洪春媛

摘要 當(dāng)前，在高速公路機電工程管理過程中，對高速公路機電設(shè)備及系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，越來越多的行業(yè)開始意識到在提高機電設(shè)備運行質(zhì)量方面的巨大潛力。文章以高速公路機電設(shè)備為研究對象，分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高速公路機電系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對機電設(shè)備的遠程實時監(jiān)測和診斷，從而提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性和高效性，以期能為高速公路機電管理提供有益的參考。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；機電設(shè)備及管理；實時監(jiān)測與診斷系統(tǒng)；機電管理

中圖分類號 U495文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0192-03

0 引言

高速公路作為交通運輸?shù)闹匾M成部分，其機電設(shè)備的穩(wěn)定運行對保障道路正常運營起著至關(guān)重要的作用。然而，由于設(shè)備的大規(guī)模分布和復(fù)雜性，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測和維護方式已經(jīng)無法滿足高速公路機電設(shè)備的要求。因此，引入新的技術(shù)手段，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，成為提高設(shè)備運行質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的組成

隨著現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的持續(xù)提升，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域。這種技術(shù)賦予每個物品獨特的編碼，實現(xiàn)了人與物、物與物之間的信息交換和共享，為人們智能化生活提供了強大的推動力。按照其技術(shù)特點，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為感知層、信息網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個層次（架構(gòu)如圖1所示）。

感知層作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，主要包括無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和二維碼等手段，主要作用是負責(zé)完成相關(guān)信息的感知。感知層不僅起到了初始數(shù)據(jù)采集的作用，還為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和交互提供了基礎(chǔ)。信息網(wǎng)絡(luò)層作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用平臺和技術(shù)支撐，通過以太網(wǎng)、無線通信網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)等傳輸相關(guān)信息數(shù)據(jù)。信息網(wǎng)絡(luò)層承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵角色，能夠確保信息的實時性和準確性，從而為應(yīng)用層提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)來源。應(yīng)用層則通過應(yīng)用系統(tǒng)等信息交互平臺，實現(xiàn)對設(shè)備的智能化監(jiān)測和管控，以實現(xiàn)人與物、物與物之間的智能化溝通。應(yīng)用層將感知層和信息網(wǎng)絡(luò)層所收集的數(shù)據(jù)進行進一步處理和應(yīng)用，為人們的生活和工作提供了智能化的解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過三個層次，即感知層、信息網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的協(xié)同工作，實現(xiàn)了人與物、物與物之間的智能化連接和溝通，為社會各個領(lǐng)域提供了更為便捷、高效和智能化的服務(wù)[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括RFID、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點技術(shù)和承載網(wǎng)技術(shù)。RFID技術(shù)是一種自動識別技術(shù)（EPC物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)如圖2所示），通過無線通信方式實現(xiàn)設(shè)備與標簽之間的信息交互。RFID讀寫器將電能轉(zhuǎn)化為射頻信號發(fā)送給標簽，CPE標簽接收到射頻信號后將其轉(zhuǎn)化為電能來驅(qū)動標簽發(fā)送信息。物體EPC接收到標簽發(fā)送的載波信號后，將其上傳至系統(tǒng)服務(wù)器中，由服務(wù)器對接收到的載波信息進行分析和處理。傳感器技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)這一虛擬技術(shù)與現(xiàn)實生活相互連接的重要紐帶，可以將人們在現(xiàn)實生活和工作中產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)化成一種電信號，并對電信號進行記錄、傳輸、處理、顯示以及控制等各個環(huán)節(jié)的操作。也可以說，傳感器技術(shù)是從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演變而來的，對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)揮著不容忽視的重要作用。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢及特點

在高速公路機電系統(tǒng)的實時監(jiān)測與診斷系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以大幅提升設(shè)備的安全性、可靠性和運營效率。具體來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)以下功能和優(yōu)勢：

（1）設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)、能耗情況、故障檢測等指標，幫助管理人員及時了解設(shè)備運行狀況。

（2）故障預(yù)警和維護。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)分析和算法預(yù)測設(shè)備的潛在故障，并提供相應(yīng)的維護建議和計劃，及時解決設(shè)備問題，減少故障發(fā)生的風(fēng)險。

（3）決策支持。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集和分析設(shè)備運行數(shù)據(jù)，為管理決策提供依據(jù)，幫助管理人員優(yōu)化設(shè)備運行策略，提升運營效率。

（4）遠程監(jiān)控和管理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)對設(shè)備的遠程監(jiān)控和管理，無需人工實時巡檢，大幅節(jié)省人力成本，并能夠及時對設(shè)備進行響應(yīng)和調(diào)控。

（5）服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過實時監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)和故障預(yù)警，提高服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗，減少用戶受阻和延誤的情況發(fā)生[2]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高速公路機電系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 無線信息數(shù)據(jù)傳輸回路設(shè)計

針對基于物聯(lián)網(wǎng)的機電設(shè)備實時監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的無線信息數(shù)據(jù)傳輸回路的設(shè)計，可以考慮使用ZigBee模塊SZ05進行傳輸。該模塊是一種嵌入式無線信息傳輸通信模塊，具有以下主要應(yīng)用優(yōu)勢：

（1）符合ZigBee協(xié)議標準，SZ05模塊集成了射頻收發(fā)器和微處理器，可以實現(xiàn)與其他ZigBee設(shè)備的互聯(lián)和通信。

（2）較遠的通信距離，SZ05模塊具有較遠的通信距離，可以支持大范圍的設(shè)備監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸。

（3）靈活的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，SZ05模塊支持靈活的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)多個設(shè)備之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸，方便系統(tǒng)的建設(shè)和擴展。

（4）可靠性能，SZ05模塊具有穩(wěn)定可靠的性能，能夠穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)并保證數(shù)據(jù)的完整性和準確性。

2.2 數(shù)據(jù)可靠性檢測

（1）傳感器選擇。根據(jù)需要檢測的機電系統(tǒng)的特性，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎鐪囟葌鞲衅?、濕度傳感器、壓力傳感器等，借助這些傳感器以獲取準確的機電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，確定合適的采樣頻率，以確保能夠捕捉到機電系統(tǒng)的實時變化。將采集到的數(shù)據(jù)記錄在計算機或其他數(shù)據(jù)記錄設(shè)備中，以便后續(xù)分析和處理。

（2）數(shù)據(jù)整理。去除異常值、缺失值和重復(fù)數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，以便后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析。根據(jù)機電系統(tǒng)的特性和檢測要求，將數(shù)據(jù)分類為不同的類別或?qū)傩?，如正常、異常、故障等?/p>

（3）數(shù)據(jù)處理與分析。使用圖表、圖形等可視化工具將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，以便更直觀地觀察和分析機電系統(tǒng)的狀態(tài)和變化趨勢。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，如聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘等，從大量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息和知識，以支持決策和預(yù)測。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)和機電系統(tǒng)的特性，構(gòu)建預(yù)測模型或分類模型，以實現(xiàn)對機電系統(tǒng)的智能監(jiān)測和預(yù)警[3]。

2.3 車輛跟蹤管理及智能停車誘導(dǎo)

GPS技術(shù)和GIS技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，對于健全服務(wù)區(qū)高效運作體系和完善車輛跟蹤管理模塊發(fā)揮著重要作用?？梢蕴岣呓煌ǜ櫦夹g(shù)，全方位監(jiān)測車輛運行狀態(tài)，并準確定位車輛的具體位置。它們在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用包括以下幾個方面：

（1）GPS定位系統(tǒng)：實時監(jiān)控和定位車輛的位置；可以進行交通情況的實時監(jiān)控，幫助管理者更好地了解路況，做出合理的調(diào)度和決策；可以應(yīng)用于車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，幫助車輛選擇最優(yōu)路徑。

（2）GIS技術(shù)：結(jié)合地理信息系統(tǒng)，可以建立高速公路服務(wù)區(qū)的地理信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對車輛和設(shè)施的空間分布和關(guān)聯(lián)關(guān)系的分析；可以通過地理信息系統(tǒng)，對用戶的位置信息進行標注和跟蹤，為用戶提供定位和導(dǎo)航服務(wù)；可以將地理信息與其他數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，例如交通狀況、天氣狀況等，為管理者提供全面的數(shù)據(jù)支持，便于決策和規(guī)劃。

（3）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：收集車輛在行駛過程中產(chǎn)生的各類信息數(shù)據(jù)，并進行分析和計算；將分析和計算后的結(jié)果通過指定的系統(tǒng)傳輸?shù)娇蛻舳?，實現(xiàn)對車輛信息的實時控制[4]。

2.4 AI邊緣設(shè)備網(wǎng)關(guān)

AI智慧邊緣網(wǎng)關(guān)是針對高速公路上設(shè)備種類多、廠商多、標準不一等問題提出的解決方案。其核心設(shè)計是邊緣計算模塊，通過采用統(tǒng)一的硬件設(shè)計標準和中間件，實現(xiàn)各種設(shè)備的統(tǒng)一接入和數(shù)據(jù)的標準化采集。邊緣計算模塊具備多種設(shè)備的融合分析計算能力和部分非標準化的邊緣計算能力，能夠在邊緣端實時分析設(shè)備的狀態(tài)。該AI智慧邊緣網(wǎng)關(guān)適用于高速公路的各個路段和設(shè)施點，例如龍門架、隧道、邊坡、橋梁和服務(wù)站點。能夠滿足智能配電、智能傳輸、智能化數(shù)據(jù)采集和智能分析等需求。具體來說，該網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)以下功能：

（1）統(tǒng)一接入和標準化采集：通過網(wǎng)關(guān)，各種不同類型的設(shè)備可以通過統(tǒng)一的接口和標準進行接入，并實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和處理。

（2）邊緣計算能力：邊緣計算模塊具備融合分析計算能力，能夠?qū)Χ喾N設(shè)備（如攝像機、雷達、氣象站和車檢器等）進行分析計算。除此之外，還能提供部分非標準化的邊緣計算能力。

（3）實時分析：網(wǎng)關(guān)將設(shè)備的數(shù)據(jù)在邊緣端進行實時分析，可以快速識別設(shè)備狀態(tài)異?；蚬收?，并及時采取應(yīng)對措施。

通過這種AI智慧邊緣網(wǎng)關(guān)，可以解決高速公路上設(shè)備多樣性和不一致性帶來的問題，實現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一接入和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理。邊緣計算能力的應(yīng)用可以提供更多智能化的功能和應(yīng)用場景，提高高速公路管理的效率和精度。

2.5 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)庫是使用SQL Server將數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器上，主要用于儲存各類信息，包括機電設(shè)備的采購、維修以及保修等信息。這些信息可以確保對機電設(shè)備全生命周期的數(shù)據(jù)進行妥善地存儲和管理。

（2）終端設(shè)備用來為機電設(shè)備配備傳感器，以便采集設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并將其傳輸?shù)焦芾砥脚_。這些終端設(shè)備可以是具有瀏覽器功能的PC機，其管理人員可以通過登錄系統(tǒng)獲取設(shè)備的保修信息以及運行狀態(tài)信息。

（3）WEB管理系統(tǒng)是采用BS架構(gòu)進行編制的程序，它支持通過安裝了瀏覽器的PC設(shè)備進行登錄操作。工作人員可以通過管理App掃描設(shè)備的條形碼來獲取相關(guān)的設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并據(jù)此開展維護工作。

（4）通過應(yīng)用GIS技術(shù)，可以迅速進行定位，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，工作人員能將圖像或其他信息傳輸?shù)紸pp上，從而優(yōu)化機電設(shè)備的管理。這樣的系統(tǒng)架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對機電設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、存儲和管理，并且可以提供實時的設(shè)備狀態(tài)和運行信息，方便管理工作者進行維護和修復(fù)。通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以提高機電設(shè)備管理的效率和質(zhì)量，降低運營和維護成本，提升整體管理水平。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效果分析

在使用物聯(lián)網(wǎng)管理平臺對公路機電設(shè)備進行管理時，可以實現(xiàn)以下方面的成本節(jié)約和服務(wù)質(zhì)量提升：

3.1 資產(chǎn)管理成本降低

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)可以實時上傳至管理平臺，實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的實時更新和詳細了解。這不僅有助于企業(yè)全面掌握設(shè)備的使用情況和狀態(tài)，還可以及時發(fā)現(xiàn)潛在問題，減少資產(chǎn)損失?；谖锫?lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)分析，企業(yè)可以更加精準地制定維護計劃，有效提升設(shè)備維護的成本效益。在傳統(tǒng)模式下，設(shè)備維護通常依賴人工巡檢和維修，不僅效率低下，還可能因為人為因素導(dǎo)致維護不及時或維修不徹底。而物聯(lián)網(wǎng)平臺可以實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，提前預(yù)警潛在問題，實現(xiàn)精準維修，大大減少維修車輛的行駛里程和節(jié)省燃油成本。此外，物聯(lián)網(wǎng)平臺還可以實現(xiàn)設(shè)備的遠程監(jiān)控和管理，降低設(shè)備管理成本，提高管理效率?？傮w來看，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，企業(yè)可以實現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)的全面掌控和有效維護，降低設(shè)備管理成本和維修成本，提高設(shè)備使用效率和資產(chǎn)價值，真正做到“降本增效”。

3.2 提升維修效率

物聯(lián)網(wǎng)管理平臺在機電設(shè)備的維修管理中發(fā)揮著重要的作用。通過實時收集和分析設(shè)備的數(shù)據(jù)，平臺可以提供全面、準確、及時的信息，幫助企業(yè)深入了解設(shè)備的性能狀態(tài)。這種智能化的管理方式不僅提高了維修的精準度，更降低了維修成本。通過對設(shè)備數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，可以快速定位故障的位置和原因，提前預(yù)警潛在的故障，避免設(shè)備在運行中出現(xiàn)問題，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。物聯(lián)網(wǎng)管理平臺還可以提供全面的設(shè)備使用和維護記錄，方便企業(yè)進行設(shè)備管理和維護。這種智能化的維修方式不僅提高了維修效率，降低了維修成本，也延長了設(shè)備的使用壽命，為企業(yè)帶來了更多的收益。

3.3 提升管理服務(wù)質(zhì)量

可以通過實時監(jiān)測和分析機電設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)問題，確保設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，提高設(shè)備的完整性和可靠性，從而保障收費站的正常運行。物聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用還可以提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，為駕駛員和用戶帶來更好的體驗。它可以通過智能化手段，提高服務(wù)效率和質(zhì)量，為用戶提供更加便捷、高效、安全的通行體驗。例如，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，駕駛員可以實時了解收費站的交通情況、車流量等信息，選擇合適的通行路線，減少堵車和等待時間。物聯(lián)網(wǎng)平臺還可以為企業(yè)提供更準確、及時的數(shù)據(jù)分析和管理，幫助企業(yè)優(yōu)化管理流程和決策制定。通過對設(shè)備數(shù)據(jù)和性能的分析，可以預(yù)測設(shè)備的使用壽命和維修需求，提前預(yù)警潛在問題，避免設(shè)備在運行中出現(xiàn)問題，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)語

綜上所述，該文分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高速公路機電設(shè)備實時監(jiān)測與診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測和診斷，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和高效性，這對于高速公路機電管理具有重要的意義。盡管如此，仍需進一步研究和探索如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與高速公路機電管理相結(jié)合，才能實現(xiàn)更好的效果和效益。

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