一种基于大数据的高速公路机电设施智能运维决策系统的制作方法

本发明涉及高速公路运行维护领域，具体来说，尤其涉及一种基于大数据的高速公路机电设施智能运维决策系统。

背景技术：

1、高速公路机电设施主要指的是应用在高速公路运营中的一些机电设备，如交通信号灯、路灯、电子显示牌、监控摄像头、通讯设施等等。这些设施通常具有数据采集、传输、处理和控制等功能，是高速公路安全运行的关键。在设备的日常维护和故障修复中，策略的制定和决策的准确性至关重要。

2、而基于大数据的高速公路机电设施借助各种智能设备与传感器，可实时收集关于设备运行状态、交通状况、环境信息等大量数据，通过分析历史数据，可以建立预测模型，提前预测设备可能出现的故障，通过对大量数据的分析，可以为设备维护、路况改善、交通调度等提供决策支持。

3、但是现有技术中高速公路机电设施智能运维决策系统可能存在以下缺点：

4、1、大量设备和交通数据需要加密和权限管理，以防止数据泄露带来的安全风险；

5、2、大量异构数据的整合和处理是一大挑战；

6、3、由于设备故障的复杂性和随机性，系统生成的决策与实际情况可能存在不小的差距；

7、4、大数据技术和硬件设备都需要专业的维护，相关成本不容忽视。

8、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、为了克服以上问题，本发明旨在提出一种基于大数据的高速公路机电设施智能运维决策系统，目的在于解决大量设备和交通数据需要加密和权限管理，以防止数据泄露带来的安全风险问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、一种基于大数据的高速公路机电设施智能运维决策系统，该系统包括：数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块、技术状况评定模块、维修方案制定模块、方案论证模块、预算管理模块、系统维护模块及数据可视化展示模块；

4、所述数据采集模块，用于实时采集高速公路机电设施的数据；

5、所述数据存储模块，用于利用云存储技术将所述机电设施数据按机密级别分类并进行存储，得到每个机电设施的全生命周期数据；

6、所述数据分析模块，用于对全生命周期数据进行分析，并利用大数据分析平台揭示机电设施的运行状态和病害发展规律；

7、所述技术状况评定模块，用于根据全生命周期数据数据分析结果，对每个机电设施的技术状况进行评估和评级，得到评定报告；

8、所述维修方案制定模块，用于根据机电设施评定报告，运用层次分析法制定初步的维修和预算方案；

9、所述方案论证模块，用于使用bim和vr技术，对初步维修和预算方案进行模拟和评估；

10、所述预算管理模块，用于估算维修方案实际执行所需的费用，并结合高速公路隧道的收入情况，制定最终的预算方案；

11、所述系统维护模块，用于采用云计算和虚拟化技术，加强系统监控和安全防护；

12、所述数据可视化展示模块，用于提供高速公路机电设施运维数据的可视化展示界面。

13、可选地，所述数据存储模块包括：数据划分模块、云服务存储模块、数据关联模块及数据备份模块；

14、所述数据划分模块，用于采集高速公路机电设施的实时数据，并按照实时数据的重要程度进行不同类别的划分；

15、所述云服务存储模块，用于利用云存储服务商提供的不同存储服务，对划分后的实时数据进行存储，并监控存储空间的使用情况和服务质量；

16、所述数据关联模块，用于将实时数据与历史数据进行关联，并构建高速公路机电设施的全生命周期数据；

17、所述数据备份模块，用于利用云存储技术定期对高速公路机电设施的全生命周期数据进行备份。

18、可选地，所述数据备份模块包括：备份服务选择模块、备份策略制定模块、数据加密模块、异地备份模块、备份测试模块、访问控制模块、运行监控模块、过期数据清理模块、账单检查模块、凭据维护模块及备份策略调整模块；

19、所述备份服务选择模块，用于选择与全生命周期数据量和机密级别匹配的云备份服务；

20、所述备份策略制定模块，用于制定全生命周期数据的备份频率和数据保留策略；

21、所述数据加密模块，用于对全生命周期数据进行加密，并保管密钥；

22、所述异地备份模块，用于将加密后的全生命周期数据备份到与原始数据不同的云数据中心；

23、所述备份测试模块，用于定期测试全生命周期数据的备份完整性，确保备份数据有效；

24、所述访问权限控制模块，用于授权管理员访问全生命周期数据的备份权限；

25、所述运行监控模块，用于监控全生命周期数据备份任务、存储空间使用情况；

26、所述过期数据清理模块，用于根据数据保留策略清除不再需要的全生命周期数据备份；

27、所述账单检查模块，用于定期检查全生命周期数据备份服务账单，确认费用正确并无异常；

28、所述凭据维护模块，用于定期更新访问全生命周期数据备份服务的账号和密码，确保安全；

29、所述备份策略调整模块，用于根据全生命周期数据量或机密级别变化调整备份频率、保留时间。

30、可选地，所述数据分析模块包括：数据获取与导入模块、运行状态分析模块、病害识别与追踪模块、关联分析模块及知识提取与推理模块；

31、所述数据获取与导入模块，用于获取高速公路机电设施的全生命周期数据，并将全生命周期数据导入大数据分析平台；

32、所述运行状态分析模块，用于分析关键运行参数随时间的变化，找出异常变化点，揭示运行状态；

33、所述病害识别与追踪模块，用于分析图像、视频和检测数据，识别病害，跟踪病害发展，预测发展趋势；

34、所述关联分析模块，用于将运行状态分析和病害发展分析结果进行关联，找出两者相关性；

35、所述知识提取与推理模块，用于提取机电设施运行知识和病害发展知识，实现机电设施状态和病害发展的智能推理。

36、可选地，所述技术状况评定模块包括：全生命周期数据采集与分析模块、评估指标和标准制定模块、设备技术状态评估模块、评级结果处理模块及评定报告生成模块；

37、所述全生命周期数据采集与分析模块，用于收集全生命周期的数据，并对全生命周期的数据进行分析；

38、所述评估指标和标准制定模块，用于基于数据分析结果，定义各评估指标并制定设备的评级标准；

39、所述设备技术状态评估模块，用于针对每个设备，根据定义的评估指标，计算设备的评分，然后根据设定的评级标准对设备的技术状态进行评级；

40、所述评级结果处理模块，用于汇总所有设备的技术状态评估结果和评级，提供设备维护和改进的建议；

41、所述评定报告生成模块，用于根据评级结果和维护建议生成评定报告。

42、可选地，所述维修方案制定模块包括：评价标准制定模块、优先级确定模块、维修方案制定模块、成本评估模块、预算方案制定模块、方案评判矩阵构建模块及初步报告生成模块；

43、所述评价标准制定模块，根据行业标准和历史数据，制定机电设施维修的评价标准，并确定对应的量化指标；

44、所述优先级确定模块，获取评估报告，根据设备的评级和重要性确定维修优先级；

45、所述维修方案制定模块，针对需要维修的设备，制定出具体的维修方案；

46、所述成本评估模块，根据维修方案和市场价格，估算出维修每个设备的成本；

47、所述预算方案制定模块，根据高速公路隧道的收入情况，制定出资金的预算方案；

48、所述方案评判矩阵构建模块，根据评价标准和历史数据，判断各维修方案的重要性，构建判断矩阵；

49、所述初步报告生成模块，生成维修方案、预算方案和评判矩阵的初步报告。

50、可选地，所述方案论证模块包括：bim数字模型构建模块、方案输入模块、vr评估与漫游模块及报告修订模块；

51、所述bim数字模型构建模块，根据设施的图纸资料构建机电设施的bim数字模型；

52、所述方案输入模块，将初步报告的维修方案和预算方案输入bim模型中；

53、所述vr评估与漫游模块，利用vr技术实现bim模型的虚拟漫游，根据预设的评价标准进行在线评估，并生成方案的评估报告；

54、所述报告修订模块，根据评估报告修订维修方案和预算方案的初步报告，生成最终报告。

55、可选地，所述系统维护模块包括：云服务选择模块、云服务器部署模块、负载均衡配置模块、云监控配置模块、安全防护模块、系统维护模块、数据备份模块及成本控制模块；

56、所述云服务选择模块，用于根据系统的计算和存储需求，选择预设的云服务；

57、所述云服务器部署模块，用于在云服务上部署云服务器；

58、所述负载均衡配置模块，用于配置负载均衡器对用户请求进行分发；

59、所述云监控配置模块，用于部署云监控工具，监控云服务器的运行指标，并设置告警；

60、所述安全防护模块，用于配置云服务器的安全组，限制外网访问；

61、所述系统维护模块，用于定期检查云服务器，升级系统和软件，修复安全漏洞；

62、所述数据备份模块，用于采用云存储服务定期备份系统和数据，且进行备份数据的定期清理；

63、所述成本控制模块，用于定期检查云服务费用账单，根据系统实际使用情况调整配置。

64、可选地，所述负载均衡配置模块包括：性能评估模块、请求监控模块、服务器监控模块、压力计算模块及负载均衡模块；

65、所述性能评估模块，用于收集各个服务器的硬件配置、性能参数，分析各服务器在高峰时期的处理能力，计算各服务器的请求处理速率；

66、所述请求监控模块，用于实时监控各服务器当前等待处理的请求量，提供当前待处理请求数据；

67、所述服务器监控模块，用于监控各服务器的cpu和内存使用率，提供服务器当前使用状况数；

68、所述压力计算模块，用于将请求监控模块和服务器监控模块的数据作为输入，按照公式计算各服务器的压力值，输出服务器压力值给负载均衡模块；

69、所述负载均衡模块，用于接收来自用户的新请求，根据压力计算模块输出的服务器压力值，将请求分发到压力值最小的服务器。

70、可选地，所述服务器的压力值的计算公式为：式中，请求监控模块统计的服务器的待处理请求数量；

71、为性能评估模块计算的服务器每秒可处理的最大请求数；

72、为服务器监控模块监测的服务器的cpu利用率；

73、服务器监控模块监测的服务器的内存利用率；

74、为权重系数。

75、相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：

76、1、本发明通过数据采集模块采集高速公路机电设施的数据，数据存储模块实现数据的分类存储和备份，构建全生命周期数据，数据分析模块和技术状况评定模块可以对机电设施的运行参数、图像、视频等数据进行分析，识别异常状况，评定设备技术状态，实现状态监测和病害预测，维修方案制定模块和预算管理模块可以根据设备技术状态制定维修方案和预算方案，为机电设施提供决策支持，方案论证模块实现了对初步维修方案和预算方案的模拟，可以在一定程度上代替现场评估，提高工作效率。

77、2、本发明采用云计算和虚拟化技术，实现系统的高扩展性、高可靠性和低成本，系统维护模块通过云服务实现系统的部署、监控、备份和扩容，可以有效降低系统运维成本，通过数据加密、异地备份、安全组配置、监控等手段保证系统和数据的安全，数据可视化展示模块实现了高速公路机电设施的数据和各项关键指标的可视化，帮助管理人员理解数据和系统状态。

78、3、本发明的数据存储模块可以根据数据的重要程度和机密级别，将数据划分为不同类别，选择不同的云存储服务进行存储，这有利于数据的管理和使用，云存储服务可以根据数据量的增加动态扩展存储空间，且价格较低，这降低了数据存储成本，实现了数据的高安全性，通过加密、异地备份、访问控制等手段保证数据的安全，尤其异地备份可以防止同一地区发生的灾难导致数据丢失。

79、4、本发明利用bim和vr技术进行方案的模拟和评估，方案论证模块实现了对初步维修方案的模拟，可以在一定程度上代替现场评估，提高工作效率，基于机电设施的全生命周期数据进行分析和评估，也可以基于行业标准和专家知识进行方案制定，实现数据驱动和知识驱动的有机结合，通过新技术和方案的测试，不断优化这些模块的技术架构和业务流程，提高系统的性能、安全性和可靠性。

80、5、本发明根据需求选择合适的云服务，快速部署所需数量的云服务器，并可以通过负载均衡扩展计算能力；通过多区域部署、负载均衡、云监控等手段提高系统可用性，云监控可以实时监测服务器运行状态；使用安全组进行访问控制，定期备份数据到云存储，有效保护数据安全；请求监控、性能评估和压力计算模块可以智能分配请求负载，提高资源利用效率。