高速服務區(qū)節(jié)能環(huán)保綜合管理運維平臺建設

王 強

（山西交控高速公路服務區(qū)管理有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

高速服務區(qū)能夠為司乘人員提供休息場所和出行補給服務，是高速公路運行保障的重要環(huán)節(jié)。由于高速公路的封閉性，服務區(qū)成為一個相對獨立的生活區(qū)域，需要為工作人員和使用者提供生活所需的必備條件。隨著當前環(huán)保政策要求日益嚴格，高速服務區(qū)增加了污水處理、清潔能源供暖等設備，隨之也引出了新型設備在使用過程中的諸多管理問題：

（1）當前的節(jié)能環(huán)保設備均采用就地控制方式操作，各個系統(tǒng)相對獨立，需要數(shù)量較多的管理人員，對服務站區(qū)的整體綜合管理不利。

（2）由于現(xiàn)場管理人員專業(yè)知識水平有限，很難保證設備在最優(yōu)狀況下運行，需要由專業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場設備運行情況進行遠程管理。

（3）節(jié)能環(huán)保設備在使用過程中存儲數(shù)據(jù)有限，在設備出現(xiàn)故障之后很難回追設備的運行狀態(tài)，并根據(jù)運行狀態(tài)進行診斷。

因此，該文采用互聯(lián)網(wǎng)+模式對服務站區(qū)相對獨立的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)進行綜合運維管理，提取設備狀態(tài)參數(shù)、運行參數(shù)、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)建立各節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)的監(jiān)測模型，并對系統(tǒng)的健康狀態(tài)進行評估以確保系統(tǒng)能夠健康運行，進而實現(xiàn)高速公路服務區(qū)的低碳、綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 總體系統(tǒng)設計

以山西省某高速服務區(qū)為例，目前已經(jīng)使用了一體化小型污水處理設備、空氣源熱泵供暖、水電表監(jiān)測設備，并且考慮到服務區(qū)后期對固體垃圾的處理需求，該文整合污水處理、供暖設備、固廢處理、能耗管理四個系統(tǒng)建設高速服務區(qū)節(jié)能環(huán)保綜合管理運維平臺，提取各系統(tǒng)運行參數(shù)建立監(jiān)測模型，并對污水處理和供暖設備進行健康狀態(tài)分析，開發(fā)軟件平臺。該論文研究路線如圖1所示。

圖1 研究路線圖

圖2 服務區(qū)管理界面

2 節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)參數(shù)提取

2.1 污水處理系統(tǒng)

污水處理系統(tǒng)采用AO 生化+MBR+深度處理工藝[1]，日處理水量200 m3，產生中水用于沖廁和綠化。該部分提取了水泵、風機等設備及液位、流量等傳感器數(shù)據(jù)，從設備狀態(tài)和過程監(jiān)測方面對污水處理設備進行監(jiān)測，具體數(shù)據(jù)見表1~2。

表1 污水處理設備分類

表2 過程監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)

2.2 供暖系統(tǒng)

供暖系統(tǒng)采用空氣源熱泵+電鍋爐聯(lián)合供暖[2]，包括空氣源熱泵、電鍋爐、蓄熱水箱、蓄熱循環(huán)泵、供暖循環(huán)泵等設備。監(jiān)測數(shù)據(jù)包括設備狀態(tài)和過程監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見表3~4。

表3 供暖系統(tǒng)設備分類

表4 過程監(jiān)測傳感器分類

2.3 固廢處理

該服務區(qū)的固廢主要為生活垃圾，目前處理方式多為儲運或就地掩埋，管理方式較為落后。服務區(qū)并無固廢處理系統(tǒng)，考慮到今后發(fā)展趨勢，該文選取了基于物聯(lián)網(wǎng)的固廢處理系統(tǒng)。

固廢處理系統(tǒng)通過垃圾桶智能監(jiān)測、集中堆放的垃圾池監(jiān)控、垃圾初處理等設備，實現(xiàn)對高速服務區(qū)固廢處理的監(jiān)控。通過對高速服務區(qū)垃圾貯存點即垃圾桶、垃圾池的管控，反饋給高速服務區(qū)相關管理人員，使垃圾得到及時清運。通過對垃圾分類的智能管理，及時反饋給高速服務區(qū)管理人員，明確垃圾實際清運量，進而優(yōu)化車輛分配，實現(xiàn)轉運成本的降低。系統(tǒng)包括以下模塊。

2.3.1 垃圾分類模塊

針對高速公路服務區(qū)垃圾種類及節(jié)點進行數(shù)據(jù)監(jiān)管，對可回收物、餐廚垃圾、衛(wèi)生間垃圾及其他垃圾等4 種形態(tài)生活垃圾進行歸類分析，獲取各類垃圾形態(tài)占比。

2.3.2 垃圾收集裝置狀態(tài)監(jiān)測

用信息化管理平臺管理服務區(qū)垃圾的收運，可以保證日產、日清。該模塊通過計量裝置對垃圾收集設備的滿、空狀態(tài)進行實時反饋，確保垃圾箱不溢不出，有效保障高速服務區(qū)區(qū)域環(huán)境整潔美觀。

2.3.3 收集設備垃圾清運頻次情況

對服務區(qū)垃圾清運情況進行統(tǒng)計，明確知道每個服務區(qū)的垃圾清運周期、垃圾清運次數(shù)，并按照車輛類型，做到對垃圾運輸?shù)娜轿槐O(jiān)管。

固廢處理系統(tǒng)設備主要為垃圾箱監(jiān)測裝置和初處理設備，通過監(jiān)測垃圾箱的狀態(tài)，統(tǒng)計詳細的固廢垃圾信息，具體信息如表5。

表5 固廢系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.4 能耗監(jiān)測

服務區(qū)的能耗主要包括水和電，目前已進行了整體改造，安裝了智能水電表，并根據(jù)用戶和區(qū)域進行了分類，以便于后期精細化的能耗管理，監(jiān)測參數(shù)見表6。

表6 能耗管理系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)

3 平臺開發(fā)

綜合管理運維平臺采用python 語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫為mysql，部署在云服務器，操作系統(tǒng)為centos，部署方式docker。平臺包括后臺管理和前端展示界面，污水處理、供暖、能耗監(jiān)測實時接入數(shù)據(jù)，固廢處理需手動錄入數(shù)據(jù)。

3.1 后臺管理

高速服務區(qū)節(jié)能環(huán)保綜合管理運維平臺后臺數(shù)據(jù)包括服務區(qū)站點和系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)、平臺管理、任務管理和污水處理、供暖管理、能耗監(jiān)測、固廢處理等模塊。通過后臺可新增站點，并對站點的節(jié)能環(huán)保子系統(tǒng)進行維護，管理界面如圖 2 所示。

3.2 平臺界面

前端包括污水處理、供暖管理、固廢處理、能耗監(jiān)控的展示界面，數(shù)據(jù)總覽界面如圖3 所示，可以整體顯示各個系統(tǒng)的運行情況。

圖3 數(shù)據(jù)總覽界面

提取污水處理系統(tǒng)運行參數(shù)后，利用機器學習雙層SVM 模型對污水處理設備狀態(tài)進行評估，分為健康、亞健康、故障、異常四種狀態(tài)[3]，并在平臺界面顯示。污水處理界面按照南北區(qū)分別顯示設備的產水量、維修記錄表和故障記錄表，并生成產水量曲線和平均膜壓力曲線，如圖4 所示。

提取供暖系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)后，利用XGBoost+SVM 機器學習算法對設備健康狀態(tài)進行評估[4]，并進行顯示。供暖管理界面生成設備動態(tài)運行效果圖，能實時顯示空氣源熱泵壓縮機工作情況、進出水溫度、環(huán)境溫度，蓄熱循環(huán)泵、供熱循環(huán)泵運行情況、系統(tǒng)整體耗電量及耗電費用，如圖5 所示。

圖5 供暖系統(tǒng)界面

固廢處理界面主要展示數(shù)據(jù)為南北區(qū)垃圾桶狀態(tài)、日處理垃圾數(shù)量，并生成垃圾分類統(tǒng)計圖、垃圾處理曲線及清運統(tǒng)計記錄。利用長期統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可便于后續(xù)對服務區(qū)的固廢進行科學管理，并對服務區(qū)的固廢進行分析預測，如圖6 所示。

圖6 固廢處理前端界面

能耗監(jiān)測界面展示數(shù)據(jù)為南北區(qū)分區(qū)域的用電數(shù)據(jù)，按照辦公、公共區(qū)域、商戶、污水處理、供暖不同用戶統(tǒng)計各時段用電量，并生成相應耗能曲線和用電占比餅狀圖，如圖7 所示。

圖7 能耗監(jiān)測前端界面

4 結論

高速服務區(qū)節(jié)能環(huán)保設備多且分散，結合管理需求提取各系統(tǒng)運行參數(shù)，建立集中運維的節(jié)能環(huán)保綜合管理運維平臺，實現(xiàn)了不同系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)測，并對污水處理和供暖系統(tǒng)進行健康狀態(tài)評估，實現(xiàn)了預防性運維，能夠提升服務區(qū)的綜合管理能力。