康 上

（山東高速股份有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

高速公路機電設備主要由監(jiān)控、收費、供配電、通信等模塊構成，為高速公路的安全穩(wěn)定運行提供了重要支撐。隨著信息技術在高速公路領域的創(chuàng)新應用，智慧高速建設逐漸成為我國交通新基建的熱點，在為社會公眾提供高質(zhì)量出行服務的同時，也導致了機電設備的規(guī)模呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。

設備種類繁雜、數(shù)量多、分布范圍廣、所處環(huán)境復雜等問題為高速公路機電設備的運維管理帶來了巨大的壓力，傳統(tǒng)的運維管理模式已不能滿足高標準養(yǎng)護的需要[1]。此外，各機電設備系統(tǒng)之間相互獨立，存在信息壁壘，無法充分挖掘出數(shù)據(jù)的價值。建設基于“人工智能+大數(shù)據(jù)”的高速公路機電設備智慧運維平臺，可有效提升運維管理效率，實現(xiàn)由被動維護轉(zhuǎn)換為主動預防，帶來顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。

1 研究現(xiàn)狀及需求分析

1.1 機電設備運維管理現(xiàn)狀

1.1.1 運維管理任務繁重

高速公路機電設備技術含量高、結構精細復雜、造價昂貴，其運維管理工作是一項繁雜且系統(tǒng)化的任務。隨著信息化技術在機電系統(tǒng)中的廣泛應用，機電設備的種類與數(shù)量與日俱增，再加上日、周、月、年固有的定期檢查與改造升級工程，使得機電管理任務較為繁重。各類新型軟硬件設施在高速公路沿線密集部署，對運維管理人員的專業(yè)化水平提出了更高的要求，在日常運維管理工作中，普遍存在運維成本高、故障定位難等問題[2]。

1.1.2 管理與維護模式較為落后

當前高速公路運營單位仍采用傳統(tǒng)的被動式管理模式，大多依靠人工巡檢的方式進行機電設備維護，容易造成效率低下、維修不及時等問題。在整個機電設備故障處理過程中，未能實現(xiàn)全程跟蹤，也缺乏相應的指標來對運維管理人員的工作量及工作質(zhì)量進行考核管理[3]。同時，事后缺乏對故障問題的歸納總結，難以形成科學規(guī)范的機電養(yǎng)護體系。對于共性問題進行梳理，不僅可以提升類似問題的維修效率，還可以采取針對性措施起到預防性維護的效果。

1.1.3 機電設備標準不一致

高速公路機電設備繁多，設備的廠商、型號、技術參數(shù)也各不相同，導致設備間無統(tǒng)一的技術規(guī)范，兼容性較差，不利于運維管理人員進行統(tǒng)一維護。此外，目前高速公路機電設備按照系統(tǒng)進行劃分管理，相互之間較為獨立，缺乏統(tǒng)一的運維管理平臺，難以全面、準確、及時地掌握當前機電設備的整體運行情況。并且未能對采集到的數(shù)據(jù)進行多元融合分析，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的導向作用，實現(xiàn)運維管理的數(shù)字化、自動化與智慧化。

1.2 機電設備智慧運維平臺建設需求

高速公路機電設備智慧運維平臺建設應以管理的實際角度為出發(fā)點，充分應用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興互聯(lián)網(wǎng)技術，深度發(fā)揮技術應用的價值，數(shù)字化賦能管理，提升運維效率與質(zhì)量，降低運維成本，保障高速公路機電設備的平穩(wěn)有序運行[4]。

1.2.1 建設標準化規(guī)范

機電設備運維工作專業(yè)性較強，因此需結合行業(yè)規(guī)范并充分考慮運營單位工作實際明確崗位職責，完善工作制度，規(guī)范操作流程等細則，形成相關的規(guī)章制度與技術指南[5]。以全生命周期管理為理念，通過信息化技術建設統(tǒng)一的管理平臺執(zhí)行運維管理標準，實現(xiàn)巡檢工作、養(yǎng)護工作、故障維修工作的全流程監(jiān)督以及業(yè)務閉環(huán)處理。根據(jù)高速公路運營管理部門的精細化管理要求，在關鍵節(jié)點設置相應的考核指標對工作進行量化與監(jiān)督，可以實現(xiàn)對運維人員的考核管理，避免由于人為因素導致的設備問題，提升運維人員的工作效率。

1.2.2 集約化管理要求

建設統(tǒng)一的管理架構，對機電設備軟硬件進行統(tǒng)籌管控，解決因類型、廠商、型號不一導致的信息混亂、相互獨立等問題。整合各業(yè)務系統(tǒng)，打破信息壁壘，實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)流通，充分利用大數(shù)據(jù)平臺，對數(shù)據(jù)進行清洗、融合、分析，發(fā)揮數(shù)據(jù)的潛在價值，為制定運維管理工作的相關決策提供支撐。

1.2.3 構建學習型平臺

隨著智慧高速建設進程的不斷推進，對機電設備運維人員的技術要求也越來越高，建設可持續(xù)學習型平臺的需求迫在眉睫。借助數(shù)字化管理平臺自動對設備基本參數(shù)、日常遇到的問題及維修流程進行歸納總結，形成專屬知識庫，構建多元化、立體化、個性化的人才培養(yǎng)體系，從工作中學習，在學習中提高，豐富運維人員的知識結構，才能滿足當前機電設備不斷迭代更新的趨勢。

1.2.4 運維管理智慧化

智慧運維貫穿于機電設備全生命周期過程中，主要包括預防性維護、故障自動上報、智能診斷、業(yè)務閉環(huán)等內(nèi)容。應實現(xiàn)對設備的全時段監(jiān)測，主動評估設備狀態(tài)從而及時干預可能出現(xiàn)問題的設備，將問題解決于萌芽狀態(tài)，減少設備故障帶來的影響與損失。在發(fā)生故障時應能自動預警與定位，利用人工智能算法進行診斷分析，為運維人員提供參考依據(jù)，以數(shù)字化手段提升運維工作的效率。

1.2.5 平臺功能定制化

管理平臺具有功能豐富、用戶面廣泛的特點，不同崗位的工作人員對平臺的功能需求是不同的。因此，為提高平臺的使用效率，需針對工作人員的崗位職責進行功能及數(shù)據(jù)權限的精細劃分，根據(jù)工作實際進行功能的定制化展示，達到千人千面的目的，為工作人員提供便捷、高效、友好的交互模式。

2 系統(tǒng)架構

高速公路機電設備智慧運維平臺建設是在吸取總結以往運維經(jīng)驗的基礎上，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字化手段，以用戶為中心，以結果為導向，立足于高速公路機電運維部門的職能管理需求，打造的功能完善的機電設備運維管理系統(tǒng)，有利于實現(xiàn)規(guī)范化、制度化、智能化的目標，提升工作效率，使事前預警、事中定位、事后分析成為運維工作的常態(tài)。

高速公路機電設備智慧運維平臺整體架構如圖1所示，分為物理設備層、數(shù)據(jù)管理層、應用服務層、業(yè)務系統(tǒng)層、用戶層。

圖1 系統(tǒng)架構圖

（1）物理設備層。利用物聯(lián)網(wǎng)、Agent代理、消息中間層等技術方法接入高清攝像頭、門架、情報板、收費設施、通信系統(tǒng)、照明設施等各類高速公路機電設備，實時獲取運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)管理層。構建大數(shù)據(jù)平臺，設立機電設備基礎數(shù)據(jù)管理規(guī)范，對設備信息進行統(tǒng)一維護。將采集到的設備數(shù)據(jù)進行清洗、存儲、挖掘，為上層應用數(shù)據(jù)提供支撐，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通共享。（3）應用服務層。以大數(shù)據(jù)平臺為底座，統(tǒng)籌系統(tǒng)整體業(yè)務邏輯，向前端應用提供接口。通過物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、模式識別、邊緣計算、人工智能等技術手段，提供個性化、智慧化的功能。（4）業(yè)務系統(tǒng)層。根據(jù)機電設備運維部門的實際需求和業(yè)務場景，提供基礎信息管理、設備運行監(jiān)測、運維流程管理、備品備件管理等對外應用服務，滿足多樣化的需求；自動生成各類運營指標及分析報表。（5）用戶層。以便捷、靈活、高效為操作目標，通過App、小程序、PC端等方式向管理人員、運維人員提供人機交互界面。

3 主要業(yè)務功能

3.1 基礎信息管理

依據(jù)行業(yè)規(guī)范與技術指南，結合高速公路運營單位工作實際，梳理監(jiān)控、收費、供配電、通信等所有主要機電設備的ID、名稱、類型、廠商等基本信息及關鍵參數(shù)，通過NFC或二維碼等方式為每個機電設備建立唯一的身份標識，實現(xiàn)設備統(tǒng)一編碼管理；對設備的采購、使用、維修、報廢等情況進行記錄，登記保存設備的出庫信息，跟蹤設備的去向，明確設備的所屬負責人，實現(xiàn)全生命周期管理。運維人員也可根據(jù)設備使用情況對壽命進行評估以及準備相應備件。

基礎數(shù)據(jù)由大數(shù)據(jù)平臺進行分類、存儲、管理，機電運維管理人員可通過PC端平臺搜索查閱該設備的所有信息，一線作業(yè)人員也可使用手機掃描二維碼查閱設備詳情，為運維管理提供依據(jù)。此外，平臺對機電設備從類型、品牌、分布、總覽等角度進行多維度的統(tǒng)計分析，可使管理人員對當前機電設備資產(chǎn)有全面的把握。

3.2 設備運行監(jiān)測及預警

在業(yè)務系統(tǒng)網(wǎng)絡內(nèi)部署具備實時監(jiān)測功能的邊緣計算服務器，通過接口協(xié)議或安裝智能采集器的方式實時采集局域網(wǎng)內(nèi)的攝像頭、門架、機房、收費車道等硬件設施運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)平臺進行清洗、治理、存儲與挖掘。此外，管理平臺與各業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)互通，獲取設備的運行日志，分析判斷有無報錯信息，作為輔助手段對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，幫助管理人員實時掌握機電設備的整體運行情況。

基于大數(shù)據(jù)平臺對設備基礎信息、運行狀態(tài)、運行環(huán)境等海量數(shù)據(jù)進行多源融合處理，并通過數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等技術，為每個設備生成健康監(jiān)測模型，在管理平臺的設備監(jiān)測可視化模塊對運行情況進行集中統(tǒng)一展示。運行過程中出現(xiàn)異常參數(shù)時及時預警，便于運維人員進行預防性維護，降低故障發(fā)生的概率。全天候、全范圍的監(jiān)測可有效提高巡檢效率，避免僅靠人為巡檢出現(xiàn)錯漏問題。在設備出現(xiàn)故障時管理平臺快速定位設備位置及異常參數(shù)，根據(jù)事故類型、人員空閑狀態(tài)等因素綜合判定，自動向管理人員、運維人員進行告警及派發(fā)工單，實現(xiàn)軟硬件設備發(fā)生故障后的自動發(fā)現(xiàn)、自動告警、快速處理，最大程度減少因故障造成的影響。待故障解決之后，自動進行問題的歸納整理，形成故障解決的標準步驟，實現(xiàn)維護規(guī)范化，縮短解決同類問題的響應時間。

3.3 運維業(yè)務全流程管理

結合工作實際，細化機電設備故障維修的業(yè)務流程，形成故障上報、生成工單、人員到達、維修處理、備件使用、結束維修、結果評價等流程的業(yè)務閉環(huán)，多方角色可以查看流程進行監(jiān)督，通過信息化平臺夯實相關管理規(guī)范；并依據(jù)管理規(guī)定在每個節(jié)點設置時間統(tǒng)計，對維修及時率進行量化。

針對機電設備的運行狀態(tài)、養(yǎng)護質(zhì)量、處理時長、成本效益、故障原因等內(nèi)容進行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)管理人員、運維人員等角色的不同定制化分析指標，既可為制定養(yǎng)護方案提供數(shù)據(jù)支撐，也有助于針對運維人員的工作質(zhì)量進行查缺補漏、專項提升，從制度上提升員工工作積極性，避免由于人為疏忽出現(xiàn)維修不及時的情況。

3.4 知識庫管理

建設高速公路機電設備運維管理動態(tài)知識庫，包含設備詳情、設備使用方法、設備保養(yǎng)方法、技術指南、養(yǎng)護指南等內(nèi)容。運維人員處理故障問題時，可以通過知識庫查詢同類問題的解決方式，為維修工作提供便利。機電運維部門可根據(jù)實際需求動態(tài)調(diào)整知識庫內(nèi)容，以期符合當前運維管理工作的實際情況；相關人員可利用碎片化時間通過圖文、視頻等方式學習，通過題目進行練習，提升自身工作素養(yǎng)。知識庫有利于提高相關人員的專業(yè)技能，打造過硬的人才隊伍。

3.5 備品備件管理

對備品備件采購、入庫、出庫、使用、報廢的全生命流程進行跟蹤管理，實現(xiàn)備品備件管理的規(guī)范化。通過分析機電設備品牌故障率、類型故障率、已使用設備與庫存的百分比等指標針對性地對備品備件的采購、庫存及領用進行調(diào)整，達到備品備件精細化管理的目標。

3.6 可視化展示

結合GIS地圖進行機電設備分布情況的可視化展示，并以顏色區(qū)分設備運行狀態(tài)，如綠色圖標表示正常，黃色圖標表示參數(shù)異常，紅色圖標表示故障，管理人員、運維人員可快速掌握機電設備運行態(tài)勢。地圖內(nèi)容可按監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等大類進行圖層切換，便于相關人員針對個人需重點關注的板塊進行監(jiān)管。點擊某一設備，可查看身份標識編碼、品牌、型號、位置、維修情況等信息。

3.7 平臺管理

平臺管理功能用于統(tǒng)籌智慧運維平臺的全局業(yè)務邏輯，實現(xiàn)對系統(tǒng)的管理，主要包括角色管理、權限設置、用戶管理、個人信息等功能。系統(tǒng)管理員可以根據(jù)用戶職責的不同對數(shù)據(jù)權限和功能權限進行劃分，提升系統(tǒng)的易用性。

4 結束語

當前，隨著高速公路數(shù)字化、智慧化建設進程的不斷推進，機電設備的種類、數(shù)量也呈現(xiàn)出增長的趨勢，給運維管理工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本文針對當前存在的運維成本高、處置效率低、故障定位難等問題，基于“人工智能+大數(shù)據(jù)”技術設計了高速公路機電設備智慧運維管理平臺，實現(xiàn)了機電設備的全生命周期管理、運維流程的規(guī)范化監(jiān)督、業(yè)務系統(tǒng)的集約化管控、設備運行狀態(tài)的自動化預警與智慧化分析，該平臺將有效提升運維管理工作的效率，保障高速公路的暢通，帶來顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。