基于物联网技术的高速公路机电设备智能监控系统

基于物联网技术的高速公路机电设备智能监控系统

赵玮 王宇豪

浙江台州甬台温高速公路有限公司

摘要：物联网技术的快速发展在大多数行业发挥着不可否认的作用。具体到高速公路机电控制领域，具有设备种类多、可靠性高、监测难度大等特点。物联网技术在该领域具有适用性，可以将高速公路机电设备的碎片化信息整合为一体，实现对所有机电设备的综合控制。机电设备其性能和运行状况将直接影响高速公路运营的安全及畅通。对于高速公路来说，采用的机电系统需要随着交通行业发展不断更新。本文后续就基于物联网技术的高速公路机电设备智能监控系统展开探究分析。

关键词：物联网技术；高速公路；机电设备；智能监控系统

中图分类号：U446文献标识码：A

引言

为了提高隧道运营管控能力，满足信息化建设目标。各级监管部门及隧道相关管理部门积极响应时代趋势精神，利用物联网技术实现隧道安全监控与管理系统，全时空实时掌控隧道产运销等环节，实时了解隧道运行情况，及时发现和消除机电设备运行中的危险源，提高隧道管理安全水平。
1 机电设备在高速公路运营中的作用

1.1 交通安全及平台建设

高速公路上的机电设备可以通过提供正常的照明和标识来提高夜间驾驶的安全性。如监控摄像头和紧急呼叫设备，可以实时监控路况，为车辆驾驶提供安全保障，尤其是在恶劣天气或夜间。在发生事故时，这些设备可以实时传输现场情况，有助于及早发现和处理问题，减少伤亡。高速公路安全监测系统的应用显著降低了道路事故的发生率[1]。为了适应信息化发展需要，提高对隧道的管控能力，并实现资源数据共享目标，迫切需要一套完整的、稳定的、高效的隧道监控系统，为高速公路的安全运营提供必要的技术支撑，实现隧道的优质管控。

1.2 设备维护及管理

高速公路机电设备的维护和管理是保证其正常运行的关键。如果不及时维护和管理，设备可能会发生故障和事故，严重影响公路运营。为了解决维修管理问题，要采用新型机电管理平台，能够及时发现和修复设备故障。同时建立现代化的设备养护管理平台，实时监控设备状态，并进行预防性维护，可大大减少设备故障和处置时间。

2 高速公路机电设备网络系统架构

高速公路机电设备网络系统架构包括数据采集层、数据传输层、数据处理层、智能应用层和用户交互层。具体情况如下：（1）数据采集层主要通过各种传感器、物联网设备等采集机电设备的实时运行状态、环境参数等，并将数据传输至智能运维平台。（2）数据传输层主要通过互联网、物联网等技术传输采集到的数据，保证数据的安全性和稳定性。（3）数据处理层主要负责对传输的数据进行清理、过滤和分析，提取有用信息，为智能运维提供数据支持。（4）智能应用层主要通过大数据和人工智能等技术挖掘和应用处理后的数据，实现智慧运维的各种功能，如实时监控、预警预测、智能诊断、远程控制等。（5）用户交互层主要负责与用户进行交互，让用户能够方便地使用智慧运维平台的各种功能。

3 基于物联网技术的高速公路机电设备智能监控系统

3.1 系统架构及功能

本次试点在台金高速麒龙顶隧道（双向4车道，台向1052米，金向1055米），具体设备有：车道指示器、交通信号灯、风机控制柜、照度仪、COVI和风速风向检测仪、汽通卷帘门等。采用物联网的鸿蒙控制器一对一替代各区域的PLC控制器及其I/O模块，利旧原有区域控制柜的电源和网络条件，将各区域原有交通控制设施和通风设备设施通过“鸿蒙控制器”与原有 “智慧隧道管控平台”对接实现智能监控，从而实现国产自主可控的PLC系统替代。

鸿蒙控制器上行以太网通信，下行根据实际情况，通过RJ45、RS485、DI、DO、AI、RO等多种接口灵活配置接入机电设备，实现对隧道内的环境参数（照度、风速风向、CO/VI等）、机电设备（包括交通信号灯、车道指示器、风机、汽通卷帘门、CO/VI检测器、风速风向检测器、照度检测器等）运行状态进行采集和智能控制。

鸿蒙控制器用于隧道、公路、桥梁等场地的机电设备自动化控制，连接上位机与执行机电设备，完成控制、采集和反馈信息转发。鸿蒙控制器联合上位机（管理平台/边缘网关一体机等）提供自动化控制策略、设备管理、用户管理、巡检APP管理、日志管理、远程管理、告警管理、OTA升级等，以实现本地、云端智控管理、远程运维管理，赋能隧道安全运营管理，降低日常运维成本，提高智能化管控水平。

系统架构图

3.2 系统部署

采用一对一替代原PLC控制器，“鸿蒙控制器”部署在原有区域柜内，交通控制和二次管控的区控柜的“鸿蒙控制器”直接安装在原PLC控制器位置，风机控制柜内空间比较紧凑，通过加装防护机箱通过壁挂方式安装在风机控制柜旁边。

麒龙顶隧道设备部署图

实现的业务场景功能：

①自主可控：软硬件技术均为国产自主可控，基于开源鸿蒙国产操作系统底座打造的操作系统和国产芯片方案，可确保不被“卡脖子”。

②互联互通：本项目控制器采用“在鸿”公路操作系统发行版，针对公路行业设计，通过OpenHarmony兼容性认证和CE认证。操作系统有万物互联优势，分布式软件总线通信速度快，安全可靠，互联互通优于其他同类操作系统。

③近场通信：通过碰一碰、搜一搜功能和蓝牙近场通信，支持APP现场调试设备，配合手持终端，可以实现近距离无线操控，对机电设备进行安装、调试和维护等，APP实现对控制器结果可视化、形象化。手持终端易操作、便携带，给机电施工和维护人员现场机电施工、检修、维护等带来了极大的便利，提升了施工和运维的效率。

④可扩展性：在现有机电设备设施实现功能对接的基础上，整个系统具备一定的接口及协议的冗余和兼容扩展性，具有一定水平的数据和安全追溯功能和门户权限管理功能。

⑤自主监测：实现隧道机电设备运行状态实时监控、现场设备管理运维，远程设备管理运维，快速定位故障上报，设备故障远程排除，无人值守，节省人工，提高工作效率，保障隧道安全畅通。

3.3协同运维

高速公路机电设备智能监控系统的全面应用，通过整合资产和数据访问，并使用图形行业集成平台，可以实现公路业务协同和高效运维功能。这不仅可以有效地促进各业务部门之间的协作，有助于提高公路机电设备的运营和维护效率，还可以提高公路的整体服务质量，从而更好地满足公众的需求[2]。其中，通过统一的隧道综管平台，各业务部门可以实时获取机电设备、道路设施、交通流量等重要信息，支持公路机电设备的智能化运维。例如，在发生紧急情况时，应急指挥调度部门可以迅速调动资源，协同其他部门进行快速响应，有助于提高运维效率，减少人力和物力的浪费，延长设备使用寿命，降低设备维修和更换的成本，进而降低高速公路机电运维成本。

结束语

综上所述，基于大数据技术理论，优化设计高速公路机电设备智能监控系统，有序提升系统功能和技术装备，不仅可以减轻工作人员的压力，提高实践工作效率，还可以优化高速公路机电设备的自动化管理水平，解决传统管理运行面临的问题。

参考文献：

[1] 钱亮. 高速公路机电设备智能化管理方略谈 [J]. 黑龙江交通科技, 2020, 43 (10): 226-227.

[2] 孟凡宇. 高速公路机电设备监控系统的建设及质量控制 [J]. 交通世界, 2018, (08): 141-142.

[3] 赵云达. 高速公路机电设备智能巡更系统应用研究 [J]. 科技传播, 2016, 8 (16): 121+166.