“全域多源异构数据融合赋能高速公路机电设备全生命周期管控”案例

　　一、总体介绍

　　随着城市化进程的加快，高速公路的机电系统作为支撑其高效、安全运行的关键，其可靠性和安全性日益受到社会各界的广泛关注。面对复杂的运行环境以及多变的交通状况，传统的机电设备维护方法已经难以满足现代高速公路管理的需求。在此背景下，高速公路机电设备智能运维管理体系项目应运而生。该项目旨在通过构建基于物联网、大数据和人工智能的智能运维系统，实现对机电设备的实时监测、智能预警、快速故障诊断与精准修复，提升设备运行的可靠性和稳定性，降低运维成本，保障高速公路的安全畅通，推动高速公路运维管理向数字化、智能化转型，为智慧交通建设提供有力支撑。

　　二、主要做法

　　1、系统设计与技术原理

　　(1)构建系统架构

　　搭建数据感知层、基础平台层、业务组件层和应用功能层四层架构。数据感知层通过各类传感器和监控设备，实时采集机电设备的运行状态、环境参数和事件信息;基础平台层负责数据的集成、处理和存储;业务组件层对数据进行深度分析与处理，涵盖数据集成、诊断模型、故障识别、告警通知等功能;应用功能层则为用户提供实用界面和功能，包括可视化监测管理、运行状态监测管理、自动化运维管理等模块，实现设备状态实时监控、故障预警与快速响应。

　　(2)开发状态监测模型

　　针对不同设备及监测需求，开发多种状态监测模型。设备在线监测实时分析设备运行状态数据，确保设备正常工作;用电智能监测通过电能监听技术，掌握设备耗电情况与供电稳定性;网络连通性监测检查设备网络连接状态，确保通信顺畅;设备异常监测运用机器学习算法，实时监测设备运行参数，识别潜在故障模式，提前预警。

　　(3)实现故障智能诊断

　　基于故障树分析法建立故障树，定性分析故障原因，采用神经网络、决策树等设计故障诊断模型，实现设备健康状态智能分析，输出故障预警及分析报告，为运维决策提供科学依据。

　　2、主要建设内容

　　(1)全域概览

　　全域概览整合了设备基本情况、养护状况、实时告警和故障处置等关键信息，按层级展示设备总数、故障数、告警数、设备完好率等核心指标，支持快速查询与导出。同时，提供养护计划执行、巡查问题比例和维修类型分布等数据，结合地图可视化，助力用户全方位掌控机电设备的整体情况。

　　(2)设备监测

　　设备监测对供配电、监控、收费、通信、照明、隧道供配电、隧道监控、隧道通风、隧道通信、隧道消防和隧道照明设备进行实时监测，涵盖数据采集、展示、分析及可视化。它通过物联网平台获取设备运行状态，实现设备状态分类统计与展示，支持多维度分析和导出。同时具备智能告警和GIS地图可视化功能，可定位设备位置并展示运行状态和告警信息。系统还提供主线、隧道、收费站、门架、供配电、防雷、蓄电池、光缆设备的专题监测。

　　(3)运维概览

　　运维概览涵盖机电设备运维管理的关键信息，包括设备台账、日常养护、养护工程、预算执行情况的全方位功能设置，通过精细化的功能划分和数据统计分析，实现了对机电设备全生命周期的高效管理，是提升高速公路机电设备管理水平的重要模块，全面掌握设备运维情况。

　　(4)辅助决策

　　辅助决策实现了对设备维修情况排名、设备使用年限、近三年检测问题排名、日常养护、养护工程、预算管理。为机电设备的高效运维提供了全方位的决策支持，助力实现智能化、科学化的管理，确保设备的稳定运行和养护资源的合理配置。

　　(5)设备台账标准化管理

　　建立标准化的《机电设备台帐编码规则》、《机电设备分类标准》和《机电设备标准化清单》，统一规范设备名称，设备所属系统结构，设备分解粒度，为每个设备建立唯一的台帐编码。为机电运维工作的精细化管理提供标准支撑和数据支撑。

　　(6)运维知识库

　　运维知识库提供AI运维分析、AI设备分析、AI数据分析的应用场景。利用自然语言处理技术实现运维问题的智能问答，借助数据分析和机器学习模型快速定位设备故障原因并提供维修建议，根据设备信息定制预防性维护计划，提供设备运行状态评估和运维分析报告，助力科学合理的运维决策。

　　(7)告警管理

　　引入智能化告警机制，支持多源告警信息融合，以及用户自定义告警触发条件，降低误报和漏报。设备异常时，系统通过多种渠道推送告警信息，并提供故障描述和解决方案，助力快速决策。

　　(8)异常诊断管理

　　配备智能故障诊断引擎，实时监控设备运行数据，通过大模型运维知识库快速识别和定位故障，生成诊断报告，提供修复建议，实时推送异常事件并跟踪处理进度，帮助用户高效诊断设备异常并采取相应措施。

　　(9)设备状态巡检管理

　　系统自动巡检，涵盖所有关键指标，减轻工作人员负担，确保数据准确性和时效性。通过时间序列分析，汇总巡检结果，形成易于理解的电子报告，帮助用户全面掌握设备健康状况，进一步提升运维工作的透明度和效率。

　　(10)养护运维业务移动化

　　通过机电运维APP实现机电养护运维业务移动办理，充分利用手机的定位、拍照功能，手机客户端与PC客户端无缝衔接，既能关联PC端的相关应用，又能弥补PC端在现场管理上的不足，实现相关业务处理的灵活性、便捷性，保证日常养护工作的真实性和质量。

　　三、取得成效

　　1、质效提升成效

　　湖南省高速公路机电设备智能运维项目通过技术创新构建了"数据驱动+智能决策"的新型运维体系，实现了三大核心突破：

　　(1)运维模式革新

　　建立物联网感知网络，实现设备状态毫秒级监测与分钟级预警响应;开发故障预测算法模型，使预防性维护占比提升至54%;构建标准化运维流程闭环，实现机电设备设备全生命周期健康管理。

　　(2)管理效能提升

　　运维响应时效从小时级压缩至20分钟以内;设备MTBF(平均无故障时间)延长40%;库存周转率提升3倍，年运维成本下降25%。

　　(3)决策体系升级

　　集成30万+案例的运维经验知识图谱系统;开发基于大模型能力的动态指标测算算法;建立多维度决策支持看板辅助决策分析。

　　2、经济社会效益

　　湖南省高速公路机电设备智能运维项目成功落地后，带来了显著的经济效益和社会效益。

　　经济效益方面，项目有效降低了设备故障率和维修成本，延长了设备使用寿命，显著减少了因设备故障引发的交通事故和交通拥堵，降低了运营成本。(1)直接节约：沪昆高速湖南段2024年机电运维预算按3800万元估算，系统上线后实际支出2996万元，节约804万元，占预算21.2%;(2)间接收益：减少因设备故障封道73h，按1.5万元/小时•车道计，避免通行费损失约438万元;(3)长期回报：设备平均寿命延长1.8年，推迟更换投资1460万元，按6%折现率计算，净现值约为1220万元。

　　社会效益方面，项目大幅提高了高速公路的安全性和通行效率。通过智能监测和预警系统，及时发现并处理设备故障隐患，有效预防了因设备问题导致的交通事故，保障了司乘人员的生命安全。(1)安全提升：机电故障引发的交通事件由2023年12起降至2024年0起，同比下降100%;(2)绿色发展：减少应急维修车辆出行2100车次，节省柴油15.6t，年均减排CO₂40.6 t;(3)行业示范：智能运维知识库已在沪昆高速湖南段4个分公司复制推广，培训运维人员580人次，推动湖南高速机电运维由“经验驱动”向“数据驱动”整体转型。

　　项目还推动了整个高速公路行业的智能化发展进程。其成功实践为行业内的其他高速公路运营单位提供了宝贵的经验和示范，带动了相关技术在行业内的推广应用，促进了高速公路机电设备运维管理水平的全面提升。