崔曉亮

（中貝通信集團股份有限公司，湖北武漢 430023）

隨著基礎建設進程的加快，我國高速公路總里程為世界第一。高速公路系統(tǒng)當中，交通運輸正常通行需要依賴各類機電設備的支持。在全國撤站工作的實施以來，智慧公路快速涌現，對于機電設備運管要求更高，大量ETC 門架、RSU 天線投入使用，能夠對公路環(huán)境實時感知。機電設備運維管理是公路安全通行的重要前提。然而，目前公路機電設備的智慧管理還存在不足，因此，需要探索智慧運維在公路機電管理中的實踐運用，為公路安全提供支持。

1 高速公路的機電系統(tǒng)運維現狀

1.1 設備生命周期管理困難

高速公路的機電設備種類較多，設備管理難度高，若單純使用傳統(tǒng)運維方式，可能難以抓住運維重點，因為機電設備管理需要對其狀態(tài)信息進行收集，檢測設備的溫濕度。然而，部分公路由于物聯網感知系統(tǒng)建立尚不完善，難以獲取各類設備運行、供電或者狀態(tài)信息，如果設備被損壞，系統(tǒng)后端也難以及時響應，道路信息感知不及時，預警信息存在誤差，難以對機電設備展開生命周期管理。

1.2 設備運行故障發(fā)現滯后

如果公路當中機電設備出現故障，傳統(tǒng)管理模式不能及時發(fā)現，定期巡檢也存在滯后性，導致設備故障解決、維修工作不及時。尤其是ETC 門架或者監(jiān)控設備出現故障時，就會對道路整體安全造成影響。部分機電設備難以實現遠程控制，雷達開關、攝像機啟閉自動化水平低，難以及時發(fā)設備故障。

1.3 設備故障排查不及時

機電設備管理，傳統(tǒng)運維是人工方式進行，運維人員難以第一時間掌握運維信息，需要通過現場排查，通過線路清理判斷故障點。由于人工排查工作效率低，故障現場處理工作復雜，耗時耗力，處理效率低，還有可能誘發(fā)安全風險。

2 智慧運維在高速公路機電系統(tǒng)中的建設思路

鑒于目前高速公路的運維系統(tǒng)存在的問題，需要建立科學的運維系統(tǒng)將問題解決。智慧運維管理系統(tǒng)的建設能夠實現對機電設備的運行監(jiān)管、日常維護、實時監(jiān)管，對于公路資產安全的保護具有現實意義。同時，機電系統(tǒng)的運維目標是全方位掌握設備運行狀態(tài)，根據監(jiān)測信息對運管單位進行指導，使其能夠制定科學的養(yǎng)護措施，保證機電設備的運行安全。所以，搭建智慧運維管理系統(tǒng)思路如下。

①通過系統(tǒng)能夠實時捕捉機電設備運行參數、狀態(tài)信息，經過對數據的分析和檢測，掌握設備總體運行效果，獲取單體設備的運行參數，輔助機電設備狀態(tài)評估工作的開展。②通過系統(tǒng)能夠及時發(fā)現機電設備存在的安全隱患，判斷系統(tǒng)缺陷問題，明確投入使用的機電設備是否存在安全風險，為機電設備日常檢測、隱患排查等管理工作提供指導。③通過系統(tǒng)能夠全方位監(jiān)控高速公路的運行狀態(tài)，保證全線的運行安全。

結合以上建設需求，根據機電運維管理需求，在系統(tǒng)搭建之前，需要對機電設備的運行狀態(tài)信息進行全面收集，并對其狀態(tài)進行全面評估，利用標準規(guī)范、科研成果等明確公路機電設備運行現狀。與此同時，還需要考慮管理部門、設備廠家和業(yè)主對于機電運維需求差異，分別走訪以上主體，明確高速公路環(huán)境不同對于機電設施的使用要求差異，通過生產廠家了解機電設備的組合應用效果，對于不同省市已建設完成的智慧運維系統(tǒng)使用情況展開全面調研，結合設備運維未來發(fā)展建立智慧運維系統(tǒng)框架，細化系統(tǒng)功能模塊。利用運維系統(tǒng)能夠完成綜合監(jiān)測、資源管理、運維評價、移動服務、預算管理、統(tǒng)計分析，對于機電設備使用生命周期進行管理。利用智慧化運維體系，不斷提高故障診斷和維修效率，控制運維成本，提高管理效益。

3 智慧運維在高速公路機電系統(tǒng)中的應用

3.1 監(jiān)測設備運行

要確保高速公路能夠安全運行，機電設備安全使用是最重要前提，管理過程利用智慧運維體系能夠及時發(fā)現故障，并將故障問題解決。因為系統(tǒng)內部存在監(jiān)測模塊，可以對所有處于運行狀態(tài)設備展開實時監(jiān)測，并將設備的故障信息、歷史信息、安全狀態(tài)信息實時顯示，為使用者快速發(fā)現故障，為故障問題解決提供支持。利用智慧運維平臺，能夠對機電設備全方位管理，所有的運維對象具備統(tǒng)一化的展示管理、報警管理模塊，展示監(jiān)控視圖，具體涵蓋系統(tǒng)拓撲、報警統(tǒng)計、主要設備、機房內場信息等。同時，應用智慧運維系統(tǒng)還能對報警行為展開智能化管理，對于設備的報警信息進行分級，按照報警信息出現時間，對其進行壓縮和過濾，分析報警信息根源，按照設備之間的關聯性和拓撲關系，獲取報警事件信息，通過管理平臺能夠將設備的庫存信息、警告信息、健康數據等實時監(jiān)控。

3.2 輔助設備管理

智慧運維管理系統(tǒng)當中，存在設備管理功能模塊，屬于高速公路資產管理重要模塊之一，利用該模塊能夠對各種類型機電設備、設備配件展開統(tǒng)一化管理，還能對庫存單據的管理流程加以規(guī)范，讓設備管理的審核流程實現透明化。管理模塊當中主要包括機構管理、庫存管理和設備管理等。從機電設備運營分析、規(guī)劃管理之初，到機電設備的投入使用，再到設備驗證、信息資源錄入、機電設備出入庫、設備下線展開一系列管理，體現設備管理的生命周期管理特色。

在智慧運維系統(tǒng)當中，運維模塊主要功能是對機電設備日常維護作業(yè)進行審核認定，并對任務的執(zhí)行情況進行管理，對于管理人員工作流程進行全面記錄，將機電設備檢查保養(yǎng)、維修管理、緊急調度、巡檢管理、公告信息和值班管理信息全面顯示。

3.3 開展設備運維

智慧運維統(tǒng)計管理模塊主要是對系統(tǒng)內部報表進行統(tǒng)計，從而分析設備運行狀態(tài)，對于設備運行全面評價，給出運行建議。通過統(tǒng)計管理，能夠全面分析設備運行狀態(tài)，系統(tǒng)可以提供可視化的管理指標，對其采取智能分析，并對資產管理系統(tǒng)當中運行信息展開統(tǒng)一化管理。

3.4 落實信息統(tǒng)計

利用系統(tǒng)的統(tǒng)計功能，還可配合數據挖掘和人工智能等技術，針對運維應用展開多主題分析，具體包括設備的健康狀態(tài)、設備性能、故障原因、運維效率、服務質量、成本效益相關內容。通過運行評價，機電設備管理單位還能制定運維管理考核機制，明確考核目標，精準選擇考核指標、考核數據、考核方法，利用數據挖掘和人工智能多種技術輔助分析，完成評價管理，對于設備運維管理和人員工作能力進行考核。利用管理系統(tǒng)為公路機電設備的運營提供建議，讓公路機電運管單位明確維修工作重點，對于維修工作劃分等級，完善維護工藝流程，精準控制運維對象定額預算，為運管單位提供決策支持。

3.5 知識庫的管理

智慧運維系統(tǒng)中存在知識庫模塊，其中包含廠商設備的維護信息、機電設備運維管理經驗等內容，將以上內容存儲于知識庫系統(tǒng)當中，運管單位可以根據機電運維業(yè)務需求，對于其中海量數據進行整合，運用大數據、人工智能等技術完成數據挖掘和分析，對于機電設備常規(guī)運營故障問題進行處理，逐漸積累知識經驗，控制故障處理環(huán)節(jié)的轉交率，控制運維成本，快速響應，滿足運維服務的管理需求。利用知識庫作為運維助手，該管理模塊具備知識發(fā)布、檢索、維護等功能，還具備權限管理功能，能夠對服務流程采取簡單處理。利用系統(tǒng)工單中的信息，在大數據分析以后，將對應運維知識向故障處理者發(fā)送，讓知識之間能夠實現智能化關聯。

3.6 移動端管理

智慧運維的移動端管理是利用互聯網方式，針對運維人員、管理人員展開全方位管理。運維人員可以借助移動終端，場外完成設備運維工單收發(fā)和處理等管理操作。具體涵蓋機電設備的常規(guī)管理，設備巡檢任務管理，工單收發(fā)的管理，還包含運維助手，有效提高運維效率和服務質量。機電設備的管理員可按照實際需求制定服務信息，完成設備檢索、消息公告、狀態(tài)展示和事務提醒相關操作。

在智慧運維管理系統(tǒng)的支持下，高速公路中的所有機電設備都可通過互聯網連接到管理系統(tǒng)當中，加上物聯網和大數據等技術融合應用，融合設備前端感知設備、智慧運維系統(tǒng)、知識庫管理等模塊內容，提供全新運維服務模式。利用高速公路運維系統(tǒng)，讓機電設備的維護和保養(yǎng)管理實現一體化和規(guī)范化，以精細化的管理模式，運用專業(yè)化管理技術，不斷提高設備現場運維效率，讓管理成本可控，提高管理水平。智慧運維的支持下，應用管理系統(tǒng)能夠對機電設備運行狀態(tài)重點感知，通過信息數據的整合，實現全程追溯和閉環(huán)管理工作目標。利用系統(tǒng)長期積累的運維數據，建立設備故障分析模型，在機電設備管理重點環(huán)節(jié)，包括巡檢排查、故障搶修、運維保養(yǎng)等，提供設備、人員、備件等方面的信息，輔助業(yè)務決策制定。

4 智慧運維階段運用的核心技術

4.1 依托BIM和GIS技術

BIM 和GIS 等技術組合應用，可對高速公路的機電設備進行內外整合管理，建立BIM 模型，獲得GIS 三維實景圖，輔助運營路段機電設備的智慧化運維和管理，以上技術的應用具備安全評估、智能預警、大數據分析、電子沙盤、養(yǎng)護決策多種功能。因為BIM 具有可視化特點，可對機電設備實施精細化管理，將BIM 和運維系統(tǒng)融合應用，能夠提高運維管理的信息化水平，發(fā)掘更多具備價值的潛在數據，讓高速公路的機電設備管理模式實現智能化升級，提高決策制定的科學性。

4.2 運用數字孿生技術

數據孿生是融合不同學科、物理量、尺度、概率等知識仿真過程。數據分析階段，先建立物理模型，通過機電設備的歷史數據，在虛擬環(huán)境當中建立映射關系，將機電設備生命周期運行過程展示出來。當前，高速公路現有機電設備運維方式是人力巡檢、傳感器等方式，運維人員利用工作經驗完成設備檢測，難以對公路全線所有設備實時監(jiān)測，按照時序對于監(jiān)測數據進行梳理，因此，以上運維方式不利于高速公路設備的安全管理。利用智慧運維管理系統(tǒng)，可對設備生命周期采取信息化管理方式，控制運維管理成本。在此期間，選擇數據孿生技術和智慧運維融合應用，可將管理閉環(huán)打通，發(fā)揮技術優(yōu)勢，避免設備出現非計劃停機現象，對其采取預測性維護，優(yōu)化控制設備的運行成本。該技術運用從本質上來講就是將智慧運維系統(tǒng)所采集的數據向數字模型中輸入，展開仿真分析，診斷設備故障或者健康狀態(tài)，及時預測故障問題發(fā)生的可能性。智慧運維與數字孿生之間的融合能夠對運維系統(tǒng)中的數據充分挖掘，為運維檢測工作開展提供輔助，還能支持運維調度工作策略制定，進一步提高智慧運維系統(tǒng)工作的有效性。搭建數字應用體系，讓原始數據、設備信息、數據挖掘、決策制定、數據優(yōu)化形成一體化管理，為平臺運行提供支持，讓機電設備實現全凈化管理，數據分析過程智能化，設備巡檢精益化。

4.3 運用邊緣計算技術

智慧運維和邊緣計算融合應用，系統(tǒng)能夠對前端所采集的數據展開邊緣計算，主要是機電設備運行狀態(tài)數據，將其向中心系統(tǒng)傳輸，根據設備運行數據將自動巡檢和采集技術啟動，自動化完成設備接口的協(xié)議分析。同時，技術的運用還能自動采集不同品牌和型號數據運行信息，部分機電設備本身具備用于分析故障的軟件，如此一來，借助本身分析軟件接口就能幫助智慧運維系統(tǒng)完成信息采集。自動巡檢階段，還可對采集信息展開自動化分析，并對設備運行狀態(tài)實時判斷，提高系統(tǒng)對于前端設備狀態(tài)數據獲取能力，進而提高檢測效率，還能緩解系統(tǒng)數據中心的工作壓力。

4.4 運用AR技術

AR 技術的應用主要是通過遠程協(xié)作的方式輔助智慧運維工作的開展。具體而言，AR 技術可以通過語音視頻或者實時標注等方式完成遠程協(xié)作，讓遠端設備和近端設備實現協(xié)同管理，實時標注運用能夠對指導建議進行演示并將結果同步，優(yōu)化遠程協(xié)作管理場景，將協(xié)作過程的服務效能不斷提高。使用AR 眼鏡讓管理者身臨其境獲得遠程協(xié)作體驗，協(xié)作過程更加高效，可將數據保存。同時AR 技術應用之下，機電運維人員可佩戴智能裝備，利用移動終端對于電源設備維護保養(yǎng)情況全方位識別，提供檢測結果，并將信息通知對應路段的運管人員，如果發(fā)現疑難問題，還可與業(yè)務專家建立遠程連接，獲得專業(yè)指導，在線解決運維環(huán)節(jié)遇到的難題，提高運維效率。

5 結束語

高速公路智慧運維是機電系統(tǒng)未來管理主要方向，智慧運維需要搭建智慧化管理系統(tǒng)，利用管理模塊功能，監(jiān)測機電設備運行狀態(tài)，對其展開生命周期管理。在智慧運維體系之下，融合運用先進技術，完成機電運行數據采集、挖掘和應用管理，為機電系統(tǒng)提供故障問題解決方案，控制公路運行風險，搭建智慧化的機電管理體系，實現智慧運維，探索出高效的公路機電運維新方向。