摘要：針對航道外場感知設(shè)施運行環(huán)境惡劣、維護難度大等問題，提出利用智能機箱實現(xiàn)航道外場感知設(shè)施的供電、通信、運行狀態(tài)等自動監(jiān)測、告警分析的解決方法。在京杭運河常州、無錫、蘇州段的應(yīng)用表明，智能機箱為航道外場感知設(shè)施的智能運維提供了有力的支撐。

關(guān)鍵詞：智能機箱；航道外場感知設(shè)施；智能運維

中圖分類號：U615? 文獻標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2023）11-0068-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.018

0? ? 引言

水路運輸是綜合交通運輸體系的重要組成，具有成本低、污染小、安全經(jīng)濟等比較優(yōu)勢[1]。隨著水運的日益繁忙，構(gòu)建全面立體、時效性強、準(zhǔn)確可靠的航道外場感知體系已經(jīng)成為對內(nèi)支撐精細(xì)化航道運行監(jiān)測與管理、對外增強航道公共服務(wù)能力的迫切需要[2]。航道外場感知設(shè)施數(shù)量大且種類較多，包括攝像機、AIS基站、水位計、北斗地基增強基站、交通流量觀測設(shè)施、氣象儀、能見度儀、流速流向儀、無人機等。航道外場感知設(shè)施在日常運行過程中容易受到水、雨、雪、霧、灰塵等惡劣環(huán)境的影響，時常發(fā)生故障，但由于航道呈帶狀，范圍廣且地理位置較偏，其運行維護難度較大。因此，本文提出利用智能機箱實現(xiàn)航道外場感知設(shè)施的供電、通信、運行狀態(tài)等自動監(jiān)測、告警分析，提高航道外場感知設(shè)施運維的便捷性和智能化水平，從而保障其穩(wěn)定、可靠運行。

1? ? 通信傳輸和供電方式

通信傳輸和供電是航道外場感知設(shè)施正常運行的重要支撐條件，也是航道外場感知設(shè)施中故障發(fā)生頻率較高的地方，因此在日常運維過程中需要重點關(guān)注。

1.1? ? 通信傳輸方式

目前，航道外場感知設(shè)施的通信方式包括自建光纖、租用運營商網(wǎng)絡(luò)、4G/5G傳輸?shù)龋C合考慮通信傳輸成本、傳輸穩(wěn)定性、維護方便等因素，一般航道外場感知設(shè)施的通信傳輸采用租用運營商網(wǎng)絡(luò)的方式[3]。

根據(jù)航道外場感知設(shè)施布設(shè)位置的不同情況，其傳輸方式如圖1所示。

（1）布設(shè)在船閘或水上服務(wù)區(qū)附近的感知設(shè)施通過有線的方式接入船閘或水上服務(wù)區(qū)已有的網(wǎng)絡(luò)，然后由交通專網(wǎng)傳輸至存儲機房。

（2）布設(shè)在航道兩邊的感知設(shè)施利用有線方式接入附近的運營商網(wǎng)絡(luò)，通過租用運營商網(wǎng)絡(luò)直接傳輸至存儲機房。

1.2? ? 供電方式

為確保航道外場感知設(shè)施能連續(xù)不間斷地運行，其供電方式一般以低壓線纜供電為主，利用線纜從布設(shè)點位附近的運營商通信鐵塔、工廠、居民區(qū)等獲取經(jīng)過穩(wěn)壓后的市電電源；布設(shè)點位在上述供電條件無法滿足的情況下，可以采用太陽能供電的方式。

太陽能供電系統(tǒng)應(yīng)確保在陰雨天氣下感知設(shè)施能連續(xù)正常運行7天，并可承受惡劣環(huán)境條件下大風(fēng)和冰雹等的沖擊，其中太陽能電池板、電池板支架等應(yīng)盡可能安裝在航道外場感知設(shè)施的桿件上。

2? ? 智能機箱的應(yīng)用與分析

2.1? ? 智能機箱的組成

智能機箱由箱體和智能機箱控制系統(tǒng)軟件兩部分組成，能實時監(jiān)測航道外場感知設(shè)施的通信、電源、柜門、溫濕度等狀態(tài)，可實現(xiàn)機箱柜門遠(yuǎn)程開啟、異常報警、外場感知設(shè)施點位實時定位等功能。

智能機箱內(nèi)部分為采集控制模塊區(qū)、電源控制模塊區(qū)、電源接入控制區(qū)和拓展模塊區(qū)，配有智能控制器、防雷配電維修插座、攝像頭、補光燈、網(wǎng)狀托架等設(shè)備，如圖2所示。同時箱體采用防曬、隔熱頂蓋，利用導(dǎo)流槽、膠墊等密封措施，其防護等級不低于IP65，整體安裝方式為背板法蘭掛桿安裝。

智能機箱控制系統(tǒng)軟件通過箱體監(jiān)控單元獲得數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)解析、查詢統(tǒng)計、分析，及時報告外場設(shè)備狀態(tài)，判定外場設(shè)備環(huán)境故障類型，并可通過控制指令實現(xiàn)外場設(shè)備電源關(guān)閉、打開和重啟。

為實現(xiàn)智能機箱的數(shù)據(jù)傳輸，需為機箱所在位置提供一路輔助通信網(wǎng)絡(luò)和一個能與附近航道外場感知設(shè)施通信的IP地址；同時智能機箱還自帶4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可形成雙模冗余通信，確保智能機箱采集數(shù)據(jù)能夠及時上傳、遠(yuǎn)程控制指令能夠動態(tài)響應(yīng)。

2.2? ? 智能機箱的應(yīng)用

航道外場感知設(shè)施是京杭運河江蘇段綠色現(xiàn)代航運綜合整治工程（江南段）智慧運河工程的重要組成部分，建設(shè)內(nèi)容包括視頻監(jiān)控、AIS、能見度儀、氣象儀、流速流向儀、交通量觀測設(shè)備、北斗地基增強系統(tǒng)、水位監(jiān)測系統(tǒng)、無人機等感知設(shè)施以及配套的通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等，其中供電采用低壓電纜就近供電的方式，通信傳輸采用租用運營商網(wǎng)絡(luò)的方式。京杭運河常州段長49 km，設(shè)置了26套智能機箱；無錫段長39.3 km，設(shè)置了25套智能機箱；蘇州段長81.8 km，設(shè)置了43套智能機箱，現(xiàn)場安裝如圖3所示。

利用智能機箱實現(xiàn)了以下功能：

（1）動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測：接收智能控制器上報的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括外場感知設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、電源狀態(tài)、繼電器狀態(tài)、機箱柜門狀態(tài)、溫度、濕度等。

（2）統(tǒng)計分析：實現(xiàn)智能控制器在線狀態(tài)統(tǒng)計、故障統(tǒng)計、斷電點滾動列表、斷網(wǎng)點滾動列表、恢復(fù)點滾動列表、日期時鐘等。

（3）點位管理：按線路、行政區(qū)劃、點位名稱、IP地址段、工作狀態(tài)等條件對站點進行查詢，可查看點位實時狀態(tài)信息、歷史信息和操作記錄。

（4）遠(yuǎn)程控制：實現(xiàn)對外場感知設(shè)施的電源打開、關(guān)閉、重啟操作，具有操作日志記錄功能。

（5）告警監(jiān)控：能獲取智能控制器的斷電、斷網(wǎng)、開門等告警信息，并以告警列表等形式展示。

（6）機箱柜門控制：實現(xiàn)對機箱柜門的遠(yuǎn)程開啟，現(xiàn)場免鑰或掃碼開啟。

（7）點位狀態(tài)：分路顯示機箱內(nèi)各用電回路的電流、電壓、功率、功率因數(shù)以及機箱所監(jiān)控外場設(shè)備的總電量。

（8）開關(guān)控制：各用電回路可獨立進行閉合、斷開等操作。

（9）日志記錄：以文本文件形式對智能控制器上報的原始信息進行記錄和保存，便于后期進行校核查驗。

2.3? ? 基于智能機箱的運維功能分析

航道外場感知設(shè)施運維中存在設(shè)備數(shù)量大、種類多、分布廣、維護人員少、交通不便、維護效率低等難題，為了實現(xiàn)航道外場感知設(shè)施的主動式運維、及時發(fā)現(xiàn)故障并維修，提升運維的可視化和智能化水平，可以基于智能機箱獲得設(shè)施供電、通信、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備身份信息、狀態(tài)監(jiān)測、工單下發(fā)等運維功能的拓展，保障外場感知設(shè)施的正常運行。

基于智能機箱的航道外場感知設(shè)施智能運維是利用電子航道圖，對外場設(shè)備進行可視化的實時在線監(jiān)測管理，無須運維工作人員現(xiàn)場巡視，即可及時掌握外場設(shè)備的運行情況，其主要功能內(nèi)容包括設(shè)備信息管理、設(shè)備身份碼管理、設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測、監(jiān)測閾值配置、設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報表報告管理、異常報警等，如圖4所示。

（1）設(shè)備信息管理：對航道外場感知設(shè)施的設(shè)備型號、基本參數(shù)、功能、附屬件構(gòu)成等基礎(chǔ)信息，以及供應(yīng)商、服務(wù)提供商、安裝部署的地理位置和空間位置等信息，所屬單位、負(fù)責(zé)人、負(fù)責(zé)人聯(lián)系方式等所有權(quán)信息，設(shè)備制造廠商及其聯(lián)系方式、售后服務(wù)提供商及其聯(lián)系方式等信息進行維護和信息化管理，提供增加、編輯、刪除等功能，提供設(shè)備相關(guān)附件（維護操作規(guī)程、工藝說明書、安全條例等）的上傳、查看、下載功能，采用樹形結(jié)構(gòu)體現(xiàn)主要設(shè)備及其附件的從屬關(guān)系。

（2）設(shè)備身份碼管理：根據(jù)航道外場感知設(shè)施的設(shè)備基礎(chǔ)信息，支持生成設(shè)備的專屬二維碼身份證，支持用戶通過掃描二維碼完成設(shè)備基礎(chǔ)信息的獲取。

（3）設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測：基于智能機箱已有的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控。

（4）監(jiān)測閾值配置：基于智能機箱已有的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，支持設(shè)置設(shè)備運行參數(shù)監(jiān)測閾值的動態(tài)配置，如連續(xù)運行時長、運行溫度等。

（5）設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)管理：支持對接航道外場感知設(shè)備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并能對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行查看、導(dǎo)出。

（6）監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：支持對接外場感知設(shè)備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

（7）報表報告管理：支持按照用戶需求，實現(xiàn)個性化的設(shè)備臺賬導(dǎo)出。

（8）異常報警：基于智能機箱已有的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以設(shè)置的監(jiān)測閾值為比對基準(zhǔn)值，當(dāng)實測值接近或超過監(jiān)測閾值時，發(fā)出異常告警并提示維護人員。

3? ? 結(jié)語

在構(gòu)建綜合交通運輸體系、數(shù)字交通、智慧航道等發(fā)展背景下，航道外場感知設(shè)施的建設(shè)也會越來越多。航道外場感知設(shè)施的智能高效運維是確保發(fā)揮其效益的重要方式，智能機箱能實現(xiàn)航道外場感知設(shè)施的供電、通信、運行狀態(tài)等自動監(jiān)測和告警分析，為設(shè)施運維提供重要支撐。同時，為了充分利用智能機箱采集的數(shù)據(jù)資源，可基于電子航道圖實現(xiàn)設(shè)備身份信息、狀態(tài)監(jiān)測、工單下發(fā)等運維功能的拓展，進一步提升外場感知設(shè)施的可視化、智能化運維水平。

[參考文獻]

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[2] 宋成果.長江干線典型航道要素感知點布設(shè)及采集設(shè)備技術(shù)要求研究[J].中國水運·航道科技，2018（5）：34-38.

[3] 何樂.長江航道要素感知設(shè)備布設(shè)[J].水運工程，2016（1）：48-51.

收稿日期：2023-01-06

作者簡介：石磊（1989—），男，湖南人，工程師，從事智慧水運設(shè)計與研究工作。