基于物聯網的高速公路機電系統運維管理體系研究

任光遠

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100081）

1 引言

高速公路機電系統是高速公路服務設施和管理設施的重要組成部分，可以保障行車安全，為駕乘人員提供良好的出行服務，為道路管理者提供綜合管控手段。提升高速公路機電系統應用的整體質量，需要充分重視信息化運維管理體系的合理應用，不斷提高機電系統運維管理體系的應用水平，全面分析運維管理工作中遇到的相關問題，應用新理論、新技術、新設備解決相關問題，助推我國信息化高速公路的高質量發展。

2 信息化高速公路機電系統運維管理體系概述

基于物聯網技術的運維管理體系，就是采用物聯網、云平臺技術開展機電系統運維保障工作，是對以往人工定期巡檢管理模式的技術轉變，通過對高速公路沿線機電設施設置傳感器，基于物聯網的網絡架構，對所有機電設備的運行狀態、故障問題進行實時監控，并向路段管理中心發送詳細的故障信息、觸發故障與報修流程，促使專業的機電養護部門在第一時間獲取故障信息，通過分析相關數據，迅速提出解決辦法，以便及時開展維修工作[1]。采取此種運維管理模式，可以實現機電系統故障維修效率與整體機電設備維修質量的提高，對維護步驟進行簡化，在某些程度上，減輕員工的工作強度與負擔。除此以外，采取此種運維管理模式可以達成整體運維管理機制固定化的效果，確保順利、準確地開展各個機電養護工作，并通過數據庫系統的應用，評估與分析相關結果，有針對性地制定并完善運維管理體系，保障整體運維管理質量。

3 高速公路機電系統應用基于物聯網的運維管理體系的必要性

高速公路機電系統主要包含監控系統、收費系統、通信系統、供配電系統、照明系統及隧道機電系統等，機電系統各子系統內的主要設備關系著整體機電系統的良好運行狀態、高速公路車輛的有序通行及道路管理者對道路運行狀態的實時監測。因此，整體機電系統與機電設備的高效運行對高速公路的質量、穩定性與安全性具有至關重要的作用。

高速公路機電設備具有系統性強、運行連續性強的特點，很多設備常年處于野外自然環境下，或位于服務區、收費站內，運行狀態具有極高的不可控性和不確定性，造成機電系統整體缺乏較高的穩定性，極有可能受到冰凍、大雨、大風等惡劣天氣條件的影響，進而導致關鍵機電設備運行不穩定甚至失效，使某個機電系統癱瘓，影響高速公路的正常運營和管理。因此，開展基于物聯網的運維管理體系研究，掌握實時的機電設備運行狀態，對于維持高速公路運營穩定性具有關鍵的作用。

4 物聯網技術在高速公路機電運維管理體系中的應用情況

目前，在物聯網技術不斷發展與應用的背景下，建設信息化與數字化的高速公路機電運維管理體系可大幅度提升高速公路機電運維管理水平。在高速公路機電設備運維管理體系建設過程中，對物聯網技術進行有效應用可以實現機電設備在線監測，有利于對高速公路機電設備的具體運行情況進行全面掌握。同時，通過物聯網技術能對原有的機電運維體系進行改善，達到主動預測、主動管理、精準決策的管理目標。構建高速公路機電設備運營監測網絡能夠對高速公路機電設備在運行維護過程中的相關資料進行數據化管理，促進資源管理朝著集約化方向發展，為高速公路運營管理提供更加可靠的數據支持。現階段，在高速公路機電運維管理體系建設過程中，為了充分發揮物聯網技術的應用優勢，需要對物聯網自動檢測技術以及智能采集模塊進行有效整合，促進相關軟、硬件設備的優化和改進，完成高速公路機電運維體系在實施過程中的自動檢測，從而對機電運維工作中存在的具體問題進行全面掌握。另外，利用大數據分析技術制訂更加科學合理的高速公路機電維護和檢修計劃，有利于發現潛在問題并開展預防性養護。特別是充分利用移動客戶端或App 軟件，在發現故障時，可以快速響應并在線處理，能夠對整個運維過程進行在線評價與實時監督，從而實現精準化運維[2]。

在高速公路機電設備運維體系優化改進過程中，通過在機電設備內部設置傳感器及控制器，獲取機電設備的具體運行狀態，完成控制指令的傳送，對設備的實際狀態進行遠程監控。在基于物聯網技術構建高速公路機電設備運維管理體系時，主要從感知層、網絡層、應用層3 方面出發，保證運維體系架構的完善性：（1）感知層的主要功能是對機電設備的整體性能進行數據采集，并開展有效的故障診斷工作，對機電設備的運行狀態進行實時監測；（2）網絡層的主要作用是完成數據預處理工作，并將所獲取的數據及時傳輸到相應的控制平臺，對機電設備在運行過程中的特征數據進行提?。唬?）應用層的主要功能是檢測特征信號、提取征兆信息，并將相應的操作指令發送到機電設備終端。

5 基于物聯網的高速公路機電系統運維管理體系建設

5.1 運維管理系統設計

基于物聯網開展高速公路機電系統運營管理系統設計的過程中，要充分發揮運營管理機制以及管理標準的作用，確保高速公路機電系統運維管理體系的完善性。在物聯網架構設計中需要從以下角度出發：

1）要開展運維組織設計。高速公路的網絡需求管理跨越的地理區域比較廣，在開展機電管理運維體系設計時，需要進行路段歸口管理。當運維管理的路線較長、跨度較大時，應保障不同區域管理模式的有效聯合，形成系統化、集中化的物聯網體系。高速公路一般會設置區域分中心或路段分中心，在某些重要隧道的路段設置隧道管理站，在分中心及隧道管理站均應升級機電運維管理系統。目前，基于3 層互聯網架構的高速公路機電運維系統較為普遍，有效利用了物聯網和大數據技術，促使不同區域的機電系統相互貫通，確保信息傳輸的穩定性。

2）要構建完備、健全的運維人員管理體系。根據高速公路運維人員綜合管理系統，可以對不同區域的運維管理人員進行集中化管理，將運維人員的相關資料上傳到統一的人員管理平臺，方便對人員的培訓學習、工作交流等進行統一安排。在運維管理體系構建過程中，需要加強運維人員的安排，特別是要對不同管轄路段的運維管理人員進行合理規劃，明確不同工作人員的具體職責，有利于管理運維體系的運行效率。同時，要加強運營維護管理人員的職業培訓，提高運維人員的工作效率和質量，確保高速公路機電系統正常運行，充分發揮運維管理系統的作用。

5.2 機電系統監控層

將物聯網技術應用于高速公路機電系統運維體系時，需要構建機電系統監控層，這是對整個運維系統的運行效果進行監督與管理的重要環節。監控層本身是高速公路運維網絡建設過程中的重點，是確保機電設備正常運行的重要手段，也是維護機電系統職能的有力保障。在高速公路機電運維系統監控層設計中，需要構建核心單元對相關設備進行集約化管理，形成統一、完善的機電設備管理監控系統。在構建監控層的同時，對數據傳輸技術與信息化技術進行應用，確保獲取的相關參數能夠及時傳輸到設備執行單元與管理層，務必根據機電設備的具體情況開展有針對性的管理與維護工作，以提高機電設備運維水平。

5.3 設備登記入庫

操作工號、附件信息、登記時間、使用壽命、出廠日期、設備廠家、設備型號、設備名稱、設備編號、設備類型、機構編號、機構類型、資產編號均屬于機電設備的入庫資料。通過信息系統的運用，可以為每一個設備自動生成條形碼，從而工作人員可以利用條形碼查詢機電設備的各類信息。

5.4 機電報修管理

當高速公路機電系統中的某個子系統或某個設備發生故障時，采用基于物聯網的機電報修管理系統，能夠及時推送報修工作信息和具體工作量，運維管理部門可以針對新增的報修記錄及時予以相應的處理、任務分配。通過機電報修管理系統的運用，能夠獲取更全面、更具體的報修記錄，并能實時查詢維護進度，保障安排及分配工作的合理化、科學化、有序化。運維管理工作人員需要在信息系統中錄入更換的設備（或線纜）、解決方案、機電設備故障問題等關鍵信息，作為維修記錄統計與查詢的依據，為后續相關設備的故障解決方案提供寶貴的經驗與技術支撐。

5.5 智能化應用

采用大數據、物聯網、高精度定位等信息技術，能夠將機電設備的運維管理質量大幅度提高，有效減少運維管理成本，整體提升運維智慧化管理水平，提供數據、信息支持，做到機電設備運行狀態的精準分析和精準決策。

例如，運用視頻自動故障識別技術，在視頻中找尋可能存在的異常畫面、異常信號以及異常抖動顏色等異常狀況，通過采集監測攝像機的亮度、靈敏度、亮度分辨率和信噪比等數據，判別攝像機是否存在設備異常等情況。近年來，光纖在線監測系統在各個項目中的應用逐漸普及，通過對通信光路由進行狀態監測，與參考曲線進行比較，得出光纜衰減曲線，結合GIS 地理信息系統能精確定位光纖故障點，產生報警信息。該系統能夠實時動態檢測光網絡運行狀態，正確提供光網絡的故障發生點，分析故障影響區域，提供處理故障的緊急預案。諸如上述光纖在線監測系統，運行其他智能化的自動巡檢系統，能夠對機電設備是否正常運行做出分析，自動生成相應的巡檢報告，留檔于數據庫中，為后期工作人員檢查相關機電設備時提供較為全面的檢測記錄以進行參考，真正實現了機電設備的智能化運維檢測[3]。

5.6 流程化運維

通過設定并編制相應的標準化管理程序，可以確保機電設備的巡檢流程更規范化、科學化和流程化，提高機電設備的維護效率與維護質量。在運維管理體系中應用智能化技術可以提供有效、真實、詳細的機電設備維護信息與人員養護記錄，為后續其他工作人員考核、總結提供一定的便利性，有利于激發運維管理工作人員的積極性和責任心，對以往較為煩瑣、粗糙的運維管理模式進行革新，爭取創造更大的運維管理效益與價值。

6 結語

綜上所述，必須重視基于信息化、智能化、數字化的高速公路機電系統運維管理體系的研究與應用，推廣應用物聯網技術，實現高速公路機電設備的泛在、精準監測，滿足在線統一資產信息管理的需求，保障機電系統的正常運行，為下一步建立智能化運維管理云平臺提供基礎數據，更好地實現公路機電設備與資產的協同發展，助推高速公路機電業務向標準、高效運維管理方向蓬勃發展。