关键词：大数据；机电设施；运行监测
一、现状分析
（一）高速公路机电系统的特点
1.机电系统结构复杂，涉及的专业领域广。高速公路机电系统一般包括收费系统、通信系统、监控系统、供配电系统、照明系统和隧道机电系统ｍ。涉及的学科包含通信技术、互联网技术、音视频技术、物联网技术、电工技术及交通工程等。
2.设备的供应商繁杂，养护维修专业性强。机电系统设备设施包括
IT相关设备、自动控制相关设备、视频监控相关设备、通信相关设备、通风照明相关设备等，这些均需要相关专业的技术人员进行维护。
（二）存在的问題
1.机电各个子系统相互独立，没有统一的设备管理平台，信息孤岛严重。
2.设备维护停留在事后维修阶段，缺乏健全的维护机制和体系。
3.对设备的运行状态没有进行实时监测，导致故障无法定位溯源。
4.对机电系统主要设备的运行状况采用人工检测的方式，数据时效性和精度不足。
5.缺乏统一的运维评价标准和机制。
二、高速公路机电设施大数据平台框架
（一）建设目标
1.建立高速公路机电设施信息库，为每一台设备建立详細的数据字典，记录设备的供应商信息、所在路段、维修记录、用户效果评价等信息。通过机电设施信息库，维修人员可以高效及时地查询设备的使用情况，有效提高设施的维修效率。
2.构建基于GIS技术的高速公路机电设备维护管理模式。利用GIS技术，以高速公路电子地图作为基础，建立各高速路段机电设施空间数据库，从而实现设备维护的可视化管理。
3.建立基于大数据的智能机电设施运行监测和维护管理系统。
（二）建设意义
1.为机电设备养护维修人员提供维修依据，实现机电设备故障的预防和排除，提高设备维修效率，节省维修成本。
2.为设计人员提供设计依据，有效提高设计的精度、深度及创新性。
3.利用大数据分析技术，在高速公路机电设备信息库中挖掘不同环境下所采用的机电设备的购买成本、使用寿命、维修成本以及用户评价信息，为新项目招标提供采购依据。
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（三）总体框架
基于大数据的高速公路机电系统运行监测及维护管理系统
总体架构采用大数据—云—智能终端的信息系统架构，系统分为四层：机电设施设备数据采集层、数据资源层、数据分析层和应用层。
三、系统实施的技术路线
（1）数据采集。RFID可以通过无线电讯号识别特定目标，读写相关数据，本项目在机电系统关键设备安装RFID射频标签作为数据采集装置，并依据机电设备统一编码规则为每台设备编码生成二维码，作为设备的唯一身份识别标识，记录设备的生产商、供应商、出厂日期、设备型号、安装位置等信息，实现机电设备设施从入库、使用到报废的全过程追踪，设备运行信息则通过解析通信协议从反馈信息中获取。
（2）数据存储。系统涉及的数据种类繁多且数量庞大，首先依据交通信息基础数据元系列标准制定高速公路机电系统信息数据标准及规范，为了统一存取和处理，根据实际业务需求，根据标准及规范对不同类型的数据进行分类存储，将静态数据存放于HDFS或者关系数据库中，结合机电设备设施大数据业务需求，将需要读取或者查询的数据存放于HBase中。
（3）数据处理。根据机电设施运行数据类型，在Hadoop分布式平台基础上实现海量数据的批处理，针对机电设施实时监测运行数据，采用实时性强的Storm流处理框架进行处理计算，海量静态数据的处理选用Spark来进行。
（4）大数据分析。通过数据处理形成统一的机电设备、供应商、运行维护基础数据中心库，动态获取高速公路机电设备的运行数据及监测数据，通过对此类数据的分析，为管理这提供辅助决策，并根据分析结果拟定机电设施设备的养护策略和安全管理策略。
（5）成果输出。通过GIS引擎搭建，综合展示机电设备数据汇集结果，点击具体设备可展示设备运行现状，全面掌握各路段机电设备设施的健康状况，实现健康状况图层在路段图层上的叠加，并实现设备设施的健康预警。
四、系统的主要功能
（一）数据采集
高速公路机电系统的数据包含构筑物数据、管理组织数据、设备设施数据、运行数据、养护维修数据、设备供应商数据等。对于构筑物数据可从交通运输行业数据资源交换共享与开放应用平台获取，管理组织数据由系统管理人员导入或者手动录入，设备设施数据由相关人员导入并确定设备安装的位置，方便制作GIS专题地图；运行数据通过设备的反馈信号获取；养护维修数据由现场养护维修管理人员和技术人员进行实时更新；设备供应商数据则通过为供应商开放接口，由供应商实时更新最新的产品，为建设单位提供采购依据，为设计单位提供设计依据。
（二）数据处理
将采集到的数据在数据交换平台进行清洗、整合、交换、归类，依据交通运输数据规范构建数据目录，按照数据目录形成不同到的数据库，如构筑物数据库、机电设施设备数据库、养护维修数据库、设备运行监测数据库、视频数据库及GIS空间数据库，为大数据分析奠定良好的数据基础。
（三）大数据分析
大数据分析是系统的核心功能，对已处理的机电设备设施数据利用大数据技术进行分析，挖掘数据之间的关联关系，为机电系统维护管理人员提供辅助决策，决定在不同的状态下所进行的维护方案，评估机电设备设施的使用寿命，为设备改造提供经济比选方案，为制定高速公路机电系统的养护方案提供数据支持和决策参考，使高速公路机电的养护维修实现信息化、标准化、智慧化及可视化，保证机电设备设施的健康运行，降低机电系统管理及技术人员的工作强度，促进高速公路机电系统养护维修的信息化建设。
（四）设备维修报警
设备维修报警包含维修提醒和设备运行异常报警两大功能。高速公路机电系统维护工作较为复杂，包括日、周、月、年的定期巡检、故障清除、系统升级及专项维护，为不同设备设定不同的维护计划，到期自动提醒相关维护人员。大数据分析系统对机电设备运行数据进行实时监测和分析，判断并筛选异常数据，并将异常数据与设定值进行对比，如果超出阈值则进行报警提示。
五、结束语
本文在详细分析大数据背景下公路机电设备设施的维护现状基础上，根据公路工程机电系统运行监测及养护维修的特点，结合大数据技术、可视化技术、空间数据库技术及地图制图理论，研究面向大数据技术的高速公路机电系统运行监测，对高速公路机电设备设施基础数据和运行监测数据进行采集，形成了高速公路机电信息库，并实现了对公路机电设备设施数据的管理、查询及空间分析等功能，为高速公路运营管理人员提供了科学管理方式，有效提高了高速公路机电系统的信息化程度。
参考文献
[1]王柏君.“配电线路故障智能监测技术研究与实施”[J].中国电业·技术，2013（12）.
[2]陆一鸣.智能配电网信息集成需求及模型分析[J].电力系统自动化，2010（01）
论文作者: 杜小燕,曾辉
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/16
标签：机电论文; 数据论文; 设备论文; 设施论文; 高速公路论文; 机电设备论文; 系统论文; 《科学与技术》2019年第14期论文;