浙江高速公路设备智能运管云平台应用探析

作者：唐燕斌，金如克（浙江高速信息工程技术有限公司）

摘要：本文运用互联网思维结合物联网、人工智能、大数据分析等技术，解决当前设备运维管理中故障发现难、运维监管难、智能化和数据化程度低、过程数据权威性不足等问题，实现设备快速接入、设备自我学习能力的提高、故障可视化准确定位、资产全生命周期管理以及运维全流程规范化管理，为管理层决策提供数据支撑。

随着设备智能化程度不断提高，设备种类也急剧增加。然而高速公路运维信息化程度不高，运维人员工作量大、规范性差，以及科技含量低的现状难以改变，因此亟需一套智能化运维管理理念和配套平台，为解决高速公路运维管理现存问题提供有力支撑。

一、浙江省高速公路设备运维管理现状

设备智能化程度越来越高，但高速公路业主单位设备管理人员配置力度严重不足，且专业性不高，其工作量也存在很大差异。另外，高速公路外部运维单位应急处置时效性不强，管控意识也较为薄弱。

目前，日常巡检还是以人工巡检与各设备平台独立检测管理为主，但运维人员工作量大、时效性差，存档缺乏规范性、科技含量低，各设备平台监测数据存在壁垒无法打通，存在“信息孤岛”问题，监控人员需要在多个系统平台间操作，工作繁琐，因此原有信息化系统已无法适应当前时期的应用要求。同时，还缺乏一套合理的评价体系来公平、公正地评价和考核高速公路设备良莠以及外部运维单位和所属人员的日常工作。

二、高速公路设备智能化运管平台建设必要性

基础设施、设备数字化和智能化是我国七大战略性新兴产业之一的高端产业重点发展方向。近年来，国家和各地对数字化、智能化产业高度重视，先后发布了一系列政策进行扶持。浙江交通集团也在去年开展了“数字交投”建设，以此来实现集团基础信息数字化、管理流程标准化、关联业务协同化、辅助决策智能化，为全国交通类企业信息化发展提供参考。

浙江省已建的设备管理系统主要聚焦设备全生命周期实时管控，以及预算经费全方位监管。设备远程监测系统主要聚焦设备运行的实时状态监控和精准定位。物联网平台主要聚焦物联设备的统一适配以及本地智能分析。由于这几个系统互联互补，整合需求强烈，因此可通过整合形成一个统一的高速公路智能化运管大平台，便于数据整合、业务贯通以及后续平台的持续迭代。

三、高速公路多源路网设备智能运管云平台设计架构

高速公路多源路网设备智能运管云平台可概述为“一个中心、一个平台、一张网、一套体系”。“一个中心”指的是数据中心，以设备相关基础数据、运行数据、相关业务数据为源，形成数据财富，最大限度地发挥出数据的价值。“一个平台”指的是基于区块链技术的综合管理平台。“一张网”包含了互联网、物联网等多样网络形式。“一套体系”指的是配合平台的规范化标准（设备接入标准，如设备接入参数要求、运维技术要求）、智能化运维标准（报警规则、日常运维管理），达到平台和规范标准互利互补要求。系统架构如图1所示。

图1 总体架构图

系统架构分为三层，分别是应用展现层、中间业务层、基础支撑层。

应用展现层：用户对系统最直观的感受来源，主要分为PC端和移动端。

中间业务层：为主要业务处理模块，包括智慧运维通平台相关业务模块以及对外接口。

基础支撑层：系统的底层功能处理层，为通用服务集合、为整个系统提供功能支撑。分为三个功能区域，应用支撑主要包括规则引擎、配置中心、授权管理、服务网关、短信；基础框架包括服务框架、任务调度、报表、日志、连接池、缓存服务、持续集成、资源监控；基础支撑环境是基于智慧高速云平台相关的服务器、存储、操作系统、数据库、网络等，其硬件架构如图2所示。

图2 硬件架构图

各机电设备通过平台对接、物联感知设备采集、前端硬件协议解析，实现远程断电重启、物感数据采集等，并进行标准协议输出，通过现有网络链路传输至监控分中心，进行数据落地及数据存储。根据不同路段管理架构，可设置监控分中心、路段监控中心、监控中心等。监控中心汇总的路段数据通过现有网络链路传输至监控中心，进行数据存储并同步私有云。

四、运管云平台的应用、优化与核心功能

经过各项准备工作，高速公路多源路网设备智能运管云平台v1.0于2018年10月完成研发，并在浙江沪杭甬高速公路股份有限公司、浙江省交通投资集团有限公司杭金衢分公司、浙江金丽温高速公路有限公司等高速公路运营管理单位部署应用。

通过两年的应用与迭代升级，多源路网设备智能运管云平台实现了对主线设备、隧道设备、收费站设备、机房动环设备、电力设备等高速公路主要机电设施设备的数据录入与实时监测、故障报警与自动分析恢复或维修工单联动，基本达到了前期设计目标。高速公路多源路网设备智能运管云平台核心功能模块为综管云平台、云端资源分析、主题场景监测、设备管理仿真监测、设备可视化分析、设备状态预诊、业务运行状态管理。

（一）综管云平台

综管云平台可实现精确定位、实时查看功能。在地图上能够精确定位到某个设备站点或独立的机电设备，查看其所处的位置。点击“独立的机电设备”可查看该设备当前的运行状态及信息档案；点击“设备站点”，则左侧弹出菜单，可实时查看该站点的机电设备的相关信息，并对部分设备进行遥控，如复位、停机、重启等操作，帮助故障设备恢复正常运行。

（二）云端资源分析

云端资源分析是利用大数据技术，通过平台对接、物联感知设备采集、前端硬件协议解析这三种方式，实时采集前端设备的运行数据，并对上报的数据进行处理分析，在综管云平台上对全省的机电设备完好率计算、故障统计、全寿命周期分析等进行展示。云端资源分析如图3所示。

图3 云端资源分析示意图

（三）主题场景监测

主题场景监测主要是对高速公路各场景的设备进行分类监测，通过对前端设备协议解析、平台协议对接等方式，实现各机电设备的统一平台监测，解决各设备平台独立管理的“信息孤岛”问题，是平台的重点与核心功能。主题场景监测可按场景分为主线监测、电力监测、网络通讯监测、隧道监测、机房监测、车道监测等。主题场景监测如图4所示。

图4 主题场景监测示意图

1、主线监测

主线设备是高速公路设备核心，它对高速公路安全、高效运营起着关键性作用。系统通过对摄像机、情报板、车检器、高清卡口、ETC设备的监测，了解当前路线设备运行情况，保证监控中心人员能及时了解高速公路的路况，保证高速公路的正常运营。

2、电力监测

电力是设备运行的基础，电力设备的好坏决定了设备是否能正常运行。因此，电力监控是本平台监测的重点模块之一，系统通过对配电室的高低压配电柜、柴油发电机、UPS等电力设备的实时监测，了解当前各配电室的电流电压情况，针对电压电流阈值超限、断电等电力故障情况，第一时间通知管理员进行处理。除此之外，通过对配电室的门禁、烟感、水浸、红外、空调的远程管理，保证了配电室设备良好运行环境。

3、网络通信检测

通信链路作为整个平台的网络传输支撑，其运行的通断直接影响平台的实际效用大小。因此，本平台将通信链路监控作为系统中重要监测的模块之一。该模块通过对交换机、路由器等设备的远程监测，实现对主干网各个节点的实时监测，并以网络拓扑图的形式直观地展现当前网络通信状况，一旦发生故障，可协助用户判断链路故障的大致方位。

4、隧道监测

隧道设备有着数量大、分布密集等特点，其设备的日常运维难度相对较大。实现隧道内设备远程监测和控制，对于现今设备日常维护工作具有重大意义，将有助于进一步加强设备监管力度，并降低维护人员工作强度。为方便用户直观地了解隧道内设备情况，模块利用隧道的平面图或BIM建模，将设备合理地分布于页面上，通过对隧道内线圈车检器、CO/VI检测设备、车道指示器、限速标志、风速仪、照度仪、亮度仪、紧急电话分机、隧道广播、射流风机、防火卷帘门、火灾报警主机等设备的远程监测，最大程度地保证隧道的正常运营及车辆的安全行驶。

5、机房监测

机房是当前高速公路信息通讯的基础和保障，如何保障机房中的设备正常运行是高速公路信息化中需要解决的重点。机房监控主要是对机房环境、机房安保监控对象（包括空调、漏水、门禁、防雷、红外等）进行远程监测，采集设备运行的实时数据，并对相应故障进行及时侦测和报警，通过对空调的远程控制，调节机房的温湿度，实现机房的无人值守及精细化管理，为机房的正常运行提供安全保障。

6、车道监测

车道作为进出高速的重要节点，车道设备状况不仅关系着高速的正常通行，还决定了高速企业的日常营收。因此，车道是系统重点监控对象之一。通过对自助发卡机、低速称重计量平台、车道分离器、轮胎识别器等设备的远程监测，保证收费车道的正常运营，并以二维平面图的形式展现收费车道内设备运行情况，帮助用户更为直观地了解设备运行情况。

（四）设备管理仿真监测

设备管理仿真监测模块是以传统的列表形式加二维仿真，展现当前在管设备的运行情况。通过对设备运行状态、历史报警信息、故障维修进度的查看，以及重点设备的远程控制，实现设备日常运行的精细化管理。

（五）设备可视化分析

对设备进行协议解析或加装边缘计算设备后，平台可对设备进行虚拟还原，形成与现实设备相同的孪生数字设备，在设备遇到故障时，用户可直观清晰地判断设备故障点，结合平台给出的维修建议，缩短故障维修时间。

（六）设备状态预诊

针对传统机电设备维护才发现异常、故障后才维修等问题，平台构建智能化的机电设备故障自动分析预测模型以及相关故障因素，通过大数据的分析方法对机电设备运行状态进行监控，对设备性能进行预测，有效降低故障率，降低运营成本。运管云平台通过设备故障周期散列点，判断此设备接近故障高发期。

（七）业务状态管理

业务状态管理模块具备设备设施基础信息管理、变更管理、备品备件管理、采购管理、维修管理、维护管理、知识库管理、定额库管理等管理功能，可满足用户对日常运维养护管理的功能需求，可实现从采购入库、故障维修更换到设备报废全生命周期全流程一站式管理服务。

五、总结

通过平台建设，将联通各公司的设备运行维护体系，实现设备运维信息共享，打破“信息孤岛”的桎梏，可大幅度提高故障维修效率，减少不必要的时间支出。通过平台试点落地应用情况及数据统计可得出，平台的应用有助于节约维修时间15%~30%，提高运维人员的工作效率23%，节能减排约20%，进一步降低了设备故障所带来的影响，提升了高速运维管理工作的智能化水平，保证高速公路日常运营的正常运行，为公众提供安全、高效的高速公路行车环境。

未来几年，运管云平台日常监控和设备故障维修所留存的数据信息，将作为设备的全生命周期分析的数据来源，为精准预算、设备选型提供依据。通过故障维修数据与设备技术参数、使用年限等进行多维度比对，提高设备预诊功能准确性，通过BIM技术打造全路段设备运管的孪生数字高速。高速公路设备智能运管云平台的应用与迭代升级，将会助力企业领导改善设备运维机制，实现设备运维体系的最优化。

（原文刊载于2020年第7期《中国交通信息化》）