隧道设备远程监管系统的开发与应用

       在对隧道运维过程中，设备管理在维修养护工作中至关重要。设备一旦发生故障必须及时抢修，否则很可能危及人民生命和财产安全。在传统隧道运维工作中，对设备管理实行“设备巡检”结合“定期检修”的制度。采用人工巡检方式时，巡检路线规划、巡检工具、巡检时间的安排等客观因素，巡检人员的责任心、技术水平和管理制度等主观因素都可能影响设备巡视质量。日常巡检每天至少2次，每条隧道每次巡视时间在2 h以上，存在劳动强度大、工作效率低、管理成本高等明显不足。“定期检修”方式是20世纪50年代从原苏联引进的，通过预先设定设备检修工作内容与周期，当设备到达维修周期时，不论设备是否有缺陷和问题，都需维修。此检修方式不可避免存在两大缺陷：“维修过剩”或者“维修不足”。“维修过剩”导致浪费，降低企业劳动生产率、设备利用率和设备运行可靠性等，“维修不足”则可能引发设备事故，造成更大损失。
       随着信息化时代来临，如何将物联网、互联网、大数据等信息化技术与传统运维工作相结合，值得深入思考和研究。为满足当今科学管理设备的要求，采用“设备状态”检修的策略，运用物联网技术，以设备当前实际工作状况为依据，通过在线或者离线状态监测手段，识别故障的早期征兆，对故障部位、故障严重程度及发展趋势作出预判，从而确定最佳维修时机。通过适时维修避免重大设备故障，减少不必要的维修作业，逐渐取代人工巡检。
       一、隧道设备远程监管系统
       隧道设备远程监管系统基于隧道设备远程管理平台、图像采集设备（工业摄像机）、图像识别系统，设定需要采集设备及运行环境的数据种类，使用图像抓拍结合强大的“人脸识别技术”，采集设备数据（包括数字、图形、颜色）等信息，通过网络传输到隧道设备管理数据库，结合设定设备参数预警阈值，实现设备缺陷、状态异常的声光报警等功能。本系统无需对目标设备进行停运改装，方便安全，特别适用于在运隧道设备的实施远程监管或隧道内一些特殊系统的远程监管，如消防系统等。
       1、系统组成
       隧道设备远程监管系统设计为网络分布式架构，系统分为3层：基站层、通信层和终端层。
       基层站由监控后台组成，是整个监管系统的数据接受、处理与展示中心，由数据库（历史库、实时库）、数据处理（实时数据处理、事项报警服务、日志服务）等模块组成。提供数据历史查询、报表输出、设备缺陷展示等服务。
       通信层由数字光端机、网络光缆（连接在图像识别工作站）等设备组成，为基站层与终端层的网络通信提供透明的传输通道。
       终端层包括高清图像识别系统、500万像素工业摄像机、数显传感器。工业摄像机抓拍设备数字仪表、开关状态、指示灯颜色等图像信息，通过图像识别系统，转变为数字信息。通过加装一些数显传感器，补充采集环境及设备数据。
       2、系统功能
       （1）采集运行数据
       系统基于图像识别系统，通过工业定焦摄像头捕捉设备的仪表示值、开关状态、指示灯颜色等信息，采集设备的电压、电流、温度等实时运行数据，环境温度、湿度、噪声等设备运行环境数据，以及设备状态、通电情况等数据。
       （2）异常报警
       系统事先对设备运行参数设有报警阈值，当采集的运行数据超过阈值，平台会声光报警，及时提醒管理人员设备状态异常，需要现场查看及安排检修工作。
       （3）设备数据库
       设备数据库包括设备历史数据库、设备实时数据库。设备历史数据库是嵌入式静态数据库，采用预先录入方式，用于管理人员对设备资料的查阅了解，有利于检修人员对设备缺陷进行辅助诊断和后续排故。设备实时数据库是一个动态数据库，记录设备缺陷及维修数据，与历史数据库并行，逐步打造设备运行周期管理数据库，为今后设备全寿命周期研究分析提供依据。
       （4）数据查询
       系统具有数据查询和管理功能，支持历史数据的查询、显示和编辑，包括设备运行数据、历史报警记录及设备检修记录查询和报表打印等。
       （5）远程监管
       系统将前端采集的数据在管理中心终端的系统平台中进行可视化显示，包括设备实时监测数据、运行告警等，便于管理人员及公司领导对设备运行状态、运行记录、缺陷数据等全面监管。管理人员可根据设备运行异常数据信息，对设备运行状态及缺陷情况进行预判，给后续专业检修工作提供参考意见与技术支持。
       （6）应用程序接口
       系统提供WebService 服务，与现有生产管理信息系统或其他系统实现数据共享与交互。
       二、隧道变电站现场应用情况
       选定人民路隧道浦东工作井变配电室中“浦东照明Ι 段稳压器”进行设备远程监管系统应用测试。该变压器柜原配有一个数显面板，可轮循显示设备电压、电流以及功率。
       现场在变压柜内空间悬挂湿度传感器，将数显面板嵌装在柜门中央。同时柜门中央加装数显仪表，将原“轮循显示”的数据“直接”显示。现场前端抓拍图像设备采用高清500 万像素的工业级定焦摄像头（见图1）。
        
       图1 现场设备安装
       变配电站内设置安装有图像识别软件的工作站，将采集图像信息转为数据信息。为确保系统稳定性，图像识别工作站连接不间断电源与网络光缆（见图2）。
        
       图2 图像识别系统界面
       隧道设备远程监管平台及设备运行数据库设置于隧道管理中心（见图3）。
        
       图3 数据显示及报警界面
       系统按照1次/30 s的频次采集数据，结合1次/d人工巡检对采集数据进行校核。系统采集数据正确率达到99.98%，系统数据存储完整性达100%，系统告警误报率0.6%。本系统达到预期效果，投入使用以来运行情况良好，完整记录并建立设备的运行数据库，对设备故障及时告警，同时还为系统申请了软件著作权。
       三、结语
       隧道设备远程管理系统的应用，满足设备高效、科学、全寿命周期的管理理念，由于该管理模式适应性强，也适用于无人值班、少人值守的变电站。人民路隧道浦东工作井变配电站设备试点运行情况反映良好，有效提高变电站设备的管理效率。如果全面推广，逐渐取代人工巡检，可节约不少车辆、人员的养护成本。
       隧道机电设备的正常运行是保证隧道正常运行的基础之一，设备远程管理系统的开发与应用，是隧道养护实施信息化、智能化迈出的重要一步。通过本次信息化探索，取得良好的管养效果，具有很好的推广应用前景。
       作者：周兰兰  单位：上海浦江桥隧运营管理有限公司