曾旺

（中鐵十四局集團電氣化工程有限公司，山東 濟南 250000）

近年來，高速公路中的機電設備類別與數(shù)量越來越多，為提高機電設備性能，延長機電設備壽命，機電設備需要定期檢修維護，有著較高的養(yǎng)護代價和養(yǎng)護成本。同時，如果機電設備在運轉中出現(xiàn)問題，需要工作人員快速定位、及時處理，確保高速公路運維系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠運行。隨著高速公路IT技術不斷發(fā)展，引入新的智慧化運維方案，成為機電設備運維的新需求，深入設備統(tǒng)一接入、統(tǒng)一管理、業(yè)務高效處理等運維管理的各個方面，要求各業(yè)務系統(tǒng)能夠基于統(tǒng)一的標準規(guī)范緊密配合，讓一切業(yè)務數(shù)據(jù)化，一切數(shù)據(jù)業(yè)務化，形成更加貼近業(yè)務需求、各業(yè)務系統(tǒng)深度融合的整體解決方案。

1 政策與現(xiàn)狀

交通運輸部印發(fā)了《交通運輸領域新型基礎設施建設行動方案(2021～2025年)》方案內容以推動交通運輸高質量發(fā)展為主題，以促進交通強國為總目標，要求堅持創(chuàng)新驅動、智慧發(fā)展，以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為主線，增強在役基礎設施檢測監(jiān)測、評估預警能力。

2 建設目標

探索高速公路機電智慧化運維模式，構建完善的機電設備標準化運維體系，提升機電設備運維管理能力，將“互聯(lián)網(wǎng)+”技術與建、養(yǎng)、管、人、財、物、安全等管理業(yè)務有效結合，是探索交通行業(yè)“大數(shù)據(jù)+機電運維”新模式的內在要求。實現(xiàn)信息資源統(tǒng)一管理和可視化展示，構建機電設備智慧化運維體系，實現(xiàn)機電設備的整體監(jiān)管和個體跟蹤，實現(xiàn)設備信息交換共享，輔助設備運維決策以及設備故障預警預報，可以為機電設備的統(tǒng)籌、協(xié)調和聯(lián)動創(chuàng)造條件，全面提升機電設備運維效率，增加機電設備資源利用率，創(chuàng)造機電設備信息資源價值，以達到機電設備運維管理科學化、智慧化、規(guī)范化的目標。

3 智慧運維模式建設方案

3.1 設備統(tǒng)一采集

隨著信息化的迅速發(fā)展，不同功能的機電運維系統(tǒng)覆蓋了機電設備運維的各個領域。為了適應市場的變化，不斷出現(xiàn)的業(yè)務系統(tǒng)導致了設備信息的分散，信息孤島的現(xiàn)象越來越明顯。而由于管理人員的分工領域不同，使得管理職責分散，針對同一類設備信息的側重點也不同，導致了管理人員對設備信息的描述也不盡相同，同一設備的信息可能出現(xiàn)差異和不準確，甚至是不一致的情況。同時，各業(yè)務系統(tǒng)對機電設備信息定義的標準和設計規(guī)范也不統(tǒng)一，導致各系統(tǒng)采集的信息很難實現(xiàn)交換和共享?；诖?，需要建立設備標準化命名規(guī)范，對設備信息進行統(tǒng)一采集，保證設備信息錄入的標準化，從而確保設備管理的準確性和高效性。通過設備標準化命名，可以將組織機構、收費站、門架、收費單元、路段、隧道、服務區(qū)、橋梁、設備屬性等各類信息進行統(tǒng)一管理，經(jīng)統(tǒng)一的設備采集門戶，工作人員采集的設備數(shù)據(jù)信息也可以進行標準化處理，經(jīng)過大數(shù)據(jù)平臺清洗、轉換、集成等步驟，形成標準的設備管理庫。同時，大數(shù)據(jù)平臺為各業(yè)務系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接入的高效通道，將各業(yè)務系統(tǒng)結構化和非結構化的數(shù)據(jù)進行匯聚，最后加載到數(shù)據(jù)倉庫或數(shù)據(jù)集市中，增強數(shù)據(jù)的分析、挖掘、共享能力。設備數(shù)據(jù)采集處理流程如圖1所示。

圖1 設備數(shù)據(jù)采集處理流程

3.2 設備自動檢測

隨著高速公路系統(tǒng)中的機電設備數(shù)量和種類越來越多，同類設備又存在品牌、參數(shù)與型號等不同，且各設備之間的關聯(lián)度也越來越高，導致運維環(huán)境日趨復雜，運維工作難度加大，需要一套集中、統(tǒng)一的自動化檢測系統(tǒng)來自主地監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)設備硬件、軟件(操作系統(tǒng)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫、中間件以及應用系統(tǒng))在運轉中的風險和問題，同時把各種類型的對象進行統(tǒng)一、集中監(jiān)控，并使其格式統(tǒng)一、規(guī)范，以便對其進行有效的處理和分析，并將最終結果以直觀的界面展現(xiàn)給運維人員。

通過網(wǎng)管系統(tǒng)和IP地址管理系統(tǒng)，可以將各監(jiān)控指標的告警閾值及告警等級配置在數(shù)據(jù)庫，當設備上報運行數(shù)據(jù)報文后，平臺接收并解析報文，將報文里的實測值與告警閾值對比，如果滿足告警觸發(fā)條件，則即刻生成告警，實現(xiàn)設備的自動檢測。該系統(tǒng)可對IP示意節(jié)點進行撥測監(jiān)控，顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)，并對關鍵數(shù)據(jù)進行告警，實現(xiàn)IP地址電子化管理；對于服務器與網(wǎng)絡設備，實現(xiàn)分布式采集(安裝與業(yè)主方操作系統(tǒng)匹配的Agent)以及WEB集中管理功能；對設備內部的中間件、數(shù)據(jù)庫、標準應用等軟件分類進行專項監(jiān)控，則可以實現(xiàn)軟件類的集成管理。自動檢測發(fā)現(xiàn)的告警數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)平臺后，通過大數(shù)據(jù)平臺進行標準化數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)清洗、關聯(lián)整合等處理，會導入告警管理平臺進行告警分析處理。設備自動檢測流程如圖2所示。

圖2 設備自動檢測流程

3.3 告警管理平臺

通過大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)告警信息的標準化，包括告警設備、告警端口、告警位置、告警級別、告警名稱、告警時間、告警類型等，把標準的告警信息接入告警管理平臺，當接收到告警事件后，系統(tǒng)可以根據(jù)故障類型、設備屬性、時間策略、告警手段等綜合設置故障預警機制，及時通知運維人員。通過告警數(shù)據(jù)分析、告警根源分析、告警圖形化展示等手段，實現(xiàn)對設備告警信息的統(tǒng)一處理和集成過程的實時監(jiān)控。

3.3.1 告警數(shù)據(jù)分析

按照時間序列，對大量重復的告警事件進行聚合，壓縮形成一條有真正意義的告警。而后通過屬性關聯(lián)、機器學習等算法把相關的告警合并起來，為運維人員提供分析、甄選后的最重要的告警。借助告警控制臺，運維人員可以查看合并之后的告警、相關的子告警及其時間序列關系，從而更快地定位告警和問題根源。

3.3.2 告警根源分析

在實際運維過程中，現(xiàn)場各種專業(yè)監(jiān)控工具多達10余種，每天產(chǎn)生的紛繁復雜的告警數(shù)據(jù)中，存在大量的冗余告警信息，某些設施的指標告警是別的指標告警引起的，通過對各類監(jiān)控工具和告警信息進行分析，可以找出不同類型的設備與設備之間、設備的指標與指標之間產(chǎn)生告警的根本原因，挖掘隱藏的一些具有強關聯(lián)性的告警規(guī)則，為工作人員能夠快速、有效地排除故障提供支撐，確保業(yè)務系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。

在告警關聯(lián)的分析中，建立相關的數(shù)據(jù)模型(包括告警時間的邏輯關系和特征分析)，抽取事件特征并對其進行向量化，基于RNN/LSTM、Atention網(wǎng)絡等機器學習算法，對接入的異常事件進行收斂、降噪等處理后，可以得到壓縮后的告警結果，從而降低活動告警的種類和數(shù)目，再通過一定的策略將相關性的事件按照一定的時間周期進行合并收斂，從而達到過濾無效或重復信息的目的，實現(xiàn)根源告警的分類和識別，提高故障精確定位效率，減輕運維人員的工作壓力，使系統(tǒng)得以更快地恢復正常運行。

3.3.3 告警圖形化展示

圖形數(shù)據(jù)庫查詢和展示，是基于某種圖形數(shù)據(jù)庫（如Neo4j）動態(tài)展示模式分析和根源告警分析的結果，如根因事件以紅色顯示，共生的事件以藍色、黃色或綠色顯示。可以使用多個視圖和顏色方案來表達事件的類型或頻率，并且可以深入了解事件發(fā)生的細節(jié)及其與其他事件的關系。選用Grafana開源工具，對接多種數(shù)據(jù)源，包括Elastic-search，InfluxDB，Postgres，MySQL，MicrosoftSQLServer(MSSQL)，CloudWatch，Prometheus，OpenTSDB，Druid，SimpleJson，Graphite等。使用SimpleJson數(shù)據(jù)源，搭建WebAPI站點，構建解析引擎，通過編寫契約式的SQL語句，將SQLServer等不同數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)靈活展現(xiàn)在Grafana中。這種方式最終形成的告警信息處理流程如圖3所示。

圖3 告警信息處理流程

3.4 智能服務管理平臺

機電設備運維工作面臨的問題紛繁復雜，很難及時做出合理的運維流程管理安排，這可能會導致重點事件被遺漏，影響事件解決的速度和質量。智能服務管理平臺包括告警監(jiān)控、待辦工單、值班信息、通知公告等功能。運維人員借此集中受理設備故障，查看設備告警信息，可以幫助運維人員及時、準確地掌握各類事件告警。告警信息生成后，將特定告警遞交于服務流程管理的事件管理平臺，生成事件工單中的部分信息。事件管理平臺對告警事件的處理完成后，會將其反饋給告警模塊進行告警清除，實現(xiàn)工單反向確認告警。

智能服務管理平臺協(xié)調組成工作流的四大元素為人員、資源、事件和狀態(tài)，其具有流程靈活跳轉的特性，通過拖拽實現(xiàn)流程自定義，以各流程環(huán)節(jié)的內容、流程環(huán)節(jié)的執(zhí)行人、流程環(huán)節(jié)的執(zhí)行優(yōu)先程度等要素推動工作流的發(fā)生、發(fā)展、完成。每項工作以工單的形式，從發(fā)起流程開始，經(jīng)過責任部門的處理后，擁有不同的節(jié)點和分支，最終到達終點，實現(xiàn)全過程監(jiān)控。

3.5 可視化分析平臺

通過可視化分析平臺可以設置服務請求類、事件處理類、問題處理類、變更類等大量符合最佳實踐的報表。報表可根據(jù)實際需要對機構、時間、狀態(tài)、角色、業(yè)務系統(tǒng)等維度進行統(tǒng)計展現(xiàn)。每個報表可根據(jù)主題自選時間區(qū)間，如問題類型統(tǒng)計分析、問題起源分類統(tǒng)計分析、問題解決率統(tǒng)計分析、事件類型統(tǒng)計分析、事件優(yōu)先級統(tǒng)計分析、事件一線解決率統(tǒng)計分析、事件解決事件分類統(tǒng)計、變更類型統(tǒng)計分析、變更審批成功率統(tǒng)計分析、變更實施成功率統(tǒng)計分析等，也可以對工作人員個人的處理量及處理類型進行統(tǒng)計分析。

工作人員可以以WORD、EXCEL、PDF、TXT、FLASH等多種方式訪問報表中的數(shù)據(jù)，也能夠將其轉化成Word、Excel、PDF等格式，根據(jù)機構、職位、角色等的不同，靈活定制報表的種類、條件組合、時間粒度等；同時，系統(tǒng)通過權限控制，可以控制每張報表的顆粒度，支持對不同用戶分別授權。

4 結語

隨著科技的飛速發(fā)展，高速公路智能化程度越來越高，涌現(xiàn)了大量的機電設備，這些機電設備種類多、功能雜、專業(yè)化程度高，對工作人員的運維能力提出了更高的要求，也增加了運維管理的難度，因此，需要探索新技術或新方法，采取智慧化的解決方案給機電設備運維賦能。本文對高速公路機電設備的智慧化運維技術和管理方案進行研究，提出了高速公路機電設備智慧化運維在日常運維管理中的應用，以滿足高速公路機電設備智慧化運維的需求。