智能公路的機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

文/廣東省公路建設(shè)有限公司 趙梓城

北京中交國(guó)通智能交通系統(tǒng)技術(shù)有限公司 劉雨辰

隨著智能交通的發(fā)展，對(duì)于高速公路信息化機(jī)電系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)和智能運(yùn)維管理變得尤為重要。傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理普遍存在高速公路線路長(zhǎng)、點(diǎn)位多、故障頻發(fā)、監(jiān)控人員不能及時(shí)跟進(jìn)發(fā)現(xiàn)異常、效率很低等情況。因此，為了提高運(yùn)維效率，應(yīng)用BIM模型，不僅要?jiǎng)?chuàng)建多信息應(yīng)用的數(shù)字模型，在運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制方面，還需將BIM技術(shù)與監(jiān)測(cè)的信息相互聯(lián)系，建立擴(kuò)展模型，發(fā)揮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的最大價(jià)值。

BIM技術(shù)概述及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

BIM名為建筑信息模型，是以交通項(xiàng)目工程中的信息數(shù)據(jù)為背景支撐，通過(guò)使用仿真模擬技術(shù)，將數(shù)據(jù)信息模擬成為三維建筑模型，從而實(shí)現(xiàn)物業(yè)管理、監(jiān)理、設(shè)備養(yǎng)管數(shù)字化加工、工程化管理等功能。

為規(guī)范BIM技術(shù)在高速公路工程全壽命周期的應(yīng)用，保障BIM技術(shù)切實(shí)有效地應(yīng)用于高速公路建設(shè)與管養(yǎng)工作中，應(yīng)制定高速公路全壽命周期BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。包括全局標(biāo)準(zhǔn)、資源標(biāo)準(zhǔn)、BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、BIM分類及編碼標(biāo)準(zhǔn)、BIM應(yīng)用實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)等，提供一個(gè)具有可操作性、兼容性強(qiáng)的基準(zhǔn)和規(guī)范，統(tǒng)一各參與方的BIM實(shí)施細(xì)則和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)準(zhǔn)則。

基于BIM的機(jī)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息融合管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)信息融合管理包括對(duì)信息收集、分析、儲(chǔ)存等工作，在全壽命周期中是不可缺少的一部分。建設(shè)基于BIM的機(jī)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息融合管理平臺(tái)是通過(guò)BIM技術(shù)提供保障，全壽命周期過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合集成和管理，是包含交通信息感知層、信息整合層、協(xié)同管理服務(wù)層的一體化信息融合管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及數(shù)字信息化的運(yùn)營(yíng)管理，為全面實(shí)現(xiàn)智能化交通提供有力的支持。

框架設(shè)計(jì)

交通信息感知層

通過(guò)高效通信技術(shù)，利用傳感器等終端，采集、分類和存儲(chǔ)機(jī)電系統(tǒng)的信息。為后期高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的高效獲取與穩(wěn)定傳輸提供了有力的技術(shù)支持。

多源數(shù)據(jù)融合層

在信息融合管理平臺(tái)中，多源數(shù)據(jù)融合層承擔(dān)著最重要的位置。經(jīng)過(guò)整合信息資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、融合，并將機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息融合管理平臺(tái)用作多源數(shù)據(jù)融合層的大數(shù)據(jù)處理樞紐中心。交通信息感知層中采集來(lái)的數(shù)據(jù)在本層中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過(guò)對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的特征提取、挖掘、關(guān)聯(lián)等方法，再傳到協(xié)同管理服務(wù)層應(yīng)用。同時(shí)也支持歷史信息、人工補(bǔ)錄、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理。

協(xié)同管理服務(wù)層

在多源數(shù)據(jù)融合層分析處理后的數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)，完成數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的應(yīng)用，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備信息管理、維護(hù)維修管理、應(yīng)急預(yù)案管理等應(yīng)用。輔助運(yùn)維人員查詢修改設(shè)備信息，增設(shè)提醒功能，利用多種方式，使用BIM完成數(shù)據(jù)信息的顯示、查詢及分析。

平臺(tái)功能

基于BIM的機(jī)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息融合管理平臺(tái)是由數(shù)據(jù)信息融合管理及平臺(tái)管理這兩點(diǎn)所組成的，其中，前者主要針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的各參與方，通過(guò)注冊(cè)登記，即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、訪問(wèn)、交流等。后者主要針對(duì)平臺(tái)用戶，其主要作用在于管理平臺(tái)用戶，并及時(shí)有效地更新和維護(hù)系統(tǒng)。

BIM與機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息融合研究

在對(duì)BIM信息與高速公路機(jī)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳遞方式、監(jiān)測(cè)特點(diǎn)及分析的基礎(chǔ)上，完成BIM創(chuàng)造虛擬的模型監(jiān)測(cè)信息的擴(kuò)充，分析利用BIM 構(gòu)建的虛擬模型和監(jiān)測(cè)的共同信息，使得高速公路機(jī)電設(shè)備與BIM監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息融合。

機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息與傳遞

高速公路機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類型分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息是指高速公路機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)，關(guān)于監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況的展示，包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置信息及類型、設(shè)備編號(hào)名稱及類型、數(shù)據(jù)值及類型、告警級(jí)別、報(bào)警類型、報(bào)警時(shí)間、備注說(shuō)明等。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，并分為兩種，數(shù)字類型和模擬類型。需要注意的是，數(shù)字類型的取值會(huì)依據(jù)數(shù)據(jù)中心確定。其一為兩種取值開(kāi)關(guān)的數(shù)值，其二為一個(gè)以上取值開(kāi)關(guān)的數(shù)值。在機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在機(jī)電設(shè)備的自用數(shù)據(jù)庫(kù)或者采集器中，需要特別注意的是，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)都是不相同的，包括不同型號(hào)、不同品牌。

對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要傳遞的部分，應(yīng)該依據(jù)不同的狀態(tài)來(lái)選擇，選取相對(duì)匹配的讀取方式，一是從控制器端直接讀取，二是從系統(tǒng)的自建數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用。需要注意的是，如果采用第一種讀取方式，則必須考慮監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的綜合網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)讀取接口控制器的屬性，這樣能夠有效保持監(jiān)測(cè)信息的實(shí)時(shí)更新特征。此外，調(diào)取監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)包括，自用數(shù)據(jù)庫(kù)中的監(jiān)測(cè)信息，隨后管理單位把其他商業(yè)用途的監(jiān)測(cè)信息放至自用的數(shù)據(jù)庫(kù)中。不具備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)功能的系統(tǒng)，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，則需通過(guò)逐個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)信息路徑訪問(wèn)的儲(chǔ)存，如果選擇使用數(shù)據(jù)信息，即可根據(jù)各個(gè)訪問(wèn)路徑獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

BIM監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)擴(kuò)展應(yīng)用

BIM監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)擴(kuò)展應(yīng)用的定義為，在已建的高速公路機(jī)電系統(tǒng)BIM模型的基本信息上，增加監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繼而擴(kuò)展成基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的機(jī)電系統(tǒng)的模型，在BIM監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和查詢等功能。

在分析合并監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)候，監(jiān)測(cè)點(diǎn)架構(gòu)至關(guān)重要，通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠連接機(jī)電系統(tǒng)的三維模型及監(jiān)測(cè)信息。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的架構(gòu)和機(jī)電系統(tǒng)的三維仿真模型之間的連接，是通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)備部分實(shí)現(xiàn)的，并且不是單一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是在監(jiān)測(cè)點(diǎn)架構(gòu)的各個(gè)設(shè)備，都在許多系統(tǒng)模型范疇及實(shí)體中找到多種對(duì)應(yīng)方式。同時(shí)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中都可以找到許多信息。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的屬性包括：監(jiān)測(cè)點(diǎn)ID、監(jiān)測(cè)點(diǎn)名稱、監(jiān)測(cè)點(diǎn)類型、報(bào)警的數(shù)值、報(bào)警的優(yōu)先級(jí)等。監(jiān)測(cè)點(diǎn)每經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的更新，會(huì)將最新值不斷更新顯示在系統(tǒng)中。

BIM監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢功能及顯示功能

在高速公路機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢方式分別為：通過(guò)已有的系統(tǒng)三維模型及特定區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，查詢此設(shè)備或者該區(qū)域有聯(lián)系的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；先確定某個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的各類型數(shù)據(jù)信息，接著查找有聯(lián)系的三維設(shè)備模型。以上兩種監(jiān)測(cè)信息查詢的方法，可創(chuàng)造出更加復(fù)雜的查詢方式。

BIM三維模型同時(shí)還有顯示的功能，數(shù)據(jù)在多源數(shù)據(jù)融合層通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析合并之后，可完成在模型信息和監(jiān)測(cè)信息中的關(guān)聯(lián)查找，從而完成三維模型對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)數(shù)值大小，可使用顏色來(lái)區(qū)分。在BIM監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的擴(kuò)充應(yīng)用中，每個(gè)三維模型和每個(gè)機(jī)電系統(tǒng)組成聯(lián)系，且一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)與多點(diǎn)聯(lián)系，故三維模型單位與各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的聯(lián)系可以使用多種形式。在每個(gè)三維模型中，同一個(gè)監(jiān)測(cè)器只對(duì)應(yīng)單個(gè)主監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，也需使用各種顏色來(lái)區(qū)分。其中，報(bào)警功能的顏色是單獨(dú)的，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，假如監(jiān)測(cè)數(shù)值顯示異樣，將會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)，立即發(fā)出警報(bào)動(dòng)作。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)BIM技術(shù)構(gòu)建擴(kuò)展模型來(lái)建設(shè)BIM機(jī)電系統(tǒng)的多個(gè)子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完成了BIM模型信息與監(jiān)測(cè)信息的相互管理、及時(shí)更新的監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)在BIM三維模型上的展示，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與BIM數(shù)據(jù)的查詢功能高效地檢驗(yàn)此方式的可行性。在BIM信息監(jiān)測(cè)中保證大量監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)的同時(shí)，還需要基于BIM監(jiān)測(cè)信息擴(kuò)展模型及更進(jìn)一步深入應(yīng)用BIM與高速公路機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)信息的集成分析。項(xiàng)目信息管理中，BIM是目前非常熱門的應(yīng)用，有很多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化并對(duì)資產(chǎn)全壽命周期不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分門別類的采集、存儲(chǔ)、集成、管控服務(wù)等應(yīng)用。此外，還可進(jìn)行信息共享，達(dá)到數(shù)據(jù)信息交互的目的，進(jìn)而提高了高速公路的運(yùn)管水平。