服务。该数字监测与运维平台的总体架构是以大数据技术为核心，融合物联网、微服务器技术，按照高速公路机电系统业务场景分析系统运维、监测需求，使系统功能结构设计符合机电系统管理需求，平台结构包括业务服务层、显示层、数据应用层、中心支撑系统。

（1）显示层是为机电系统管理人员提供信息、数据显示服务，包括移动终端显示、大屏显示、Web终端显示等。（2）业务服务层包括机电系统实时监测、故障风险预警、运维支持、数据分析、数据管理中心等。（3）中心支撑系统包括大数据技术模型、数据接入终端，可实现各个功能模块的有效对接，汇集高速公路机电系统运维管理时的信息数据，从技术层面支持机电系统的运维管理[3]。（4）数据应用层包括数据采集、数据分析、数据存储、数据应用等架构，是高速公路机电系统中大数据技术的主要应用场景。

3 机电系统数字监测与运维平台建设方案

3.1 技术框架

以大数据技术为支持的数据监测与运维平台是围绕机电系统安全、稳定运行的目标，将数据处理作为平台的核心功能，应用REID、数据挖掘、数据自动化处理、数据库等大数据技术，以及物联网、远程监控技术，支持高速公路机电系统数字运维、数字监测服务功能，维持平台的运行与管理，如图1所示。结合平台框架结构，该平台具体包括数据采集、设备位置分析、机电设备数据预警、机电设备监测信息处理、机电系统运维决策支持、设备供应商管理、设备电子地图监控等服务。

3.2 平台功能设计

3.2.1 数据采集

应用REID技术、无线通讯设备识别高速公路机电系统的设备标签，设备上提前安装REID射频标签，使平台能够读写相关设备信息，采集相关数据。基于大数据技术，平台可根据机电设备的统一编码规则为设备制作“身份标识”二维码，用于后期的机电系统监测、运维。除去采集设备型号、位置、供应商、生产商、出厂日期等基础信息外，还能够采集设备入库、报废全过程的运行数据，及时向平台反馈所需的信息资源[4]。

另外，高速公路机电系统数字监测、运维所需的数据还包括设备设施数据、养护维修数据、设备运行数据、管理组织数据、构筑物数据等。（1）平台功能模块会自动监测交通运输行业的数据资源，采集构筑物数据，由系统自动录入、管理人员手动录入数据库内。（2）设备设施数据是在机电系统建设时，根据项目资料汇总设备安装、设施建设数据，便于后期生成机电系统专题地图。（3）平台可按照设备电子信号、身份标识采集设备运行数据。（4）管理组织数据则是在系统运维过程中由专业管理人员录入。（5）养护维修数据需要在机电系统运维管理后实时更新，包括人工录入、设备监测数据采集数据，实现机电设备全寿命周期管理。

3.2.2 数据处理

数据采集后，平台应用Linux、Docker、KVM、MySQL等大数据基础处理技术，整合数据资源，分类处理高速公路机电系统相关的数据信息。数据归类、交换时可依据交通运输数据规范建立目录体系，目录生成后分别将数据存储在设备运维数据库、设备监测数据库、养护维修数据库内，为平台分析各项基础数据打好基础。

3.2.3 大数据分析

大数据分析是高速公路机电系统数字监测、运维平台的核心功能。平台会采用大数据分析技术，建立机电系统数据模型，分析机电设备设施数据，使机电系统管理人员更全面地分析系统运维需求，制订更可靠的运维管理决策方案[5]。例如：在改造高速公路机电设备时，大数据模型可对比不同方案，模拟方案实施后的设备运维需求、设备运行成本、改造成本、使用寿命，筛选出最佳的改造方案，协助管理人员进行决策。此外，平台可凭借大数据分析技术监测设备设施，使高速公路机电系统运维实现信息化、智慧化、标准化、可视化管理，确保机电设备设施安全运行。

3.2.4 数据应用

数据应用模块是应用大数据技术，转换采集到的电子信号、分类存储高速公路机电系统相关的数据资源，数据挖掘、数据分析、数据建模后识别系统运行的潜在风险，预测设备故障、分析最佳设备运行参数，为系统运维管理人员提供决策支持服务。

（1）数据监测运维管理平台的数据应用功能具有设备故障预警的作用，可在定期提醒技术人员维修、养护机电系统的基础上，排查设备异常运行数据，发现异常后自动报警。高速公路机电系统的监测、运维较为复杂，维护工作包括机电设备的定期巡检、故障清除、系统升级、专项维护、设备状态监测等内容。该平台可根据已采集的数据信息，制订差异化的设备维护方案，到期自动提醒，汇总当前设备运行数据，超出阈值后报警提示。

机电维护管理过程中，平台可自动记录故障发生时间、故障类型、故障响应人员、平台响应时间、故障修复时间、故障信息、故障维修效果等。故障排除、处理后更新设备完好率统计数据，整理设备运维数据，随后根据数据结果分析故障率较高的设备、位置，为管理人员执行机电系统运维管理决策提供参考，数据展示方式采用数图表结合的方式。

（2）平台的数据应用功能具有生成设备GIS地图的作用，管理人员可快速定位设备，并根据大屏、手机终端显示的设备信息，运维管理设备。该地图是以高速公路机电系统空间数据库为核心，提供设备定位查询、设备状态展示服务，能够确保机电系统监测、运维数据的完整性。GIS地图具有数据叠加功能，可按照设备属性、关键信息、运行过程信息进行数据场景叠加，便于管理人员快速掌握关键信息，集中管理设备，灵活对接平台各个功能模块。例如：与运行监测系统对接后，掌握设备工作状态、网络连接状态、显示设备运行参数，管理人员可借此快速分析设备运维需求，调整管理方案。

（3）平台会按照不同管理用户的层级、职责录入角色名称，为其提供个性化的功能权限、数据权限、流程权限、控制权限和各级账号。用户登录后可按照自身权限查阅、浏览相关数据，录入相关数据后由平台统一管理，确保机电系统运维管理基础数据的互联互通。从而建立高效集约的机电运维管理模式，保障机电系统运行数据完整的基础上，维护数据安全，减少整体运维投入，科学调用用户资源。

4 机电系统数字监测与运维平台的关键技术

4.1 物联网技术

高速公路机电系统运行期间，物联网可实现机电设备的互通互联，并借助无线通信网络在线传输设备运行数据，使管理人员实时监测机电系统，突破传统人工巡检的局限性，扩大机电系统监测范围。传感器网络是应用物联网技术的关键，是实现机电系统数字监测的重要内容。为建立起有效的传感器网络，相关人员还应结合高速公路机电系统的整体设计，在关键设备、关键区域安装传感器，包括设备压力传感器、温度传感器等，传感器内采集的数据是平台获取的基础数据。平台在掌握传感器提供的数据信息后，可及时分析、监测机电设备，分析其健康状况，制订运维管理方案。基于大数据技术、物联网的传感器网络不仅能够监测设备运行状态，还能够对接数据分析模块，识别设备潜在风险。例如：设备温度、振动数据异常后，可快速预测设备是否存在故障、磨损情况，识别后向平台管理人员提供设备异常信息，使其及时处理，减少故障损失。

4.2 大数据技术

高速公路机电系统数字监测、运维期间，大数据技术的主要功能是数据采集、数据传输和数据分析。平台在无线传感网络的支持下，应用无线通讯技术、大数据技术传输传感器数据，数据传输覆盖整个机电系统分布区域。近年来，高速公路机电系统相关的数据量增加，大数据技术的数据分析功能是平台提供监测、维护服务的核心，可通过建立数据模型的方式发现数据规律，分析数据变化趋势，针对性地进行设备故障预测、设备监测管理、设备保养。机电系统管理人员可根据相关数据快速制定设备运维决策，定位数据位置，例如：依据大数据运行数据，平台可筛选出高负荷状态、故障状态、故障风险较大的设备，自动建立数据模型后制订合理的维护、检修计划，节约系统运维成本，提升高速公路机电系统运维管理效率。

4.3 远程监控技术

远程监控技术是高速公路机电系统实时监测的关键，可解决传统巡检成本高、巡检效率低等问题。传统巡检无法实时了解高速公路机电覆盖区域的设备状态，而在远程监控技术的支持下，平台可实时监控设备，采集设备信息，使管理人员快速掌握机电系统运行情况，及时发现异常情况，快速响应后处理机电系统运行问题，预防突发事件引起的风险。但在应用远程监控技术数字监测机电系统时，平台还应当满足以下条件：（1）数据高效采集、传输，数据传输过程中无干扰；（2）远程监控设备的安全性、灵活性；（3）监控数据展示时的可视化。

5 结语

综上所述，随着高速公路运维网络的成熟，公路机电系统的运维、监测需求逐渐增加。相关人员应利用大数据等新技术，建立数字化、智慧化高速公路机电系统运维管理平台，优化机电系统的监测服务结构，将系统运维渗透在高速公路机电设备的整个生命周期内，维护机电设备运行安全，加大设备数字监测、管理力度，满足机电系统一体化运维管理需求，为高速公路智慧化建设创造有利条件，助力我国现代交通事业的创新发展。

参考文献

[1]曹英闯.基于物联网的智能前端设备采集终端浅析[J].中国交通信息化，2022（10）：156-159.

[2]王平恒.新时期高速公路机电运维管理对策[J].西部交通科技，2022（8）：39-40，196.

[3]顾汶泰.“互联网+”背景下高速公路机电系统的创新分析探寻[J].中国设备工程，2022（8）：191-192.

[4]胡汉桥，陆由，雷伟.高速公路机电系统运维管理一体化探究与实践[J].中国交通信息化，2022（1）： 36-39.

[5]沈雄斌.浅谈机电系统在智慧高速中的应用[J].机电信息，2021（28）：64-66.