摘 要 ：近年來，物聯網技術不斷發展，并在多個領域應用。物聯網技術在高速公路行業的應用不斷加深，針對傳統監控箱無法實現智能化管理，管理人員無法及時發現問題等現象，設計了一款應用于高速公路機電工程隧道及道路上攝像機設備箱的一體化智能監控箱運維管理系統。該系統由一體化智能監控箱、云平臺、手機 APP 構成，可以實現遠程監測、智能集中供電、防雷、動環監控、遠程復位、報警處理等功能。系統減輕了維護人員的負擔，提高了管理效率、視頻在線率、智能化程度，保障設備“全時可用”，實現了對設備的精細化管控。

0 引 言

目前，高速公路監控外場和隧道內監控箱箱體內的接線較為雜亂，熱源集中，無箱體非法開啟告警提示，維護不便，無法對用電情況及網絡狀態進行在線監測，無法實現前端設備故障研判、定位監測及告警，缺乏智能及遠程維護手段，一旦出現故障，需由技術人員前往現場排查處理。針對現有問題，團隊進行了深入分析，推出了以“物聯網”為基礎，以“大數據”為載體，以“人工智能”為核心的智慧解決方案，為前端設備提供智能運維，做到事前預判、事中管理、事后分析，有效解決前端設備故障發現不及時、故障處理滯后的問題。

1 系統概述

一體化智能監控箱是一款應用于高速公路隧道及道路的智能機箱，相比普通箱體，一體化智能綜合箱增加了智能配電、在線監控、故障定位、故障修復、遠程控制、能耗管理等功能，可以為外接設備如攝像機、情報板等設備的安全、可靠運行提供保障，該產品在滿足原有監控箱及配電箱功能需求的基礎上，采用模塊化布局，完善了相關功能，保證系統的及時性、可靠性、連續性和智能性，節省了大量人力及經濟成本。借助一體化智能綜合箱管理平臺，可實現對智慧運維箱及前端設備運行情況、供電情況、網絡傳輸、防雷保障等方面精準、全面地監控，準確定位故障，實現對設備的精細化運維保障。

2 系統總體設計

針對目前高速公路監控箱存在的問題，結合當前物聯網技術在智能交通系統的發展態勢 [1]，提出一體化智能監控箱運維管理系統設計方案，該系統是基于 TCP/IP 網絡、RS 232/RS 485 等技術的實時監控與組態開發系統，軟硬件的安裝與維護集中于監控服務器端，易于實施和維護。客戶端只負責用戶界面顯示，由嵌入式監控主機進行數據處理，當監控需求增加時，只需對嵌入式監控主機進行升級或擴展，形成多個嵌入式監控主機即可，可加強系統的伸縮性。系統采用分布式計算技術，支持多個前端一體化智能監控箱聯網集中監控，系統主要由智能采集終端、一體化智能監控箱、傳輸網絡、運維管理系統組成。系統具有報警功能，用戶可選擇配置電腦顯示報警、語音報警、電話報警、短信報警、E-mail 報警、手機 APP 報警等。系統設計架構如圖 1 所示。

3 一體化智能監控箱的硬件設計

一體化智能監控箱相比傳統的監控箱增加了智能采集終端（將集成了電源模塊、繼電器、微處理器、通信模塊、觸摸屏、溫濕度傳感器等的設備統稱為智能采集終端 [2]）、自動重合閘、電源防雷器、智能 PDU 插座、交換模塊等設備。

3.1 智能采集終端

智能采集終端作為系統核心，可顯示前端輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、環境溫濕度、防雷模塊狀態、交換機狀態、箱門開啟狀態、IP 地址等，便于前端本地檢修維護，支持無后備電源掉市電告警功能。核心芯片采用 ST 公司出品的STM32F103ZET6 芯片，該芯片為 32 位，頻率為 72 MHz，程序存儲器容量為 256 KB，程序存儲器類型為 FLASH，RAM 容量為 48 KB[3]，主要完成部分模塊的接入。智能采集終端接入如圖 2 所示。

3.2 自動重合閘

自動重合閘設計具備負載短路保護功能，當輸出接口發生短路時，其他各路電源切斷輸出 ；當短路故障恢復后，機器可正常工作。該模塊具備過壓、欠壓、斷電自動斷開，及過流、漏電保護指示和自動合閘功能。

3.3 電源防雷器

電源防雷器根據實際需求，設計提供 DC 12 V、AC 24 V、DC 36 V 等輸出，集成為單一插卡式板卡，并支持低電壓、寬電壓適應性，電源電壓能夠在 AC 70 V ～ AC 250 V 范圍內變化，設備可正常工作。

3.4 智能 PDU 插座

設計智能 PDU 插座可支持漏電保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護、復位等，可實現每一路電源輸出、關閉、重啟等操作，保障市電輸入安全。

3.5 交換模塊

工業級插卡式交換機具備網口防雷保護電路，包含 SFP光接口、RJ 45 接口，采用 DC 5 V 輸入，具備自動手機設備工作參數，并可為故障排查及系統優化提供依據。當設備工作異常時，可自動重啟設備，也可人工遠程關閉設備實現網絡重啟，大大節約了運維成本，縮短了故障修復時間。

4 智能運維管理系統

4.1 智能運維管理系統簡介

智能運維管理系統是專為智慧交通隧道工程及外場設備運維管理設計而開發的，該系統可設置在隧道管理站或監控分中心，對前端攝像機、情報板、微波車檢等設備的運行情況、供電情況、網絡傳輸、防雷保障等方面進行精準、全面的實時監控，實現對設備的精細化運維保障。系統不僅可通過觸摸屏查看相關信息，還可遠程控制和監測，彌補傳統箱體的不足，降低了運維成本、提高了運維效率，保障了運維穩定性，實現了運維可視化、智能化、專業化。系統采用 B/S 架構，分布式設計，支持手機 APP，支持通過以太網、GPRS/4G 等網絡連接。一體化智能監控箱軟件系統是一個集采集、診斷、定位、控制、管理、分析、報警等功能于一體的智能運維管理平臺。智能運維管理平臺展示界面如圖 3 所示。

4.2 系統功能

運維管理平臺結合高速公路監控特點，以及對未來信息管理的需求，增加應用物聯網通信技術，完善了相關功能，可保證系統的可靠性、連續性和智能化水平。

（1）采集功能 ：運維管理平臺可采集一體化智能監控箱體及前端設備的運行狀態、供電狀態，同時可采集一體化智能監控箱內的溫度、濕度、水浸、防雷器、箱門的開關狀態，可通過以太網、4G/5G、交通專網等網絡傳回到監控中心 [4]。

（2）診斷功能 ：運維管理平臺支持對一體化智能監控箱自身以及前端設備進行故障診斷，快速定位故障原因，采取針對性措施，提高運維效率，降低運維成本 [5]。

（3）定位功能 ：運維管理平臺可主動上報一體化智能監控箱的 GPS 位置信息，在平臺上正確顯示一體化智能監控箱的安裝位置，并用不同的“水滴”顏色顯示當前一體化智能監控箱及前端設備的工作狀態、故障類型，同時支持運維管理平臺查詢一體化智能監控箱的位置信息 [6]。

（4）控制功能 ：運維管理平臺一旦監測到攝像機等設備宕機，便通過 RS 485 控制器對設備進行遠程復位，運維人員無需奔赴現場，節省了人力和時間 ；同時，運維管理平臺可根據采集的信息開啟（或關閉）一體化智能監控箱內的風扇、加熱器等 [7]。

（5）告警功能 ：運維管理平臺監測到外場攝像機等設備出現故障時，該模塊可及時將告警信息發送給運維人員進行處理，若因斷電、光纜故障導致與監控中心網絡連接斷開，將在首頁界面顯示本月“TOP5”告警事件，并與運維人員對高故障率事件進行統計分析并處理 [8]。

（6）管理功能 ：運維管理平臺支持對一體化智能監控箱的集中管理，包含對一體化智能監控箱的增加、刪除、修改等功能 ；支持接收一體化智能監控箱上傳的報警信息，在運維管理平臺 GIS 地圖上實時標注設備并根據既定規則觸發工單，進行工單派送。故障排除后，系統結合數據統計分析，生成數據報表 [9]。

（7）數據分析功能 ：運維管理平臺支持大數據分析統計，定期自動形成各類設備運行狀態報表，分析各入圍供應商產品的質量情況，為選型提供決策依據。

5 結 語

隨著智慧城市、智慧公路建設的高速推進，探索基于物聯網技術的一體化智能箱系統在高速公路領域的應用，可以彌補原有監控箱的不足，實現對高速公路監控箱體的實時監控，并保證對監控箱體的控制和綜合分析，加深了物聯網相關理論與傳統行業的融合程度，能夠有效為視頻監控前端設備提供可靠保障，提升高速公路監控箱運行的安全性和穩定性，以及監控系統運行與管理的自動化和智能化水平 [10]。

審核編輯 ：李倩