CN115145214B - 一种高速公路设备控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速公路设备控制系统，属于机电设备控制技术领域，具体包括：数据库，存储有机电设备的基本信息，所述基本信息包括位置信息和工作温度区间[m,n]；数据获取模块，实时获取机电设备的温度T；数据匹配模块，将所述温度T与所述工作温度区间[m,n]进行比对，判定机电设备为低风险设备还是高风险设备；数据优化模块，获取当前温度对应点的斜率k，根据所述斜率得出温度变化速度v，计算低风险设备过热或者过冷的预警时间，将预警时间与应急时间进行对比，从而判定高风险设备；本发明实现了在机电设备出现异常情况之前就及时发出警报。

Description

一种高速公路设备控制系统
技术领域
本发明涉及机电设备控制技术领域，具体涉及一种高速公路设备控制系统。
背景技术
高速机电设备呈现出繁荣发展之势，存在种类众多、功能强大、高集成度等特点。机电设备朝智能化、网络化、信息化的方向不断发展，不仅增加了机电设备的维修难度，也给管理也带来了挑战；目前，对于机电设备的运行主要依靠工作人员进行现场管理，管理效率低，管理成本大，难以适应现代工艺发展的需要。
公开号为CN111079953A的中国发明专利公开了高速公路设备的管理方法、装置和设备，该发明在发现设备故障时，通过扫描二维码向服务器上报设备故障信息，进而由服务器向维修人员发送设备故障信息，以便维修人员尽快排除故障；然而在出现异常情况后才能进行相应警报，具有较大的监管滞后性，机电设备长时间处于异常状态，会导致机电设备出现不可恢复性的损坏，并且设备在运行过程中难免出现瞬间异常现象，如温度瞬间升高后恢复，在这种现象下，极易出现误警报的问题，因此需要系统能够对即将发生的故障做出及时准确的预警。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速公路设备控制系统，解决以下技术问题：
现有的高速公路设备控制技术，只有在出现异常情况后才能进行相应警报，具有较大的滞后性，会导致机电设备出现不可恢复性的损坏。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高速公路设备控制系统，包括：
数据库，存储有机电设备的基本信息和故障应急时间t3，所述基本信息包括位置信息和工作温度区间[m,n]；
数据获取模块，用于实时获取机电设备的温度T，并生成所述温度T随时间t变化的曲线；
数据匹配模块，用于将所述温度T与所述工作温度区间[m,n]进行比对，若(4m+n)/5≤T≤(m+4n)/5，则判定该机电设备为低风险设备，否则判定该机电设备为高风险设备；
数据优化模块，用于获取所述曲线中当前温度对应点的切线斜率k，根据所述斜率获得温度变化速度值v，并对所述低风险设备进行预判处理：
当k＞0时，则所述低风险设备过热的预警时间t1=(n-T)/v；
当k＜0时，则所述低风险设备过冷的预警时间t2=(m-T)/v；
将t1和t2分别与t3进行比对，若t1≤3t3/2或t2≤3t3/2，则将该低风险设备升级为高风险设备，否则仍为低风险设备。
作为本发明进一步的方案，所述数据优化模块获取所述温度变化速度值的过程为：
建立直角坐标系，以温度和时间分别为纵坐标和横坐标，获取当前温度的坐标(x1，y1)，获取所述曲线上一点(x2，y2)，x1≠x2，y1≠y2，则过点(x1，y1)与点(x2，y2)的直线的斜率k1=(y2-y1)/(x2-x1)=Δy/Δx，则当Δx→0时，k1无限趋近于曲线在当前温度的斜率k，获取此时k1的值，则温度变化速度值v=k1。
作为本发明进一步的方案，还包括防误判模块，所述防误判模块用于对所述数据优化模块升级的高风险设备进行再次确认，所述再次确认的过程为；
若所述高风险设备当前温度对应点在曲线上的斜率k＞0，则获取该机电设备未来时间段t4内实时温度对应点在曲线上的斜率ki，若斜率ki始终大于0，则仍为高风险设备，否则将该高风险设备降级为低风险设备；
若所述高风险设备当前温度对应点在曲线上的斜率k＜0，则获取该机电设备未来时间段t4内实时温度对应点在曲线上的斜率kj，若斜率kj始终小于0，则仍为高风险设备，否则将该高风险设备降级为低风险设备。
作为本发明进一步的方案，所述数据库还存储有高速公路地图文件，所述数据匹配模块还包括可视化单元，所述可视化单元用于根据所述位置信息将机电设备标注在所述高速公路地图中，所述低风险设备和高风险设备依次采用第一颜色、第二颜色进行标注。
作为本发明进一步的方案，所述设备可视化单元还用于将所述机电设备分类为数据采集设备、数据处理设备和信息显示设备，所述数据采集设备、数据处理设备和信息显示设备依次采用第一图标、第二图标和第三图标进行标注。
作为本发明进一步的方案，所述数据匹配模块包括区域划分单元，所述区域划分单元用于根据机电设备数量将高速公路划分为若干个连续的区域，每个所述区域内的机电设备数量相等，统计每个区域内所述高风险设备占当前区域所有机电设备的比例，获取所述比例超过第一阈值（第一阈值为预设的阈值）的区域，判定该区域为高风险区域，剩余区域则判定为低风险区域。
作为本发明进一步的方案，所述数据匹配模块包括异常设备分析单元，所述异常设备分析单元用于获取任一低风险设备作为待测设备，提取所述待测设备的温度，将待测设备所在区域内的其它低风险设备作为对比设备，提取对比设备的温度，并分别获取所述对比设备与待测设备的温度差值，获取所述温度差值的均值，若所述温度差值的均值大于第二阈值（第二阈值为预设的阈值），且对比设备温度的方差小于第三阈值（第三阈值为预设的阈值），则将待测设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
作为本发明进一步的方案，若所述温度差值的均值小于第二阈值，且对比设备温度的方差大于第三阈值，异常设备分析单元用于获取所述对比设备的温度均值，提取所述对比设备的温度中与温度均值差距最大的温度值，选取该温度值来源的对比设备，将该对比设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
作为本发明进一步的方案，所述异常设备分析单元还用于获取仍为正常设备的剩余对比设备温度的方差，若剩余对比设备的方差仍大于第三阈值，则提取剩余对比设备的温度中与温度均值差距最大的温度值，选取该温度值来源的对比设备，将该对比设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
本发明的有益效果：
（1）本发明能够实时监测机电设备的温度情况，通过获取机电设备的温度变化速度，获得机电设备超出工作温度区间的预警时间，并通过与设备故障应急时间对比，从而判断当前机电设备是否处于风险状态，对操作人员进行提醒，实现了在机电设备出现异常情况之前就及时发出警报，避免机电设备长时间处于非工作温度区间而导致损坏；
（2）本发明通过将机电设备根据位置信息标注在高速公路地图上，实现了对机电设备运行状态进行实时可视化监测，可以展示不同的类型，不同区域下设备的完好率情况，监测状态，及时发现问题；
（3）本发明对于处于低风险状态的机电设备，分为待测设备和对比设备，对待测设备和对比设备的温度进行分析，从而获取温度与大部分设备存在差异的异常的机电设备，对这些机电设备进行检修。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种高速公路设备控制系统的模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种高速公路设备控制系统，包括：
数据库，存储有机电设备的基本信息和设备故障应急时间t3，所述基本信息包括位置信息和工作温度区间[m,n]，本实施例中[m,n]的取值选取[0℃，45℃]，该工作温度区间综合考虑了监控摄像头、显示屏和边缘云服务器的工作温度；
数据获取模块，用于实时获取机电设备的温度T，并生成所述温度T随时间t变化的曲线；
数据匹配模块，用于将所述温度T与所述工作温度区间[0℃,45℃]进行比对，若9℃≤T≤36℃，则判定该机电设备为低风险设备，否则判定该机电设备为高风险设备；
数据优化模块，用于获取所述曲线中当前温度对应点的切线斜率k，根据所述斜率得出温度变化速度v，并对所述低风险设备进行预判处理：
当k＞0时，则所述低风险设备过热的预警时间t1=(n-T)/v；
当k＜0时，则所述低风险设备过冷的预警时间t2=(m-T)/v；
将t1和t2分别与t3进行比对，若t1≤3t3/2或t2≤3t3/2，则将该低风险设备升级为高风险设备，否则仍为低风险设备。
现有技术虽然能够实现对设备状态的实时监测，但是只有在管理系统发现设备出现异常情况之后，才会向维修人员发送设备故障信息，具有较大的监管滞后性，机电设备无法得到及时的维修，导致机电设备出现不可恢复性的损坏；
本发明通过实时监测机电设备的温度情况，获取机电设备温度随时间变化的曲线，从而得到机电设备的温度增加速度或者温度降低速度，根据实时速度，推算机电设备超过工作温度区间的预警时间，并将预警时间与设备故障应急时间作对比，设备故障应急时间为检修人员到达机电设备的最短时间，若预警时间低于应急时间的1.5倍，则维修人员可能无法及时赶到进行维修，于是系统发出警报，提醒管理人员和维修人员及时作出反应，由于机电设备对工作温度的要求比较苛刻，因此放置机电设备温度异常，能够有效减少发生故障的情况，于是实现了机电设备即将发生故障前的及时预警，避免出现不可恢复性的损坏。
在本发明的一种优选的实施例中，所述数据优化模块获取所述温度变化速度的过程为：
建立直角坐标系，以温度和时间分别为纵坐标和横坐标，获取当前温度的坐标(x1，y1)，获取所述曲线上一点(x2，y2)，x1≠x2，y1≠y2，则过点(x1，y1)与点(x2，y2)的直线的斜率k1=(y2-y1)/(x2-x1)=Δy/Δx，则当Δx→0时，k1无限趋近于曲线在当前温度的斜率k，获取此时k1的值，则温度变化速度值v=k1。
机电设备的温度变化受到很多因素的影响，只能通过获取其温度变化曲线上某一点的斜率，从而得出温度变化速度，由于变化曲线无法直接求导运算，要想获得曲线在当前温度坐标的斜率，只能通过邻点坐标求出斜率的趋近值，斜率在物理学上是存在单位的，其单位为温度比上时间，于是斜率即为温度变化速度，且斜率为正数时，温度为上升，斜率为负数时，温度为下降。
在本发明的另一种优选的实施例中，还包括防误判模块，所述防误判模块用于对所述数据优化模块升级的高风险设备进行再次确认，所述再次确认的过程为；
若所述高风险设备当前温度对应点在曲线上的斜率k＞0，则获取该机电设备未来时间段t4内实时温度对应点在曲线上的斜率ki若斜率ki始终大于0，则仍为高风险设备，否则将该高风险设备降级为低风险设备；
若所述高风险设备当前温度对应点在曲线上的斜率k＜0，则获取该机电设备未来时间段t4内实时温度对应点在曲线上的斜率kj，若斜率kj始终小于0，则仍为高风险设备，否则将该高风险设备降级为低风险设备。
为了避免机电设备温度瞬间升高后恢复，从而导致出现误警报的情况，对机电设备未来一段时间（例如10秒或20秒）的温度变化趋势进行统计，判断未来短时间内的温度变化趋势是否与当前相同，从而避免温度突然升高或者降低使系统造成误判，影响系统准确率。
在本发明的另一种优选的实施例中，所述数据库还存储有高速公路地图文件，所述数据匹配模块还包括可视化单元，所述可视化单元用于根据所述位置信息将机电设备标注在所述高速公路地图中，所述低风险设备和高风险设备依次采用第一颜色、第二颜色进行标注。
通过将机电设备以及机电设备的实时位置及状态显示在地图中，使得操作人员能够实时掌握机电设备的状态，做出相应的决策。
在本实施例的另一种情况中，所述设备可视化单元还用于将所述机电设备分类为数据采集设备、数据处理设备和信息显示设备，所述数据采集设备、数据处理设备和信息显示设备依次采用第一图标、第二图标和第三图标进行标注。
将机电设备分类进行显示，由于不同类型机电设备的工作条件并不相同，通过不同类型的机电设备采用不同的图标，便于操作人员根据不同类型设备的工作状态，从而针对性地制定不同的管理方法。
在本发明的另一种优选的实施例中，所述数据匹配模块包括区域划分单元，所述区域划分单元用于根据机电设备数量将高速公路划分为若干个连续的区域，每个所述区域内的机电设备数量相等，统计每个区域内所述高风险设备占当前区域所有机电设备的比例，获取所述比例超过第一阈值（第一阈值为预设的阈值）的区域，判定该区域为高风险区域，剩余区域则判定为低风险区域。
由于高速公路的地理尺度较长，不同位置的机电设备的外部条件也并不相同，由于自然条件或者线路问题，出现异常的机电设备往往呈现区域性，因此将高速公路分为若干个区域，若存在某些区域内高风险设备的比例过高，则对该区域进行排查，找出高风险设备聚集的原因。
在本实施例的一种情况中，所述数据匹配模块包括异常设备分析单元，所述异常设备分析单元用于获取任一低风险设备作为待测设备，提取所述待测设备的温度，将待测设备所在区域内的其它低风险设备作为对比设备，提取对比设备的温度，并分别获取所述对比设备与待测设备的温度差值，获取所述温度差值的均值，若所述温度差值的均值大于第二阈值（第二阈值为预设的阈值），且对比设备温度的方差小于第三阈值（第三阈值为预设的阈值），则将待测设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
由于一个区域内的机电设备的外部客观条件大致相同，此时获取待测设备的温度，并获取对比设备与待测设备的温度差值（为绝对值），再获取这些温度差值的均值，若这些均值大于预设的阈值，且对比设备的温度的方差小于预设的阈值，则说明对比设备的运行状态接近，但是与待测设备的运行状态差异较大，说明待测设备可能出现异常，需要进行检修。
在本实施例的另一种情况中，若所述温度差值的均值小于第二阈值，且对比设备温度的方差大于第三阈值，异常设备分析单元用于获取所述对比设备的温度均值，提取所述对比设备的温度中与温度均值差距最大的温度值，选取该温度值来源的对比设备，将该对比设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
此时对比设备与待测设备的温度差值的均值小于预设的阈值，说明大部分的对比设备与待测设备的运行状态接近，但是对比设备的温度的方差却大于预设的阈值，说明对比设备中存在与大部分对比设备状态存在差异的机电设备，于是获取温度中与均值差距最大的数值，定义为风险值，则风险值对应的对比设备存在异常状态，需要进行检修。
值得注意的是，所述异常设备分析单元还用于获取仍为正常设备的剩余对比设备温度的方差，若剩余对比设备的方差仍大于第三阈值，则提取剩余对比设备的温度中与温度均值差距最大的温度值，选取该温度值来源的对比设备，将该对比设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
由于对比设备中存在的异常设备可能不止一个，所以在将异常设备排除后，若温度的方差仍然大于第三阈值，则说明仍然存在温度与大部分对比设备差异较大的对比设备，则获取剩余温度中与温度均值差距最大的数值，选取该温度值来源的对比设备，将该对比设备判定为异常设备；对剩余的对比设备继续进行上述操作，直至对比设备温度的方差小于第三阈值。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种高速公路设备控制系统，其特征在于，包括：
数据库，存储有机电设备的基本信息和故障应急时间t3，所述基本信息包括位置信息和工作温度区间[m,n]；
数据获取模块，用于实时获取机电设备的温度T，并生成所述温度T随时间t变化的曲线；
数据匹配模块，用于将所述温度T与所述工作温度区间[m,n]进行比对，若(4m+n)/5≤T≤(m+4n)/5，则判定该机电设备为低风险设备，否则判定该机电设备为高风险设备；
数据优化模块，用于获取所述曲线中当前温度对应点的切线斜率k，根据所述斜率获得温度变化速度值v，并对所述低风险设备进行预判处理：
当k＞0时，则所述低风险设备过热的预警时间t1＝(n-T)/v；
当k＜0时，则所述低风险设备过冷的预警时间t2＝(m-T)/v；
将t1和t2分别与t3进行比对，若t1≤3t3/2或t2≤3t3/2，则将该低风险设备升级为高风险设备，否则仍为低风险设备。
2.根据权利要求1所述的一种高速公路设备控制系统，其特征在于，所述数据优化模块获取所述温度变化速度值的过程为：
建立直角坐标系，以温度和时间分别为纵坐标和横坐标，获取当前温度的坐标(x1，y1)，获取所述曲线上一点(x2，y2)，x1≠x2，y1≠y2，则过点(x1，y1)与点(x2，y2)的直线的斜率k1＝(y2-y1)/(x2-x1)＝Δy/Δx，则当Δx→0时，k1无限趋近于曲线在当前温度的斜率k，获取此时k1的值，则温度变化速度值v＝k1。
3.根据权利要求1所述的一种高速公路设备控制系统，其特征在于，还包括防误判模块，所述防误判模块用于对所述数据优化模块升级的高风险设备进行再次确认，所述再次确认的过程为；
若所述高风险设备当前温度对应点在曲线上的斜率k＞0，则获取该机电设备未来时间段t4内实时温度对应点在曲线上的斜率ki，若斜率ki始终大于0，则仍为高风险设备，否则将该高风险设备降级为低风险设备；
若所述高风险设备当前温度对应点在曲线上的斜率k＜0，则获取该机电设备未来时间段t4内实时温度对应点在曲线上的斜率kj，若斜率kj始终小于0，则仍为高风险设备，否则将该高风险设备降级为低风险设备。
4.根据权利要求1所述的一种高速公路设备控制系统，其特征在于，所述数据库还存储有高速公路地图文件，所述数据匹配模块还包括可视化单元，所述可视化单元用于根据所述位置信息将机电设备标注在所述高速公路地图中，所述低风险设备和高风险设备依次采用第一颜色、第二颜色进行标注。
5.根据权利要求4所述的一种高速公路设备控制系统，其特征在于，所述设备可视化单元还用于将所述机电设备分类为数据采集设备、数据处理设备和信息显示设备，所述数据采集设备、数据处理设备和信息显示设备依次采用第一图标、第二图标和第三图标进行标注。
6.根据权利要求1所述的一种高速公路设备控制系统，其特征在于，所述数据匹配模块包括区域划分单元，所述区域划分单元用于根据机电设备数量将高速公路划分为若干个连续的区域，每个所述区域内的机电设备数量相等，统计每个区域内所述高风险设备占当前区域所有机电设备的比例，获取所述比例超过预设的第一阈值的区域，判定该区域为高风险区域，剩余区域则判定为低风险区域。
7.根据权利要求6所述的一种高速公路设备控制系统，其特征在于，所述数据匹配模块包括异常设备分析单元，所述异常设备分析单元用于获取任一低风险设备作为待测设备，提取所述待测设备的温度，将待测设备所在区域内的其它低风险设备作为对比设备，提取对比设备的温度，并分别获取所述对比设备与待测设备的温度差值，获取所述温度差值的均值，若所述温度差值的均值大于预设的第二阈值，且对比设备温度的方差小于预设的第三阈值，则将待测设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
8.根据权利要求7所述的一种高速公路设备控制系统，其特征在于，若所述温度差值的均值小于第二阈值，且对比设备温度的方差大于第三阈值，异常设备分析单元用于获取所述对比设备的温度均值，提取所述对比设备的温度中与温度均值差距最大的温度值，选取该温度值来源的对比设备，将该对比设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
9.根据权利要求8所述的一种高速公路设备控制系统，其特征在于，所述异常设备分析单元还用于获取仍为正常设备的剩余对比设备温度的方差，若剩余对比设备的方差仍大于第三阈值，则提取剩余对比设备的温度中与温度均值差距最大的温度值，选取该温度值来源的对比设备，将该对比设备判定为异常设备，否则判定为正常设备。
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