一種電力隧道巡檢管控系統的設計與實現
2014-12-26 07:11:00姚灝江冬娜
移動通信 2014年22期
姚灝+江冬娜
【摘 ? ?要】針對電力隧道巡檢對于巡維人員管理控制的需求，提出了一種隧道巡檢管控系統。該系統通過無線網絡技術實現對用戶進行定位與監管，其手持終端利用Android智能手機，基于華為Espace進行二次開發;監控終端采用MySQL數據庫，可以實現圖片上傳、隧道實時監控、簽到簽退、實時通訊、軌跡回放、故障分類及人員管理等服務。
【關鍵詞】電力隧道 ? ?巡檢 ? ?管控
中圖分類號：TN929.5 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1006-1010（2014）-22-0077-05
Design and Implementation of Inspection Control System
for Electric Power Tunnel
YAO Hao， JIANG Dong-na
（Guangzhou Electric Power Design Institute， Guangzhou 510610， China）
[Abstract]Considering the demands on inspector management & control of electric power tunnel， a tunnel inspection control system is proposed in this paper. The system positions and inspects users through wireless network technology. Android smart phone is adopted as handheld terminal which is redeveloped based on HUAWEI Espace. MySQL database is used as monitoring terminal which can implement image upload， tunnel real-time monitoring， sign in and sign out， real-time communications， track playback， fault classification and personnel management， etc.
[Key words]electric power tunnel ? ?inspection ? ?management control
隨著國民經濟和城市建設的飛速發展，城市用電負荷急劇上升，但在城市密集供電區域無法采用傳統的架空線供電方式。為了更有效地利用管廊資源，越來越多的城市輸電線路采用電力隧道的形式敷設高壓電纜。電力隧道建設在地下5～20m的范圍內，且根據施工方法、管線資源的不同，同一隧道的深度、截面均有所不同。因此，在一般條件下，電信運營商的無線信號無法穿透土層進入隧道，而且由于截面不均、走向復雜，一般的對講機等設備使用也受到諸多限制。
由于隧道的巡檢人員在隧道中常常處于與外界隔絕的狀態，無法及時獲取外部信息，也不能及時回傳自己在隧道內的工作發現。而且一旦發生緊急情況，也無法及時通知外界獲取救援。為了使隧道維護工作更加便捷高效，對于巡檢人員的管理更加規范化，有必要開發一套巡檢管理系統用于隧道的日常維護工作。
1 ? 背景概述
現有的電力電纜通道綜合監控系統主要針對隧道內的設備設施、火災報警、安保系統、環境檢測等系統進行綜合的可視化監控管理，同時為電力電纜溫度、電網狀態信息和其余附屬設備預留相關接口接入[1]，而這些監控系統的網絡通道主要采用EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太網無源光網絡）組網方式或工業以太網交換機組網[2]。從這個意義上來說，現有的監控都是后端監控模式，并沒有針對巡檢人員深入隧道后的監控方法。
從現有的電力隧道通信方式而言，主要可采用集群通信;或采用泄漏電纜，引入運營商進行信號覆蓋;或采用有線方式，組成應急通信系統。集群通信由網絡基礎設施和移動臺組成，可進行隧道內與調度臺的語音對講，但帶寬小，主流的TETRA數字集群單載頻4時隙最高可支持28.8kbps[3];泄漏電纜造價比較昂貴且工程施工量大，后期維護較難[4];而采用有線方式組成的應急通信系統則為固定點使用，不能移動。
2 ? 業務需求分析
2.1 ?現狀調查
截至2013年5月，廣州地區已建成投產的電纜隧道工程主要有泮塘電力隧道、珠江新城電纜隧道麒麟電力隧道等工程，規模約19.8km。2020年廣州市中心城區電力地下廊道建設項目總長為93.61km，遠期整個電纜隧道網總長296km，其中新建主干隧道長度約為178km。而到目前為止，并未形成統一的電力隧道內通信建設方案。
目前主要的方法是采用有線通信的方式，使用隧道工作井處的交換機，放置IP電話。但隨著隧道規模越來越大，這種固定點通信的方式無法適應巡檢維護的需要。
2.2 ?業務分析
隧道巡檢人員進入隧道進行巡維工作，主要目的是在于對電纜本體、附屬設施及風水電等監控器材進行巡視和維護，并對發現的故障及時上報和處置。因此，其一般的業務需要如下：
（1）音視頻通話：提供基于內網的音視頻通訊功能，同時實現能與外部公網進行語音呼叫。
（2）故障記錄上傳：拍攝故障點并進行問題描述，且將圖片和說明文字上傳至管理中心。endprint
（3）消息接收：接收管理中心發送的文字指令、處置方案等。
（4）定位功能：將巡檢人員在隧道中的位置信息上傳監控服務端。
3 ? 系統設計
3.1 ?網絡拓撲結構
網絡拓撲結構圖如圖1所示。
本系統終端通過Wi-Fi連接無線網絡，登陸后實時將數據上傳到管理監控服務器中進行處理，管理監控服務器再根據協議判斷是通知管理監控端或是入庫，從而對數據庫服務器或管理監控端進行相應操作，管理監控端直接訪問管理監控服務器來監視終端情況;整個系統部署于同一局域網內。
音視頻通話功能利用IP-PBX（IP Private Branch eXchange，IP用戶級交換機）系統實現。
3.2 ?隧道內的無線覆蓋方案
隧道內采用Wi-Fi覆蓋方式。而根據隧道的實際情況、巡檢需求等，可以將覆蓋方式分為胖AP（非集中控制型AP）和瘦AP（集中控制型AP）布置。這2種方式區別如下[5]：
（1）胖AP（非集中控制型AP）：具備一定的認證、被網管等功能的AP，不需要無線控制器即可接入網絡。其優點是組網部署簡單快速，造價較低;缺點是不能集中管理，不支持無縫漫游。
（2）瘦AP（集中控制型AP）：僅提供Wi-Fi無線接入、無其它任何功能的AP。其優點是能集中管理，支持無縫漫游;缺點是需配合AC（Access Controller，無線控制器）接入網絡，適用于用戶規模大、AP配置多、需大規模連續覆蓋、有漫游切換需求的場所，造價較高。
3.3 ?軟件系統的設計
本軟件系統分為語音通訊模塊、管理監控模塊和終端3部分，如圖2所示：
圖2 ? ?軟件系統圖
具體描述如下：
◆語音通訊模塊：實現與內網的音視頻通訊、與外網的語音通訊功能;
◆管理監控模塊：主要實現終端數據的接收、存儲、定位監控、消息推送等功能;
◆終端：實現位置上傳、語音通訊、照片上傳、消息查看功能。
（1）電力隧道巡檢管控系統軟件開發
本系統界面主要包含移動終端和監控端2部分。具體描述如下：
◆移動終端
移動終端登錄后，其主界面如圖3所示。
登錄采用簡單的賬戶輸入框、密碼輸入框加驗證碼輸入框組合進行登錄;登錄后在簽到/簽退處，進入主功能界面的二維碼掃描操作界面，完成巡檢登入/登出記錄。
“我的位置”可供巡檢人員了解自己所處與地面的相對位置;“拍照上傳”功能主要用于拍攝隧道情況并進行分類、文字描述等上傳至監控終端;“設置”功能用于進行客戶端的一般性配置。
◆監控端
監控端以Web形式展示，登錄后其布局如圖4所示。
監控端主要包括人員管理、故障分類、隧道地圖、歷史軌跡、巡檢記錄和隧道圖片等功能。
監控端可查看人員的實時位置，也可以查看人員過往某一時間段在隧道內的活動軌跡回放;監控端可接收巡檢人員發回的隧道情況實時記錄，也可以查看某一時間段的故障或故障分類，并作出統計;監控端可與巡檢人員進行音視頻通話，或者直接發送文字化的工作指令至巡檢人員的手持終端。
（2）數據結構設計
數據及時備份功能是在系統出現故障后可以及時恢復，把因系統故障造成的損失降到最小。可采用雙機熱備份，一臺機器出現故障可自動切換到備份機器上，不影響系統的正常運行。
數據表主要包括如下信息：
◆用戶信息表：存儲用戶基本信息，包括賬號、密碼、姓名、手機號碼等;
◆用戶分組表：存儲用戶分組信息;
◆操作描述表：用于定義操作的標示、說明及參數等;
◆用戶日志表：記錄用戶所做的所有操作;
◆用戶日志備份：為提高性能會定時將用戶日志表中數據轉存于此。
4 ? 測試結果
本項目在廣州電網珠江新城隧道中搭建了試驗網絡進行實地測試。該隧道長約1.2km，截面直徑約為2.3m*2.3m，測試相關情況如表1所示：
表1 ? ?測試情況
測試要素 說明
部署AP數量 24臺室外型AP
AP發射功率 500mW（2.4G Wi-Fi）
AP天線類型 全向天線
終端數量 4臺
終端型號 華為P6、三星S4、索尼Z1、
三星N5100（平板電腦）
測得終端平均接入網絡時間 2.2s
測得終端平均定位時間 3.4s
其他主要功能測試如下：
（1）圖片回傳及分類
圖片回傳監控終端界面如圖5所示。
（2）語音通話
可實現手持終端與監控終端、手持終端之間的音視頻通話。由于設備受限，手持終端與公網用戶通話未測試。
（3）消息傳遞
可實現手持終端與監控終端、手持終端之間的文字消息傳遞。
（4）軌跡回放
可以選擇特定時間段、監控人進行軌跡回放?；胤挪捎么螯c方式記錄，間隔時間可自行設置調整。
5 ? 結語
本文所提出的電力隧道管控系統主要針對巡檢人員在隧道內的活動進行管理，有利于發現問題并及時處理，可提升隧道運維的安全性和高效性。但該系統還有部分功能需進一步完善，如隧道地圖導入、歷史軌跡回放等，以期達到運行部門精細化管控的要求。
參考文獻：
[1] 胡松軍，朱琦鋒，秦歡. 電力電纜隧道綜合監控系統的應用[J]. 特種結構， 2009，26（6）： 104-106.
[2] 劉穎，賀紹鵬，郭小凱. 電力隧道視頻及環境監控系統的網絡結構方案之比較[J]. 機電信息， 2013（9）： 153-154.
[3] 郭強. TETRA數字集群數據傳輸設備的工業應用[J]. 移動通信， 2011（6）： 59-62.
[4] 杜世平，劉偉，戴波，等. 公路、鐵路隧道覆蓋解決方案研究[J]. 通信與信息技術， 2012（2）： 65-69.
[5] 李先權. WiFi網絡構建與應用研究[D]. 廣州： 華南理工大學， 2012.endprint
（3）消息接收：接收管理中心發送的文字指令、處置方案等。
（4）定位功能：將巡檢人員在隧道中的位置信息上傳監控服務端。
3 ? 系統設計
3.1 ?網絡拓撲結構
網絡拓撲結構圖如圖1所示。
本系統終端通過Wi-Fi連接無線網絡，登陸后實時將數據上傳到管理監控服務器中進行處理，管理監控服務器再根據協議判斷是通知管理監控端或是入庫，從而對數據庫服務器或管理監控端進行相應操作，管理監控端直接訪問管理監控服務器來監視終端情況;整個系統部署于同一局域網內。
音視頻通話功能利用IP-PBX（IP Private Branch eXchange，IP用戶級交換機）系統實現。
3.2 ?隧道內的無線覆蓋方案
隧道內采用Wi-Fi覆蓋方式。而根據隧道的實際情況、巡檢需求等，可以將覆蓋方式分為胖AP（非集中控制型AP）和瘦AP（集中控制型AP）布置。這2種方式區別如下[5]：
（1）胖AP（非集中控制型AP）：具備一定的認證、被網管等功能的AP，不需要無線控制器即可接入網絡。其優點是組網部署簡單快速，造價較低;缺點是不能集中管理，不支持無縫漫游。
（2）瘦AP（集中控制型AP）：僅提供Wi-Fi無線接入、無其它任何功能的AP。其優點是能集中管理，支持無縫漫游;缺點是需配合AC（Access Controller，無線控制器）接入網絡，適用于用戶規模大、AP配置多、需大規模連續覆蓋、有漫游切換需求的場所，造價較高。
3.3 ?軟件系統的設計
本軟件系統分為語音通訊模塊、管理監控模塊和終端3部分，如圖2所示：
圖2 ? ?軟件系統圖
具體描述如下：
◆語音通訊模塊：實現與內網的音視頻通訊、與外網的語音通訊功能;
◆管理監控模塊：主要實現終端數據的接收、存儲、定位監控、消息推送等功能;
◆終端：實現位置上傳、語音通訊、照片上傳、消息查看功能。
（1）電力隧道巡檢管控系統軟件開發
本系統界面主要包含移動終端和監控端2部分。具體描述如下：
◆移動終端
移動終端登錄后，其主界面如圖3所示。
登錄采用簡單的賬戶輸入框、密碼輸入框加驗證碼輸入框組合進行登錄;登錄后在簽到/簽退處，進入主功能界面的二維碼掃描操作界面，完成巡檢登入/登出記錄。
“我的位置”可供巡檢人員了解自己所處與地面的相對位置;“拍照上傳”功能主要用于拍攝隧道情況并進行分類、文字描述等上傳至監控終端;“設置”功能用于進行客戶端的一般性配置。
◆監控端
監控端以Web形式展示，登錄后其布局如圖4所示。
監控端主要包括人員管理、故障分類、隧道地圖、歷史軌跡、巡檢記錄和隧道圖片等功能。
監控端可查看人員的實時位置，也可以查看人員過往某一時間段在隧道內的活動軌跡回放;監控端可接收巡檢人員發回的隧道情況實時記錄，也可以查看某一時間段的故障或故障分類，并作出統計;監控端可與巡檢人員進行音視頻通話，或者直接發送文字化的工作指令至巡檢人員的手持終端。
（2）數據結構設計
數據及時備份功能是在系統出現故障后可以及時恢復，把因系統故障造成的損失降到最小。可采用雙機熱備份，一臺機器出現故障可自動切換到備份機器上，不影響系統的正常運行。
數據表主要包括如下信息：
◆用戶信息表：存儲用戶基本信息，包括賬號、密碼、姓名、手機號碼等;
◆用戶分組表：存儲用戶分組信息;
◆操作描述表：用于定義操作的標示、說明及參數等;
◆用戶日志表：記錄用戶所做的所有操作;
◆用戶日志備份：為提高性能會定時將用戶日志表中數據轉存于此。
4 ? 測試結果
本項目在廣州電網珠江新城隧道中搭建了試驗網絡進行實地測試。該隧道長約1.2km，截面直徑約為2.3m*2.3m，測試相關情況如表1所示：
表1 ? ?測試情況
測試要素 說明
部署AP數量 24臺室外型AP
AP發射功率 500mW（2.4G Wi-Fi）
AP天線類型 全向天線
終端數量 4臺
終端型號 華為P6、三星S4、索尼Z1、
三星N5100（平板電腦）
測得終端平均接入網絡時間 2.2s
測得終端平均定位時間 3.4s
其他主要功能測試如下：
（1）圖片回傳及分類
圖片回傳監控終端界面如圖5所示。
（2）語音通話
可實現手持終端與監控終端、手持終端之間的音視頻通話。由于設備受限，手持終端與公網用戶通話未測試。
（3）消息傳遞
可實現手持終端與監控終端、手持終端之間的文字消息傳遞。
（4）軌跡回放
可以選擇特定時間段、監控人進行軌跡回放?；胤挪捎么螯c方式記錄，間隔時間可自行設置調整。
5 ? 結語
本文所提出的電力隧道管控系統主要針對巡檢人員在隧道內的活動進行管理，有利于發現問題并及時處理，可提升隧道運維的安全性和高效性。但該系統還有部分功能需進一步完善，如隧道地圖導入、歷史軌跡回放等，以期達到運行部門精細化管控的要求。
參考文獻：
[1] 胡松軍，朱琦鋒，秦歡. 電力電纜隧道綜合監控系統的應用[J]. 特種結構， 2009，26（6）： 104-106.
[2] 劉穎，賀紹鵬，郭小凱. 電力隧道視頻及環境監控系統的網絡結構方案之比較[J]. 機電信息， 2013（9）： 153-154.
[3] 郭強. TETRA數字集群數據傳輸設備的工業應用[J]. 移動通信， 2011（6）： 59-62.
[4] 杜世平，劉偉，戴波，等. 公路、鐵路隧道覆蓋解決方案研究[J]. 通信與信息技術， 2012（2）： 65-69.
[5] 李先權. WiFi網絡構建與應用研究[D]. 廣州： 華南理工大學， 2012.endprint
（3）消息接收：接收管理中心發送的文字指令、處置方案等。
（4）定位功能：將巡檢人員在隧道中的位置信息上傳監控服務端。
3 ? 系統設計
3.1 ?網絡拓撲結構
網絡拓撲結構圖如圖1所示。
本系統終端通過Wi-Fi連接無線網絡，登陸后實時將數據上傳到管理監控服務器中進行處理，管理監控服務器再根據協議判斷是通知管理監控端或是入庫，從而對數據庫服務器或管理監控端進行相應操作，管理監控端直接訪問管理監控服務器來監視終端情況;整個系統部署于同一局域網內。
音視頻通話功能利用IP-PBX（IP Private Branch eXchange，IP用戶級交換機）系統實現。
3.2 ?隧道內的無線覆蓋方案
隧道內采用Wi-Fi覆蓋方式。而根據隧道的實際情況、巡檢需求等，可以將覆蓋方式分為胖AP（非集中控制型AP）和瘦AP（集中控制型AP）布置。這2種方式區別如下[5]：
（1）胖AP（非集中控制型AP）：具備一定的認證、被網管等功能的AP，不需要無線控制器即可接入網絡。其優點是組網部署簡單快速，造價較低;缺點是不能集中管理，不支持無縫漫游。
（2）瘦AP（集中控制型AP）：僅提供Wi-Fi無線接入、無其它任何功能的AP。其優點是能集中管理，支持無縫漫游;缺點是需配合AC（Access Controller，無線控制器）接入網絡，適用于用戶規模大、AP配置多、需大規模連續覆蓋、有漫游切換需求的場所，造價較高。
3.3 ?軟件系統的設計
本軟件系統分為語音通訊模塊、管理監控模塊和終端3部分，如圖2所示：
圖2 ? ?軟件系統圖
具體描述如下：
◆語音通訊模塊：實現與內網的音視頻通訊、與外網的語音通訊功能;
◆管理監控模塊：主要實現終端數據的接收、存儲、定位監控、消息推送等功能;
◆終端：實現位置上傳、語音通訊、照片上傳、消息查看功能。
（1）電力隧道巡檢管控系統軟件開發
本系統界面主要包含移動終端和監控端2部分。具體描述如下：
◆移動終端
移動終端登錄后，其主界面如圖3所示。
登錄采用簡單的賬戶輸入框、密碼輸入框加驗證碼輸入框組合進行登錄;登錄后在簽到/簽退處，進入主功能界面的二維碼掃描操作界面，完成巡檢登入/登出記錄。
“我的位置”可供巡檢人員了解自己所處與地面的相對位置;“拍照上傳”功能主要用于拍攝隧道情況并進行分類、文字描述等上傳至監控終端;“設置”功能用于進行客戶端的一般性配置。
◆監控端
監控端以Web形式展示，登錄后其布局如圖4所示。
監控端主要包括人員管理、故障分類、隧道地圖、歷史軌跡、巡檢記錄和隧道圖片等功能。
監控端可查看人員的實時位置，也可以查看人員過往某一時間段在隧道內的活動軌跡回放;監控端可接收巡檢人員發回的隧道情況實時記錄，也可以查看某一時間段的故障或故障分類，并作出統計;監控端可與巡檢人員進行音視頻通話，或者直接發送文字化的工作指令至巡檢人員的手持終端。
（2）數據結構設計
數據及時備份功能是在系統出現故障后可以及時恢復，把因系統故障造成的損失降到最小。可采用雙機熱備份，一臺機器出現故障可自動切換到備份機器上，不影響系統的正常運行。
數據表主要包括如下信息：
◆用戶信息表：存儲用戶基本信息，包括賬號、密碼、姓名、手機號碼等;
◆用戶分組表：存儲用戶分組信息;
◆操作描述表：用于定義操作的標示、說明及參數等;
◆用戶日志表：記錄用戶所做的所有操作;
◆用戶日志備份：為提高性能會定時將用戶日志表中數據轉存于此。
4 ? 測試結果
本項目在廣州電網珠江新城隧道中搭建了試驗網絡進行實地測試。該隧道長約1.2km，截面直徑約為2.3m*2.3m，測試相關情況如表1所示：
表1 ? ?測試情況
測試要素 說明
部署AP數量 24臺室外型AP
AP發射功率 500mW（2.4G Wi-Fi）
AP天線類型 全向天線
終端數量 4臺
終端型號 華為P6、三星S4、索尼Z1、
三星N5100（平板電腦）
測得終端平均接入網絡時間 2.2s
測得終端平均定位時間 3.4s
其他主要功能測試如下：
（1）圖片回傳及分類
圖片回傳監控終端界面如圖5所示。
（2）語音通話
可實現手持終端與監控終端、手持終端之間的音視頻通話。由于設備受限，手持終端與公網用戶通話未測試。
（3）消息傳遞
可實現手持終端與監控終端、手持終端之間的文字消息傳遞。
（4）軌跡回放
可以選擇特定時間段、監控人進行軌跡回放?；胤挪捎么螯c方式記錄，間隔時間可自行設置調整。
5 ? 結語
本文所提出的電力隧道管控系統主要針對巡檢人員在隧道內的活動進行管理，有利于發現問題并及時處理，可提升隧道運維的安全性和高效性。但該系統還有部分功能需進一步完善，如隧道地圖導入、歷史軌跡回放等，以期達到運行部門精細化管控的要求。
參考文獻：
[1] 胡松軍，朱琦鋒，秦歡. 電力電纜隧道綜合監控系統的應用[J]. 特種結構， 2009，26（6）： 104-106.
[2] 劉穎，賀紹鵬，郭小凱. 電力隧道視頻及環境監控系統的網絡結構方案之比較[J]. 機電信息， 2013（9）： 153-154.
[3] 郭強. TETRA數字集群數據傳輸設備的工業應用[J]. 移動通信， 2011（6）： 59-62.
[4] 杜世平，劉偉，戴波，等. 公路、鐵路隧道覆蓋解決方案研究[J]. 通信與信息技術， 2012（2）： 65-69.
[5] 李先權. WiFi網絡構建與應用研究[D]. 廣州： 華南理工大學， 2012.endprint
