智能機箱在航道外場感知設施智能運維中的應用與分析

摘要：針對航道外場感知設施運行環境惡劣、維護難度大等問題，提出利用智能機箱實現航道外場感知設施的供電、通信、運行狀態等自動監測、告警分析的解決方法。在京杭運河常州、無錫、蘇州段的應用表明，智能機箱為航道外場感知設施的智能運維提供了有力的支撐。

關鍵詞：智能機箱；航道外場感知設施；智能運維

中圖分類號：U615? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2023）11-0068-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.018

0? ? 引言

水路運輸是綜合交通運輸體系的重要組成，具有成本低、污染小、安全經濟等比較優勢[1]。隨著水運的日益繁忙，構建全面立體、時效性強、準確可靠的航道外場感知體系已經成為對內支撐精細化航道運行監測與管理、對外增強航道公共服務能力的迫切需要[2]。航道外場感知設施數量大且種類較多，包括攝像機、AIS基站、水位計、北斗地基增強基站、交通流量觀測設施、氣象儀、能見度儀、流速流向儀、無人機等。航道外場感知設施在日常運行過程中容易受到水、雨、雪、霧、灰塵等惡劣環境的影響，時常發生故障，但由于航道呈帶狀，范圍廣且地理位置較偏，其運行維護難度較大。因此，本文提出利用智能機箱實現航道外場感知設施的供電、通信、運行狀態等自動監測、告警分析，提高航道外場感知設施運維的便捷性和智能化水平，從而保障其穩定、可靠運行。

1? ? 通信傳輸和供電方式

通信傳輸和供電是航道外場感知設施正常運行的重要支撐條件，也是航道外場感知設施中故障發生頻率較高的地方，因此在日常運維過程中需要重點關注。

1.1? ? 通信傳輸方式

目前，航道外場感知設施的通信方式包括自建光纖、租用運營商網絡、4G/5G傳輸等，綜合考慮通信傳輸成本、傳輸穩定性、維護方便等因素，一般航道外場感知設施的通信傳輸采用租用運營商網絡的方式[3]。

根據航道外場感知設施布設位置的不同情況，其傳輸方式如圖1所示。

（1）布設在船閘或水上服務區附近的感知設施通過有線的方式接入船閘或水上服務區已有的網絡，然后由交通專網傳輸至存儲機房。

（2）布設在航道兩邊的感知設施利用有線方式接入附近的運營商網絡，通過租用運營商網絡直接傳輸至存儲機房。

1.2? ? 供電方式

為確保航道外場感知設施能連續不間斷地運行，其供電方式一般以低壓線纜供電為主，利用線纜從布設點位附近的運營商通信鐵塔、工廠、居民區等獲取經過穩壓后的市電電源；布設點位在上述供電條件無法滿足的情況下，可以采用太陽能供電的方式。

太陽能供電系統應確保在陰雨天氣下感知設施能連續正常運行7天，并可承受惡劣環境條件下大風和冰雹等的沖擊，其中太陽能電池板、電池板支架等應盡可能安裝在航道外場感知設施的桿件上。

2? ? 智能機箱的應用與分析

2.1? ? 智能機箱的組成

智能機箱由箱體和智能機箱控制系統軟件兩部分組成，能實時監測航道外場感知設施的通信、電源、柜門、溫濕度等狀態，可實現機箱柜門遠程開啟、異常報警、外場感知設施點位實時定位等功能。

智能機箱內部分為采集控制模塊區、電源控制模塊區、電源接入控制區和拓展模塊區，配有智能控制器、防雷配電維修插座、攝像頭、補光燈、網狀托架等設備，如圖2所示。同時箱體采用防曬、隔熱頂蓋，利用導流槽、膠墊等密封措施，其防護等級不低于IP65，整體安裝方式為背板法蘭掛桿安裝。

智能機箱控制系統軟件通過箱體監控單元獲得數據，進行數據解析、查詢統計、分析，及時報告外場設備狀態，判定外場設備環境故障類型，并可通過控制指令實現外場設備電源關閉、打開和重啟。

為實現智能機箱的數據傳輸，需為機箱所在位置提供一路輔助通信網絡和一個能與附近航道外場感知設施通信的IP地址；同時智能機箱還自帶4G網絡環境，可形成雙模冗余通信，確保智能機箱采集數據能夠及時上傳、遠程控制指令能夠動態響應。

2.2? ? 智能機箱的應用

航道外場感知設施是京杭運河江蘇段綠色現代航運綜合整治工程（江南段）智慧運河工程的重要組成部分，建設內容包括視頻監控、AIS、能見度儀、氣象儀、流速流向儀、交通量觀測設備、北斗地基增強系統、水位監測系統、無人機等感知設施以及配套的通信系統、供電系統等，其中供電采用低壓電纜就近供電的方式，通信傳輸采用租用運營商網絡的方式。京杭運河常州段長49 km，設置了26套智能機箱；無錫段長39.3 km，設置了25套智能機箱；蘇州段長81.8 km，設置了43套智能機箱，現場安裝如圖3所示。

利用智能機箱實現了以下功能：

（1）動態數據監測：接收智能控制器上報的相關數據，包括外場感知設施的網絡狀態、電源狀態、繼電器狀態、機箱柜門狀態、溫度、濕度等。

（2）統計分析：實現智能控制器在線狀態統計、故障統計、斷電點滾動列表、斷網點滾動列表、恢復點滾動列表、日期時鐘等。

（3）點位管理：按線路、行政區劃、點位名稱、IP地址段、工作狀態等條件對站點進行查詢，可查看點位實時狀態信息、歷史信息和操作記錄。

（4）遠程控制：實現對外場感知設施的電源打開、關閉、重啟操作，具有操作日志記錄功能。

（5）告警監控：能獲取智能控制器的斷電、斷網、開門等告警信息，并以告警列表等形式展示。

（6）機箱柜門控制：實現對機箱柜門的遠程開啟，現場免鑰或掃碼開啟。

（7）點位狀態：分路顯示機箱內各用電回路的電流、電壓、功率、功率因數以及機箱所監控外場設備的總電量。

（8）開關控制：各用電回路可獨立進行閉合、斷開等操作。

（9）日志記錄：以文本文件形式對智能控制器上報的原始信息進行記錄和保存，便于后期進行校核查驗。

2.3? ? 基于智能機箱的運維功能分析

航道外場感知設施運維中存在設備數量大、種類多、分布廣、維護人員少、交通不便、維護效率低等難題，為了實現航道外場感知設施的主動式運維、及時發現故障并維修，提升運維的可視化和智能化水平，可以基于智能機箱獲得設施供電、通信、運行狀態等數據，實現設備身份信息、狀態監測、工單下發等運維功能的拓展，保障外場感知設施的正常運行。

基于智能機箱的航道外場感知設施智能運維是利用電子航道圖，對外場設備進行可視化的實時在線監測管理，無須運維工作人員現場巡視，即可及時掌握外場設備的運行情況，其主要功能內容包括設備信息管理、設備身份碼管理、設備狀態實時監測、監測閾值配置、設備在線監測數據管理、監測數據統計分析、報表報告管理、異常報警等，如圖4所示。

（1）設備信息管理：對航道外場感知設施的設備型號、基本參數、功能、附屬件構成等基礎信息，以及供應商、服務提供商、安裝部署的地理位置和空間位置等信息，所屬單位、負責人、負責人聯系方式等所有權信息，設備制造廠商及其聯系方式、售后服務提供商及其聯系方式等信息進行維護和信息化管理，提供增加、編輯、刪除等功能，提供設備相關附件（維護操作規程、工藝說明書、安全條例等）的上傳、查看、下載功能，采用樹形結構體現主要設備及其附件的從屬關系。

（2）設備身份碼管理：根據航道外場感知設施的設備基礎信息，支持生成設備的專屬二維碼身份證，支持用戶通過掃描二維碼完成設備基礎信息的獲取。

（3）設備狀態實時監測：基于智能機箱已有的設備狀態監測數據，實現對設備狀態的實時監控。

（4）監測閾值配置：基于智能機箱已有的設備狀態監測數據，支持設置設備運行參數監測閾值的動態配置，如連續運行時長、運行溫度等。

（5）設備在線監測數據管理：支持對接航道外場感知設備的實時監測數據，并能對實時監測數據進行查看、導出。

（6）監測數據統計分析：支持對接外場感知設備的實時監測數據進行統計分析。

（7）報表報告管理：支持按照用戶需求，實現個性化的設備臺賬導出。

（8）異常報警：基于智能機箱已有的設備狀態監測數據，以設置的監測閾值為比對基準值，當實測值接近或超過監測閾值時，發出異常告警并提示維護人員。

3? ? 結語

在構建綜合交通運輸體系、數字交通、智慧航道等發展背景下，航道外場感知設施的建設也會越來越多。航道外場感知設施的智能高效運維是確保發揮其效益的重要方式，智能機箱能實現航道外場感知設施的供電、通信、運行狀態等自動監測和告警分析，為設施運維提供重要支撐。同時，為了充分利用智能機箱采集的數據資源，可基于電子航道圖實現設備身份信息、狀態監測、工單下發等運維功能的拓展，進一步提升外場感知設施的可視化、智能化運維水平。

[參考文獻]

[1] 宋成果，郭濤，李學祥.我國內河航道信息化發展現狀[J].水運工程，2014（12）：20-25.

[2] 宋成果.長江干線典型航道要素感知點布設及采集設備技術要求研究[J].中國水運·航道科技，2018（5）：34-38.

[3] 何樂.長江航道要素感知設備布設[J].水運工程，2016（1）：48-51.

收稿日期：2023-01-06

作者簡介：石磊（1989—），男，湖南人，工程師，從事智慧水運設計與研究工作。