高速公路智能运维监测管理系统设计.pdf

Aug.2023年8 月Shanxi Science&Technology of TransportationNo.4第4期（总第2 8 3期山西交通科技高速公路智能运维监测管理系统设计谢昊良（山西省智慧交通研究院有限公司，山西太原030032)摘要：随着高速公路建设的发展和路网的不断延伸，机电设备运维存在点多面广、维护成本居高不下等问题，传统运维、巡检方式已经难以满足机电设备日常运维和科学管养的需求。基于此，提出了一种高速公路智能运维监测管理系统技术方案，通过对外场机电设备进行数字化改造，实现对机电设备的供电、网络、硬件、环境等的实时监测、故障预警、故障定位、远程监控等功能，及时发现设备故障隐患，提高运维效率，降低运维成本。关键词：高速公路；配电箱；智慧运维；监测管理；数据采集中图分类号：U412.366文献标识码：A文章编号：10 0 6-352 8（2 0 2 3)0 4-0 12 5-0 4Design of Expressway Intelligent Operation and MaintenanceMonitoring Management SystemXIEHaoliang(Shanxi Intelligent Transportation Research Institute Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030032,China)Abstract:With the development of the expressway construction and the continuous extension of the roadnetwork,there exist problems in the operation and maintenance of electromechanical equipment such as thelarge scale and high maintenance costs,so,the traditional operation,maintenance,and inspection cannotmeet the requirements for daily operation and maintenance and scientific management of electromechanicalequipment.On this basis,this paper put forward a technical scheme of the expressway intelligent operationandmaintenanceemonitoringmanagementsystem.TThroughthedigital transformationof outerelectromechanical equipment,it could realize functions such as real-time monitoring,early fault warning,fault location,and remote monitoring of the power supply,network,hardware,and environment ofelectromechanical equipment,and discover hidden dangers of equipment in time,improving the efficiencyand reducing the cost of the operation and maintenance.Key words:expressway;distribution box;intelligent operation and maintenance;monitoring management;data collection1概述近几年，随着大数据、人工智能、边缘计算等技术迅猛发展，高速公路建设正朝着智慧化和数字化方向发展。高速公路机电设备作为实现智慧高速的硬件基础，函需提高机电设备运维监测能力，如需要在传统机电设备要求的基础上，通过各种装置与技术对设备运行中产生的数据进行实时采集，并通过网络将数据传回进行管理、分析与监测，以此来实现设备在运行过程中的智能化运维检测和运营管理随着高速公路路网的不断延伸，与之配套的机电设备也存在着数量多、分布广的特点，且大部分的机电设备距离城市较远，现有的机电设备运维仍然采用传统的管理方式，如人工巡检、手工记录运行数据。人工巡检存在诸多弊端，如无法巡视到位，往往只能查看设备外部，无法查看设备实际运行状态变化；运维巡检周期长，无法做到2 4h巡检，巡检过程无法监管，缺乏对设备的长期监测统计与分析；高速公路机电设施点收稿日期：2 0 2 3-0 8-0 4；修回日期：2 0 2 3-0 8-15作者简介：谢昊良（19 9 8 一），男，山西朔州人，助理工程师，大学本科，2 0 2 0 年毕业于大连科技学院电气工程及其自动化专业。126山西交通科技2023年第4期多面广，运维人员工作强度大，效率低，成本高；故障不易定位，运维难度大，短时间内无法恢复正常，容易造成故障处理延误，引发生命财产损失。为了解决传统高速公路机电设备存在的故障无法及时发现、故障原因不明、运维成本高、设备在线率难以达标等问题，同时响应国家“交通强国”的战略要求，本文提出了一种高速公路智能运维监测管理系统技术方案，通过融合多源感知、物联网、云边协同等技术，对传统机电设备进行数字化改造，实现机电设备的供电、网络、硬件、环境等的实时监测、故障预警、故障定位、远程监控等功能，及时发现故障隐患，提高运维效率，降低运维成本。2智能运维检测管理系统设计方案2.1系统总体设计本文提出的高速公路智能运维监测管理系统设计方案如图1电压电流总闸上下电实时监测远程控制设备ID7告警方式停电状态网络状态防雷状态温湿度二三二支路上下电通信设备上下电总闸状态柜门状态远程分合闸电话通知运维管理平台二三二二二二三二二在线统计首页地图GIS定位1告警告警数量统计1短信通知告警类别统计点位总数在线率统告警记录查询弹窗告警离线点位告警点位计告警报表管理一一二App推送二二一一三断电断网设备故障实时监控一故障定位1网络故障防雷失效手机远程控制微信小程序市电故障空开跳闸Ap告警推送11非法开门光纤故障远程修复111数据采集模块配电智食能防雷保护智能空开自动重合闸远程秒表三三三三三三二三二断电续航在线监测断网监测GIS定位一一一一驾熊温湿度柜门状态开门报警漏水监测图1智能运维监测管理系统总体设计智能运维监测管理系统是由数据采集模块和运维管理平台两个部分组成。数据采集模块主要通过对高速公路外场设备配电箱内增加多源传感硬件，实现设备监测、智能配电、网络监控、动环监测等运维监测功能。运维管理平台主要实现外场设备运行状态监测、故障定位、故障预警、统计分析等功能，通过将数据采集模块中采集到的各类数据进行实时监测，一旦配电箱内发生故障，运维管理平台能够及时将故障类型、故障位置等信息进行告警，便于运维管理人员进行故障定位与处理。同时平台可远程对外场设备配电接口进行上下电、分合闸等远程控制等功能，极大提高了运维效率，减少运维成本，使运维更加智能2.2系统技术方案2.2.1硬件层在原有外场设备配电箱的基础上，通过引人配电监控与管理、网络接入与监控、机箱环境监控、远程控制等硬件和技术，实现供电监控、网络监测、动环检测、远程控制、故障定位等功能，如图2 所示市电、摄像机、补光灯等供电监控设备供电检测、断电监测主网断网监测、IP设备离线网络监测故障监测、网络端口监测便件层温湿度、水浸、倾斜角度、震动环监测动、柜门状态等监测；温控风扇、开门抓拍、远程开门市电通断控制、支路供电控制：远程控制跳闸自动合闸、远程重启设备市电故障、电源故障、网络故故障定位障、设备故障精准诊断和定位：图2智能运维监测管理系统硬件层设计2.2.1.1供电监控供电监控模块包括了4个功能：防雷保护、自动重合闸、市电监测、断电续航a）防雷保护功能可对防雷器的状态进行监测，可上传配电箱遭受雷击次数；当防雷器失效时，会将告警信息上报b）自动重合闸功能可对当前配电箱内各配电接口的电流与电压进行监控，当发生过压、欠压、过流、漏电等情况时，可自动关闭电闸保护设备；同时通过远程通讯功能可对电闸进行远程控制，方便管理人员进行控制维护 2 c）市电监测功能监测参数包括市电进线三相电源的相电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率等，对于重要的参数，可作曲线记录。通过分析有关参数的历史曲线，管理员能清楚地知道供电电源的质量是否可靠完好 3d)断电续航功能在配电箱中设置电容，可在配电箱断电时提供额外电力，断电续航时长超过6 0 s，可供配电箱将断电告警信息上报。2.2.1.2网络监测网络监测模块主要通过网络通信功能，实现对各硬件单元在网情况进行状态监控。配有完全物理隔离的双网口板卡，网口1通过监控网将采集到的数据上传中心；网口2 通过交换机连接配电箱内网络硬件设备，如摄像机、雷达等。数据采集模块对网络硬件设备通过协议或PING的方式查看设备工作状态，可通过IP信息实现对设备的在线状态监测，并在设备离线时进行实时告警；在运维管理平台处可通过各配电箱内数据采集模块上传的数据进行整合统计，并自动分析判断网络状态，方便管理人员进行统一监控。2.2.1.3动环监测动环监测主要是针对配电箱内的环境参数进行127谢昊良：高速公路智能运维监测管理系统设计2023年第4期监测。a）温湿度传感器实现对配电箱内温度与湿度采集。b）水位监测传感器实现配电箱内漏水检测及告警功能。c）烟雾传感器实现烟雾的探测及告警功能。d)开关门监测实现对箱门的开关状态监测，并可在箱门打开时远程告警。2.2.1.4远程控制远程控制可对各配电线路进行远程的控制及负载监测，并可在断电后通过光端机远程控制重启2.2.1.5故障定位故障定位可分别对市电故障、设备故障、电源故障、通讯线缆故障进行定位(4。a)市电故障定位对输人市电和工作市电异常情况进行定位并在线回传告警数据。b）设备故障定位实现对摄像机、交流电源、直流电源、通信设备、箱内环境的故障定位并在线回传故障数据。c）电源故障定位可对交、直流电源故障定位并回传故障数据，以区分设备故障d）通讯线缆故障定位可定位具体某个设备的通讯故障并回传数据。2.2.2服务层服务层支持B/S（浏览器/服务器）模式，将各种不同功能监控子系统（动力、环境、安防、重要设备）无缝融合到一个统一运维管理平台下，直接登录浏览器即可操控，方便用户使用和管理，显著提高运维管理效率。服务层涵盖基础服务、采集服务、告警服务、健康管理服务、数据存储服务和系统服务，其中基础服务是各服务依赖的基础包，如图3所示。服务层采集服务告警服务健康管理服务数据存储服务系统服务图3智能运维监测管理系统服务层设计2.2.2.1采集服务采集服务包含数据采集和数据处理两部分，数据采集设备实时运行数据与告警数据，对采集的数据进行去重、加工等处理操作，并将告警和实时数据交由告警服务和数据存储服务处理2.2.2.2告警服务告警服务主要用于监测外场设备运行状态是否正确，并向用户提示告警信息，既要求告警的实时性，又要保证告警的准确性。告警服务提供自定义的统一事件库，每个告警事件又可设定多个告警组，每个告警组都可设定一种告警方式及一组管理人员，当有事件发生时，运维管理平台根据用户设定的告警流程，把告警信息及时反馈给监控人员。告警事件包括告警方式设定、事件等级分类、告警事件分组、事件目录定义、事件确认处理及事件日志管理等2.2.2.3健康管理服务健康管理服务主要用于对数据采集模块和运维管理平台等相关服务当前运行状态是否健康的自我监控，如监测数据采集模块当前运行状态、各监测模块、传感器、通信网络工作是否正常等。当外场机电设备与数据采集模块发生通讯中断时，系统将自动通过声光告警方式通知在场的值班人员，并且可以通过电话通知或者手机短信通知系统管理员 5。2.2.2.4数据存储服务数据存储服务包括日终报表任务、月终报表任务、告警存储服务。a）日终报表任务对硬件设备进行统计分析并生成相关日报表。b)月终报表任务对硬件设备进行统计分析并生成相关月报表。c)告警存储服务将告警相关数据存储到数据库。2.2.2.5系统服务系统服务负责整个系统的基础数据管理维护，包括：人员管理、区域管理、点位管理、组态、系统配置、自检管理和服务管理等。2.2.2.6日志管理日志管理用于追踪用户操作记录和系统运行情况，使系统有迹可循，包括：操作记录、控制记录和运行日志等。2.2.3展示层展示层主要通过合理的布局、功能划分和较高的识别度方便使用人员快速使用系统和可视化展示，提供统一的大屏、设备实时数据、报表、图表、告警通知和手机App等功能交互，如图4所示。展示层大屏页用户端在线统计设备控制GIS地图故障定位实时监测告警管理图4智能运维监测管理系统展示层设计大屏页能够在首页对设备总体状态及箱体在线情况以场景图方式展示，并对故障实现快速告警，同时对故障信息分类统计，支持按点位、告警级别、告警事件上接第6 1页）128山西交通科技2023年第4期等不同维度以图表方式展示统计结果。用户端支持电话、短信、屏幕弹窗、App推送等多种告警方式，及时告知运维人员获取故障信息，并可以根据故障类型定位，精准运维，提高运维效率。同时可在故障发生的时候，对摄像机、光端机等外场设备进行初步的排障操作，通过远程重启，修复大多数故障问题。3工程应用案例本文设计的系统已在黎霍高速公路机电工程项目中应用，通过对该项目外场的各类配电箱（图5和控制箱引人运维技术和硬件，可实现设备运行状态监测、智能配电、网络监控、动环监测等功能，并通过网络将采集到的数据上传到机电设备运行智能监测系统，实现对摄像机、雷达、情报板等外场机电设备运行状态进行实时的监测，能够解决传统配电箱运维响应不及时的问题，便于运维人员及时处理故障，有效地保证了外场机电设备的稳定运行。图5智能运维监测管理系统配电箱展示学改良后防护效果提升，生态混凝土加固后防护效果最佳，建议红黏土边坡采用化学改良结合生态混凝土加固坡脚的形式进行防护加固。参考文献：1】周云艳，陈建平，王晓梅.植物须根固土护坡的复合材料理论研究 J.武汉理工大学学报，2 0 10（18）：5-6.2 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