基于物聯(lián)感知技術(shù)的高速公路機(jī)電設(shè)施設(shè)備精細(xì)化管理系統(tǒng)

徐從常 安徽皖通高速公路股份有限公司

以國(guó)家高速公路機(jī)電系統(tǒng)管理規(guī)范為準(zhǔn)則，以集中、統(tǒng)一的機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維管理模式為基礎(chǔ)，采用全壽命周期管理、精細(xì)化管理理念，通過信息化技術(shù)構(gòu)建智慧化機(jī)電系統(tǒng)集成管理平臺(tái)，通過采用機(jī)電設(shè)備身份識(shí)別技術(shù)、運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速公路機(jī)電系統(tǒng)資產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、維護(hù)維修以及供應(yīng)商的統(tǒng)一管理，以達(dá)到提升機(jī)電系統(tǒng)管理水平、延長(zhǎng)機(jī)電系統(tǒng)使用壽命、提高機(jī)電系統(tǒng)整體效益的目標(biāo)。

1 需求分析

高速公路機(jī)電系統(tǒng)（指供配電系統(tǒng)電氣設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)的檢測(cè)及電氣控制設(shè)備）作為高速公路重要組成部分，營(yíng)運(yùn)管理對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的依賴程度越來越高，龐大而復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)機(jī)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定安全運(yùn)行是高速公路正常運(yùn)營(yíng)的保障。然而，隨著高速公路建設(shè)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，龐大的機(jī)電系統(tǒng)固定資產(chǎn)分布于各地，對(duì)于這些機(jī)電設(shè)備的數(shù)量、位置、運(yùn)行情況、安防性能等信息缺乏直接有力的管理手段。隨著高速公路路網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，機(jī)電系統(tǒng)在高速公路生產(chǎn)管理中起著越來越重要的作用，影響著高速公路的生產(chǎn)安全及正常營(yíng)運(yùn)，高速公路機(jī)電系統(tǒng)事故導(dǎo)致的生產(chǎn)安全和正常營(yíng)運(yùn)問題日益突出，影響范圍甚至波及整個(gè)路網(wǎng)；因此，保證高速公路機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)變的十分重要，目前的機(jī)電系統(tǒng)給的管理模式已經(jīng)不再適用時(shí)下路網(wǎng)環(huán)境高速公路對(duì)機(jī)電系統(tǒng)全壽命周期管理、動(dòng)態(tài)感知、精細(xì)化管理的要求，主要存在的問題有：一、難以全面掌握機(jī)電設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)；二、缺乏對(duì)機(jī)電設(shè)備的全壽命周期管理；三、機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維時(shí)效性不高；四、機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維成本較高。

“十三五”高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維工作是以保通暢、保安全為核心，按“防治結(jié)合、以防為主、科學(xué)管理、有效控制”的原則，建立統(tǒng)一的機(jī)電設(shè)備管理體系，增強(qiáng)機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)安全性，保證高速公路機(jī)電系統(tǒng)完好和良好的運(yùn)行狀態(tài)，為高速公路安全、暢通提供堅(jiān)實(shí)的科技保障，確保機(jī)電系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 建設(shè)目標(biāo)

隨著高速公路服務(wù)水平逐漸提高，機(jī)電系統(tǒng)的功能和復(fù)雜性日益增加，機(jī)電設(shè)備的運(yùn)維和管理工作變得越來越重要，管理難度和復(fù)雜度也日益增加；高速公路機(jī)電設(shè)施設(shè)備精細(xì)化管理系統(tǒng)平臺(tái)從縱向上：網(wǎng)格采集、分級(jí)建設(shè)、提升精細(xì)化管理水平；橫向上：平臺(tái)接入、深化流程、提升社會(huì)化服務(wù)水平。其建設(shè)目標(biāo)為：基于GIS的實(shí)時(shí)狀態(tài)感知技術(shù)的深度應(yīng)用；路網(wǎng)級(jí)機(jī)電設(shè)備安全監(jiān)管動(dòng)態(tài)跟蹤和主動(dòng)服務(wù)；機(jī)電設(shè)備全壽命周期精細(xì)化管理。

3 平臺(tái)建設(shè)總體架構(gòu)

高速公路機(jī)電設(shè)施設(shè)備精細(xì)化管理系統(tǒng)建設(shè)的總體架構(gòu)以信息安全支撐系統(tǒng)、機(jī)電養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為支撐，通過數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)支撐層、數(shù)據(jù)管理層軟件支持層的業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)支撐，平臺(tái)提供設(shè)備設(shè)施管理、設(shè)備設(shè)施狀態(tài)管理、預(yù)警管理及數(shù)據(jù)分析等功能模塊，具體架構(gòu)圖如下：

圖：系統(tǒng)總體框架

4 平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

4.1 基礎(chǔ)參數(shù)管理

設(shè)備基礎(chǔ)參數(shù)管理過程是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，主要包含：路段信息、機(jī)電設(shè)備檔案信息、設(shè)備位置信息、庫(kù)存信息、設(shè)備供應(yīng)商信息、維保單位信息等。

4.2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)具體機(jī)電設(shè)備進(jìn)行在用狀態(tài)的動(dòng)態(tài)感知，實(shí)時(shí)對(duì)在用設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合展現(xiàn)，實(shí)時(shí)掌握機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。（1）采用GIS地圖形式直觀展示所有機(jī)電設(shè)備，機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)人員可以通過GIS地圖方便的掌握所有基于地理位置的機(jī)電設(shè)備的安裝信息和運(yùn)行狀態(tài)信息；（2）支持實(shí)時(shí)查詢機(jī)電設(shè)備的養(yǎng)護(hù)信息、故障維修信息，責(zé)任明確到具體維修維護(hù)人員，實(shí)現(xiàn)維修維護(hù)信息可追溯性。（3）通過系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警和APP巡檢上報(bào)等方式快速將設(shè)備故障信息及時(shí)通知到維護(hù)人員進(jìn)行維修，使設(shè)備能夠盡快回復(fù)正常運(yùn)行，為高速公路正常營(yíng)運(yùn)提供安全保障。（4）根據(jù)機(jī)電設(shè)備使用壽命周期，自動(dòng)計(jì)算執(zhí)行設(shè)備缺陷期、報(bào)廢期預(yù)警期提醒功能。（5）通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，將維修維護(hù)工作量、機(jī)電設(shè)備完好率、設(shè)備壽命到期統(tǒng)計(jì)等關(guān)鍵指標(biāo)，根據(jù)用戶角色按不同粒度、維度進(jìn)行綜合匯總展示。

4.3 維修維護(hù)流程管理

高速公路機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)管理主要日常養(yǎng)護(hù)和專項(xiàng)維修維護(hù)；針對(duì)日常養(yǎng)護(hù)主要是利用移動(dòng)巡檢上報(bào)APP對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備進(jìn)行日常巡檢維護(hù)，從巡檢計(jì)劃的制定、巡檢的實(shí)施、日常巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的故障處理、巡檢計(jì)劃執(zhí)行情況跟蹤環(huán)節(jié)對(duì)巡檢工作的全面管理。專項(xiàng)維護(hù)：主要是針對(duì)日常巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的重大機(jī)電設(shè)備故障維修管理，按照故障上報(bào)、維修計(jì)劃管理、任務(wù)分派、維修實(shí)施、維修執(zhí)行情況跟蹤、維修驗(yàn)收等流程進(jìn)行專項(xiàng)維護(hù)維護(hù)實(shí)施。

圖：日常巡檢管理

圖：日常巡檢管理

4.4 設(shè)備庫(kù)存管理

設(shè)備庫(kù)存管理包含：出入庫(kù)管理、庫(kù)存臺(tái)賬、盤存管理、報(bào)廢管理等；出入庫(kù)管理：針對(duì)所有出入庫(kù)設(shè)備記錄單流水的管理。出入庫(kù)的同時(shí)會(huì)自動(dòng)維護(hù)備品備件庫(kù)當(dāng)前庫(kù)存信息。庫(kù)存臺(tái)賬：顯示所有在庫(kù)設(shè)備的名稱、所在庫(kù)房、數(shù)量、時(shí)間等信息。盤存管理：對(duì)當(dāng)前庫(kù)存進(jìn)行盤點(diǎn)，核對(duì)庫(kù)存、出入庫(kù)情況后進(jìn)行封存，后續(xù)出入庫(kù)和庫(kù)存信息都以盤點(diǎn)信息為基準(zhǔn)。報(bào)廢管理：填寫設(shè)備報(bào)廢單，經(jīng)審批確認(rèn)后報(bào)廢的設(shè)備會(huì)進(jìn)入報(bào)廢設(shè)備庫(kù)中進(jìn)行管理。

4.5 設(shè)備采購(gòu)申請(qǐng)流程管理

設(shè)備采購(gòu)管理包含：采購(gòu)流程管理、采購(gòu)合同管理；采購(gòu)申請(qǐng)流程管理主要內(nèi)容包括：申請(qǐng)人、申請(qǐng)日期、采購(gòu)方式（自購(gòu)、委托采購(gòu)）、委托單位信息、審批、采購(gòu)信息明細(xì)（設(shè)備名稱、數(shù)量、詢價(jià)結(jié)果等）。合同管理：合同登記、合同信息，信息內(nèi)容有：供應(yīng)商名稱、聯(lián)系人、聯(lián)系方式、簽訂日期、合同總金額、到貨日期、貨物詳細(xì)信息、合同掃描件等。

4.6 預(yù)警管理

預(yù)警規(guī)則的制定是預(yù)警管理首要前提，根據(jù)預(yù)警的種類、出發(fā)預(yù)警的條件、預(yù)警的內(nèi)容等，預(yù)警規(guī)則分類主要包含：質(zhì)保到期預(yù)警、故障預(yù)警、代辦事宜預(yù)警、維護(hù)超時(shí)預(yù)警、維護(hù)到期預(yù)警、報(bào)廢預(yù)警等；根據(jù)預(yù)警規(guī)則。同時(shí)支持短信平臺(tái)和站內(nèi)消息推送兩個(gè)通道將預(yù)警信息自動(dòng)發(fā)送指定人員，并自動(dòng)保存和維護(hù)各類預(yù)警信息。

4.7 問題庫(kù)管理

對(duì)故障維修全過程形成的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行維護(hù)和管理。維修人員對(duì)已經(jīng)成功修復(fù)的設(shè)備故障的發(fā)生原因和解決方案進(jìn)行總結(jié)，并加以組織和編排形成具備標(biāo)準(zhǔn)格式的故障維修知識(shí)庫(kù)。該故障維修知識(shí)庫(kù)可以為后期的機(jī)電設(shè)備運(yùn)維工作提供很好的借鑒和參考。

4.8 計(jì)劃進(jìn)度管理

根據(jù)上年度的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和當(dāng)前的設(shè)備情況等信息綜合考慮制定本年度的設(shè)備日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃、資金預(yù)算計(jì)劃等。對(duì)計(jì)劃進(jìn)行審查，審查通過后，就依據(jù)這些計(jì)劃安排和執(zhí)行維保工作。

4.9 數(shù)據(jù)分析及決策支撐

結(jié)合機(jī)電設(shè)備信息和養(yǎng)護(hù)過程中的海量歷史數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合提煉統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)重點(diǎn)分析機(jī)電設(shè)備的健康狀況及維護(hù)維修的效率等，主要分析指標(biāo)有：機(jī)電設(shè)備完好率、維修及時(shí)率、巡檢完成率、機(jī)電設(shè)備故障維修率。

4.10 移動(dòng)終端APP應(yīng)用

移動(dòng)終端管理實(shí)現(xiàn)以有：通過移動(dòng)終端的WIFI、GPRS、3G或4G模塊，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端管理的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)功能在移動(dòng)終端上的在線應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)機(jī)電運(yùn)維數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上報(bào)、下載、查詢等；實(shí)現(xiàn)拍攝圖片與故障信息的同步上傳；實(shí)現(xiàn)根據(jù)名稱信息等，實(shí)時(shí)查詢?cè)O(shè)備信息、故障信息等功能；實(shí)現(xiàn)問題庫(kù)信息的實(shí)時(shí)查詢與新問題的實(shí)時(shí)推送。

5 平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

5.1 基于云計(jì)算的互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集處理、分析技術(shù)

高速公路機(jī)電設(shè)施設(shè)備精細(xì)化管理系統(tǒng)基于云計(jì)算的互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集、處理、挖掘技術(shù)，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行全面匯總、綜合分析、深入挖掘，最終依托信息處理技術(shù)給機(jī)電業(yè)務(wù)管理提供決策支撐。

移動(dòng)巡檢數(shù)據(jù)上傳、物聯(lián)網(wǎng)傳感器感應(yīng)的實(shí)時(shí)信息每時(shí)每刻都在產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分散在整合機(jī)電系統(tǒng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)體系內(nèi)，體量極其巨大。物聯(lián)網(wǎng)傳感器和互聯(lián)網(wǎng)使用者通過網(wǎng)絡(luò)線路和計(jì)算機(jī)終端與云計(jì)算進(jìn)行交互，向云計(jì)算提供數(shù)據(jù)，接受云計(jì)算提供的服務(wù)。

5.2 機(jī)電設(shè)備使用壽命預(yù)測(cè)評(píng)估技術(shù)

以往機(jī)電系統(tǒng)在使用過程中缺乏系統(tǒng)化的信息記錄和分析，使得管理者難以把握更換機(jī)電設(shè)備或備品的周期，造成大量的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。本系統(tǒng)為解決這一問題，通過建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，將機(jī)電設(shè)備全部基礎(chǔ)信息、使用狀況以及歷史信息分析，預(yù)測(cè)評(píng)估機(jī)電設(shè)備及相關(guān)備品備件的使用壽命，提前進(jìn)行維護(hù)和更換，保障機(jī)電系統(tǒng)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，對(duì)于機(jī)電設(shè)備使用壽命的掌控，也進(jìn)一步提高了機(jī)電設(shè)備的利用率與整體效益。

5.3 機(jī)電設(shè)備唯一身份識(shí)別技術(shù)

為解決機(jī)電設(shè)備管理工作繁雜，歷史信息追蹤困難等問題，本項(xiàng)目通過信息化的手段建立機(jī)電系統(tǒng)統(tǒng)一編碼規(guī)則，對(duì)機(jī)電設(shè)備以及設(shè)備內(nèi)的部件制定統(tǒng)一編碼規(guī)則，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高機(jī)電系統(tǒng)編碼的識(shí)別和管理效率，使得機(jī)電設(shè)備從入庫(kù)到報(bào)廢全過程中使用記錄、維護(hù)記錄以及維修記錄采用唯一標(biāo)識(shí)貫穿起來，為機(jī)電系統(tǒng)資產(chǎn)、維護(hù)維修、備品備件以及供應(yīng)商的統(tǒng)一管理提供技術(shù)支撐，提機(jī)電系統(tǒng)管理水平。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前，高速公路機(jī)電設(shè)施設(shè)備精細(xì)化管理系統(tǒng)已應(yīng)用于安徽省多條高速公路的機(jī)電系統(tǒng)，該平臺(tái)的成功應(yīng)用使得機(jī)電維修維護(hù)工作逐步由過去“被動(dòng)式”養(yǎng)護(hù)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)式”養(yǎng)護(hù)模式，使得機(jī)電設(shè)備維修、維護(hù)更具及時(shí)性、有效性，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行更具穩(wěn)定性、安全性，為安全營(yíng)運(yùn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)、數(shù)據(jù)支撐。