辽宁省高速公路通信管道数智运维及运营平台设计

李 论

(辽宁交通信息技术有限公司 沈阳市 110166)

1 概述

目前辽宁省高速信息化已具备一定规模，在高速公路整体管控上我们正向着智能化发展。作为高速公路机电三大系统基础设施——高速公路通信管道，其运维管控信息化程度较低，管道、竖井的信息仍然依靠人工盘点，维护、修理工单管理缺乏信息化的手段，方式落后，时效得不到保证，随着高速公路数字化、智能化的加速发展，作为基础设施的通信管道“数智”化管理正是当务之急。

为解决以上问题，辽宁艾特斯智能交通技术有限公司结合本公司业务数字化转型方案，设计了一套高速公路通信管道数智运维平台，该平台结合GIS和BIM技术，可接入物联网传感器，自动识别部分管道状况，通过AI算法自动向通信管道维护人员派发保养、维修工单，实现高速公路通信管道的智慧运维、高效处置，为高速公路机电系统提供一个良好的底层基础设施。通过运营平台，通信管道的租赁业务线上化、智能化，使通信管道的运维与运营结合，一体化服务，充分利用通信管道资源。

2 系统需求

2.1 通信管道运维现状

辽宁省高速公路总里程达4300余公里，配套通信管道总里程与高速公路总里程基本一致[1]，这么多里程的通信管道遍布在全省高速路网，每年需要大量的维护和修理工作[2]，目前的通信管道运维模式几乎全部由人工完成，业主单位通过巡检或者发现通讯故障，报送运维中心，运维中心人工记录并通过电话派发给负责该片区的维护人员，工单处理完毕，同样再通过人工方式回报，整个环节全部由人工完成，原始而低效。

通信管道的使用不仅是高速公路机电系统自用，各大电信运营商也会租用高速公路的通信管道，随着社会的发展，运营商租用管道的需求也不断提高。通信管道作为一种资源，其可租管段的参数指标、状态、租用方的信息，以及为租用方提供的管道报修、运维服务，没有信息化的系统平台，不利于租赁业务的拓展。目前运营商租用的通信管道大部分是京哈高速沿线这条连接外省的主干道管线，省内其他城际支线通信管道成规模出租，以及主干线扩大出租，都没有形成通信管道租赁的商业模式，没有一个租赁服务管理平台来支撑该业务。

2.2 业务需求

高速公路通信管道的维护，包括管道和光缆故障抢修，配套机电设备维修，管道本身及固定件的养护(如防腐等)，通信竖井的养护(如线缆盘整、清理积水杂物、更换破损井盖等)[3]。为使管道数据能够及时更新维护，管道全生命周期高效运行，从业主对管道信息的管理、管道数字化和智能化维护、管道租赁，以及运维施工方管理四个角度提出业务需求。

(1)管道信息管理

对管道的信息，平台需要一览全部通信管道，在全省地图上一览所有管道及各节点设施、设备的信息。管道信息应包括路段、管道中心桩号、长度、容量、主线占用孔数、管道用途、人手孔位置及类型、人手孔用途、过路横埋硅芯管、进局情况、进局占用孔数、进局管道用途、建成年份、预计寿命等。管道竖井、管道连通口以及井内设备具备三维建模，三维模型能够体现竖井、管道信息和设备实时运行状况，可以查看竖井实景照片以及历史维护照片。管道可通过容量、用途等多个参数筛选，可同时查看筛选结果列表和管道地理信息。

(2)管道数字化和智能化维护

平台提供联网接口，传感器终端可通过互联网或者物联网接入，平台自动采集管道内设备状态以及管道内传感器状态，在故障发生时能够自动识别故障内容，按故障严重程度等级分类，自动生成维护工单。通过对通信管道的数字化建设，平台可以在未来接入更多的传感数据，通过AI算法，可以通过各类传感器数据预测故障，在日常巡检养护中重点关注，来减少实际故障的发生。平台能结合养护周期、沿线施工、地质气象灾害等管道损坏风险，自动感知管道沿线风险态势并预警。

平台具备AI智慧派单能力。对一些特定的维护工作，平台可以自动派发工单，多个故障可以联合派单，按照故障级别和平均维修工时，智能分配，优化运维人员的日程和工作路径。平台通过运维人员同类故障排除数据，可以动态优化自动派单系统。平台同时具备人工录入维护工单的能力，可以指派运维人员，或者填写优先级等信息投入自动派单系统统一派单。

(3)管道租赁

对于管道的运营包括对可租赁的管道资源的管理，通过平台能够查看管道租赁信息，包括租赁方信息、租赁时间、租赁容量等等信息，同时，租赁方也可以查看自己租赁的管道以及可以租赁的空闲管道，在线上下单，生成电子合同。平台对管道业主方和租赁方提供一个业务平台，租赁方可以看到自己租用的管道维护状况，也可以对管道使用中发生的故障生成工单，派发给维护施工人员。

(4)一线施工人员管理

管理人员能够查看管道运维信息，包括管道当前的和历史的故障，维护人员工单和维护轨迹，能够通过平台直接联系维护人员。具备智能巡检辅助功能，巡检人员通过客户端将巡检日志、故障点、故障信息上传系统。施工人员可以通过客户端接收工单，查看故障地点，导航前往，在一次维护中，多个故障工单可以根据施工人员实时位置动态调整维护顺序。施工人员针对某一维护工单，可以填写维护点位当前状态，拍照上传留档，填写维护内容，维护后可以拍照上传，然后完结工单。维护施工方可从平台导出工单列表，并计算工作量。

2.3 功能需求

针对平台业务需求，提出平台建设的具体功能需求，共分为养护业务、租赁业务、施工方移动端三大类。图1为具体的平台功能需求图。

图1 平台功能需求图

3 系统设计

3.1 总体设计

系统总体架构如图2所示。系统能够通过NB-IoT等物联网技术接入终端感知设备，系统平台基础数据来源于智能感知设备和人工录入，人工录入信息主要为很少变更的管道基础信息。整个平台系统是智慧运维运营大脑，管道运维养护模块是核心功能，支持业主管理、租赁用户报修维护、巡检人员巡检以及运维养护施工队施工，模块包括智慧实时调度、智慧工单管理、AI派单等核心功能，对管道运维养护工作提供智慧、高效的数字化服务。

图2 系统架构设计图

对于用户，平台使用GIS+BIM等技术，将管道整体情况展示给业主、管道租赁方、施工队和巡检人员，提供可视化的操控界面。针对管道租赁业务，具有租赁业务管理平台，与运维养护模块联动，租赁业主可以查看管道运维情况选择想要租赁的管道，针对已租赁的管道可以进行管理、报修，并查看管道的运维状况。在巡检和维修施工中，采用AR技术辅助故障点标记，辅助维修施工。

3.2 功能设计

(1)管道信息管理

对于管道的管理，将管道实时占用状态、养护情况以及维修点虚拟的AR标记展现在管道模型上。过长且单一的管道不使用BIM还原，而在GIS中以线型图层表示，管道起始截面、关键的管道节点、竖井、机房、机柜，以及各类交换机、路由器、中继器、传感器等使用BIM建模，全省境内所有管道情况可以在GIS+BIM的模式下直观地一览，平台提供管道信息管理后台，用户可以手动修改维护管道信息。

(2)智慧养护

智慧养护功能包括AI派单算法、智慧工单管理、智慧实时调度等核心算法。系统通过传感器、巡检人员报修、用户报修、设备故障等信息，生成维修事项，通过智能算法，拆解、合并事项生成维修工单。系统能够通过施工队状态、实时定位、历史工作情况以及已派发工单，通过AI算法智能派发工单，智能排序施工队工单序列，使维修养护任务高效完成。工单管理智能化，通过智能算法自动判别流转，无论业主用户还是施工队用户，都能尽少地管理工单，减少用户操作，提高工单周转效率。智慧实时调度功能，为业主方提供调度平台，通过施工队等一线人员的数字化管理信息，能够智能辅助业主调度，预估调度处理时效，通过一线人员客户端，可以完成指挥中心与一线的视频、语音连线，调度情况以及现场报告同步留痕。

(3)养护周期预测及风险感知

养护预测功能包含维护预测算法，以及维护计划制定功能模块。管道根据基础信息、正常的维护周期以及历史维修记录，预测管道维护周期。针对管道不同片区，自动将范围内管道维护制定维护计划，并生成工单进入到AI派单模块，实现全部管道高效维护。系统抓取全省高速公路沿线地质、气象灾害，以及沿途施工、事故等信息，通过算法分析，预测管道养护风险，向业主方、施工方等相关人员发送预警信息。

(4)管道租赁业务

管道租赁业务形式类似电商平台，可租赁的管道是商品，需求方通过商品展示界面选择商品，即通过管道GIS+BIM全省图一览所有可以租赁的管道，可以查看管道可租赁的容量、到期时间、规格、价格等信息。租赁需求方可以自主选择想租赁的多段管道，配置每段管道的租赁内容，打包租赁，自动生成租赁订单及租赁合同，租赁双方可以通过线上方式签署租赁合同。租赁方对租赁的管道进行管理，查看已租管道信息，包括已租管道运维养护情况，租赁业务功能模块对接到运维养护模块，管道租赁方发现管道故障，可以直接报修，生成工单进入到AI智能派单系统中。管道租赁业务与运维养护模块联动，数据信息互通，向管道租赁方提供管道养护的相关信息，为租赁方提供优质的管道租赁服务。

(5)巡检客户端

巡检客户端为一款手机APP，巡检客户端包括巡检日历，用户可以自动生成巡检日程，并对自动生成的日程进行修改。针对每次巡检任务，客户端提供巡检记录，巡检员通过巡检记录功能记录巡检工作。在巡检管道时，发现故障问题，可以通过AR标记，标记在管道巡检信息中并同步到管道运维养护模块中。

(6)施工队客户端

施工队客户端与巡检客户端是同一个APP的不同用户角色界面。功能包括施工任务日历，任务日历是运维养护模块的AI智能派单算法自动生成的，运维养护调度中心可以实时调度施工队，施工任务日程可以实时动态改变，APP对施工队发出任务变更通知，并提供融合通信手段供调度中心与施工队实时交互。客户端向施工队提供两个工单任务的导航信息，帮助施工队快速赶往下一处施工点施工，在施工现场可以通过AR辅助快速定位故障点。施工队可以通过客户端查看工单详情，上报工单处置详情，做养护维修记录，记录工作量。图3为施工队客户端设计界面。

图3 施工队客户端设计界面

4 应用及效益分析

辽宁省省内通信管道运维业务由辽宁艾特斯智能交通技术有限公司负责，在辽宁高速数字化转型大背景下，需要信息化的手段将管道运维业务科学高效地管理起来。运维系统上线后，工单的产生、派发通过AI方式，快速有效，对管道的定期巡检数据同步更新到系统中，省去每几年进行一次的管道普查。通过系统的上线运行，可以节省通信管道维护成本，管道信息能够保持新鲜度，运维施工精准高效。

管道运营业务，即租赁业务，可以方便地将可租赁管道投放到租赁平台，有租赁需求的各方客户可以注册用户，并直观查看、筛选、选择想要租赁的管线，线上下单，线上签署租赁合同，高效方便，同时管线可根据租赁热度差异化定价，进一步拓展租赁业务，为管道运营创收。在管道租赁业务平台，与管道维护平台互通，客户直接报修，实时查看维修进度，随时查看管道养护状态，为客户提供更佳的服务体验。

一线巡检、施工人员，可以按照客户端指示有序完成任务工单，平台AI派单算法计算施工队路线、工作量、能力以及任务的优先级，科学合理提高一线人员工作效率，通过数字化手段赋能管道运维。

5 结束语

随着数字化转型在全社会各行各业推广，利用数字化手段赋能各项业务迫在眉睫，辽宁省高速公路全面数字化转型正处在起步初期，高速公路养护的数字化转型正是高速公路全面数字化转型的重要一环。通信管道运维及运营管理系统，正是高速公路养护中的通信管道养护业务数字化转型的尝试，系统平台的作用不仅仅是通信管道管养的信息化，更结合了AI、大数据、物联网等新技术，通过数字化的手段优化现在的运管维护业务流程和模式，为业务赋能。平台结合通信管道运维业务以及对管道租赁的运营业务，打通两者联系，互相促进，优化运维模式，为管道租赁者提供更高效优质的服务，为高速公路业主创收。通信管道运维及运营数字化转型系统，作为先行先试场景，未来可以拓展应用在整个高速智慧养护上面，优化养护流程，为智慧高速赋能。