地下電纜綜合管理及移動應用關鍵技術研究

魏永, 劉發年, 陳佳, 章兵

(國網信通產業集團公司 安徽繼遠軟件有限公司， 合肥 230088)

0 引言

隨著國家電網公司設備(資產)運維精益管理系統(以下簡稱PMS2.0)的推廣建設和營配調數據治理的工作開展，針對現有地下電纜反復開挖路面、架空線網密集、管線事故頻發等問題，提出信息化管理要求，以便及時完成城市地下管線普查、城市地下老舊管網改造、綜合管理信息系統建設，力爭建成較為完善的城市地下電纜采集與管理體系。但基于人工的傳統地下電纜采集與信息管理，存在采集效率低、準確性較低、管理成本高等諸多弊端，很難適應日益增長的地下電纜信息化管理需要[1-3]。因此，如何利用高效手段進行地下電纜數據采集和信息化管理是目前亟待解決的問題。

在采集方面，現有的采集方式大多采用人工與移動終端結合的方式[4]，由于地下電纜所處工況復雜多變，歷史數據缺失，人工采集經常出現采集對象無法核對，采集人員技能參差不齊等情況，采集成果的質量取決于一線作業人員的采集水平。在采用移動作業終端進行信息采集的過程中，很難打通與現有業務系統的數據通道，導致采集成果無法對現有業務系統進行有效的支撐，操作過于復雜，加重對一線作業人員的負擔[5]。電力企業主要通過PMS2.0以及各類信息化管理系統實現對現有地下電纜的綜合管理[6]，以大規模集群的方式部署于電力公司內網，管理流程復雜，缺乏有效的專題圖形支持，無法實現與一線作業人員的聯動，對運維工作帶來極大的挑戰。現有的采集與信息化管理系統已無法滿足日益復雜的地下電纜采集與管理需求。

本文根據文獻研究成果，設計并實現了基于智能移動終端和GIS平臺的地下電纜綜合管理及移動應用系統，該系統將移動技術和電網GIS技術相融合，通過移動終端自帶信息讀取模塊，實時獲取待采電纜相關信息，并結合GIS技術對地下電纜信息進行智能化管理。通過地下電纜綜合管理及移動應用研究，建立規范化的地下電纜數據采集標準與流程，以圖形資源為核心，實現地下電纜及其管道設施的“圖數一體化”采集，達到“源端維一、共維共享”的數據管理目標；以貫穿地下電纜規劃設計、輔助工程建設、運行監測、運維檢修等環節的全過程閉環管理為主線，實現地下電纜管理自動化、業務流程互動化，為地下一線管理人員提供決策支持，全面支撐地下電纜及管道移動業務的開展。

1 研究目的與意義

本課題通過透析國家電網公司的地下電纜采集與信息化管理趨勢，本課題以地下電纜高效化采集與精益化管理為研究對象，通過分析國家電網公司地下電纜采集和管理趨勢，探索智能終端采集，精益化管理模式，以移動采集、數據貫通、專題管理為切入點，提升采集效率，優化管理水平，改善用戶體驗，推進地下電纜采集高效化和管理精益化，具體目標如下：

1) 規范作業流程：制定地下電纜采集規范與標準，規范地下電纜移動終端操作流程。

2) 統一數據模型：統一地下電纜、管道、附屬設施數據模型，建立全息數據庫。

3) 提升采集效率：基于智能移動作業終端，融合物聯網等技術，提升移動采集效率。

4) 優化專題圖形：利用移動作業終端，實現各類專題圖形的自動成圖。

5) 貫通數據流程：打通與現有業務系統數據集成通道，實現數據橫向融合，縱向貫通。

6) 提升管理水平：基于基礎數據，提升地下電纜生產、檢修、狀態評價等方向上的管理水平，提升地下電纜安全性和業務可靠性。

2 地下電纜綜合管理及移動應用關鍵技術研究

2.1 地下電纜采集與管理現狀分析

通過研究分析國內外企業運維特點和新技術發展與應用趨勢，發現企業信息系統運維業務均強調了集約化、扁平化、資源配置管理及自動化管理的發展目標，而集約化、扁平化、自動化管理的實現基礎往往離不開信息系統軟硬件的高度集中，本次調研工作就集中部署及分散式運維的差異性進行了全面的分析，梳理出集中式部署信息系統運維工作存在以下幾個方面的問題與不足：

通過研究分析國內外電力企業運地下電纜采集與信息化管理趨勢，發現電力企業采集管理業務均強調了現場化、高效化、自動化及集成化的發展目標，而現場化、高效化、自動化管理的實現必然涉及到移動互聯以及專業化管理平臺的建設，本次需求調研工作就地下電纜移動采集與綜合管理的現狀進行了全面的分析，梳理出現階段地下電纜采集與管理工作存在以下幾個方面的問題與不足：

1) 沒有建立強大的管道(孔)與電纜一體化拓撲關系，不能體現電力管道內部資源占用情況，同時系統與電力管道設備運行狀態評價工作脫離，無法根據資源使用及設備健康水平有效指導地下電纜路徑優化。

2) 平臺展示設備均為投運設備，規劃建設及建設過程中的管道設備無法體現，缺少專題圖形展示規劃建設或在建電力管道圖形信息，不能有效指導地下管網整體規劃。

3) 現有功能缺乏對地下電纜及管道綜合查詢、高級分析、各類專題圖(斷面占用、風險管控等)的有效支撐。

4) 電力管道設備數據通過平面進行展示，主要體現在圖形數據采用傳統的CAD制圖，無法對地下管線與熱力、水務、煤氣等市政管網進行三維效果的展示，不能有效防止破挖的事故發生。

為了解決上述問題，必須對所有地下電纜資源進行統一規劃、統一標識和標準化數據采集，使得地下電纜臺帳數據與現場實際情況相符，同時要統一地下電纜精益化管理模式，能夠提供電纜地面軌跡走向、電纜中間頭、電纜盤余、電纜井、以及管道資源本體及附屬設施、其他輔助設備的相關信息，使地下電纜資源真正實現精益化管理，同時需要健全數據異動維護管理機制，為地下電纜精益化管理可持續性發展做好強有力的保障。

2.2 地下電纜采集與管理發展趨勢研究

隨著城市電纜化率的不斷提升，在地下電纜信息化建設初期，采集作業主要以人工采集為主，輔以各類定位，測量設備，管理的數據也大多采用紙質文檔進行收集；信息化建設中期，電力企業多采用移動作業工具進行采集，側重于提高采集工作效率，各類采集信息轉向由CAD等專業工具處理后的文檔、圖像等。信息化建設完成后，電力企業多采用智能移動終端、集成圖像采集、 身份認證、影像處理等種功能模塊，對人員、資源、規范、流程進行統籌管理與分配，形成地下電纜數據采集標準體系，促進數據采集自動化、智能化。同期，電力企業的地下電纜信息化管理也形成了專業化的管理系統，PMS2.0等一批業務管理系統逐漸走向標準化、集成化，通過這些業務系統，提供電纜地面軌跡走向、電纜中間頭、電纜盤余、電纜井、以及管道資源本體及附屬設施、其他輔助設備的相關信息，使地下電纜資源真正實現精益化管理，同時健全數據異動維護管理機制，為地下電纜精益化管理可持續性發展做好強有力的保障，具體體現在以下幾個方面：

1) 終端化采集

為了確保地下電纜現場采集能夠適應不同的工況，電力企業在現階段的采集工程中充分利用了移動終端、電子標簽、北斗定位等新技術，根據采集對象定制移動作業終端。

2) 自動化建模

通過移動作業終端完成各類專題圖形的自動成像，針對采集后的進行校核驗證，實現采集數據的自動建模。

3) 數據集成化

電力企業通過電力移動專網打通移動作業終端與信息內網各類業務系統的數據交互，將自建建模成果實時反饋到業務系統中，實現采集數據橫向融合，縱向貫通。

4) 管理平臺化

電力企業的地下電纜信息化管理基本通過建立各類地下電纜專業化管理平臺進行管理，通過管理平臺實現統計分析、在線監測、運維檢修各類專業的統籌管控。

2.3 地下電纜綜合管理及移動應用模型

未來，電纜綜合管理及移動應用模型是地下電纜一體化采集與管理的新模式。通過對電力公司地下電纜及其管道數據采集、綜合管理、滾動維護需求研究，建立地下電纜及其管道標準化采集流程與體系，統一電纜設備編碼命名規范、數據標準、圖形標準、電力電纜通道資源普查標準。結合地下電纜及其管道信息化管理方法，完成地下電纜綜合管理移動應用模型的建立，通過理論和實際相結合，深化與電網GIS平臺之間的集成，完成地下電纜及其管道綜合管理系統的功能開發，重點實現地下電纜及其管道的數據采集、專題圖管理、輔助工程建設、運維檢修、運行監測等功能模塊，完成模型試點應用。

1) 數據采集

采用安全可信移動作業終端，結合GPS(全球衛星定位系統)、GIS(地理信息系統)、GPRS(無線數據傳輸技術)、物聯網信息采集等多種技術，完成地下電纜移動數據采集工具，為用戶提供移動高效采集服務。

2) 專題圖管理

基于移動作業終端，利用圖像識別以及邊緣計算方式，針對現場識別的地下電纜、通道以及各類附屬設施建立各類專題應用圖形，為地下電纜管理部門提供各類數據支撐。

3) 輔助工程建設

提供基礎地下電纜走向外，為市政等基礎設施建設部門提供施工依據，減少外力破壞帶來的事故損失，同時針對地下電纜敷設提供剩余管孔分析，輔助工程建設。

4) 運維檢修

為一線運維檢修人員提供第一手的地下電纜數據，自動生成最佳檢修路線，通過移動終端實現整個運維檢修過程的綜合管控，保障運維檢修作業質量。

5) 運行監測

集成現有地下電纜在線監測裝置，第一時間獲取地下電纜故障報警數據，指導運維檢修人員進行及時搶修。

3 創新與技術難點

標準化流程化管理：制定一套高效地下電纜采集規范與標準，規范地下電纜探測技術與地下電纜探測儀器操作流程，在探測經度與深度上實現提升，同時探索通過移動終端將探測信息進行實時存儲，根本上解決了地下電纜臺賬不清、查找不便、影響搶修效率的問題，為實現地下電纜信息化、專業化、精細化管理奠定了基礎。

專題圖形精細化設計：充分調研一線人員地下電纜管理需求，在設計電纜及其管道專題圖形展示時，采用靈活的剖面圖建模功能，支持埋設單雙剖面維護方式；實現電纜井、隧道、管溝、穿越管等各種工況類型的專題圖展示；實現管孔信息的自動化標注功能；實現管井照片上傳、查看和結構化存儲功能。

可復用規則集成接口設計：從數據整體關聯性的角度整合系統現有資源，實現電纜地面走向圖、電纜走廊分析、電纜路徑規劃分析、管道專題圖等功能，并充分調研現有PMS2.0、GIS以及ERP系統中對于電纜及其管道的數據管理需求，設計數據安全、系統安全專項方案，通過幾口實現與其他業務系統的數據集成，實現地下電纜及其管道全息數據的重復利用。

4 總結

本課題基于電力企業地下電纜綜合管理及移動應用需求，研究國內外先進的地下電纜采集以及管理發展趨勢，結合電力企業地下電纜采集管理現狀，打通各類業務系統數據通道，改變以往人工、低效、單一的采集與管理模式，研究各類地下電纜采集與管理差異性分析，提出地下電纜綜合管理及移動應用模型，實現地下電纜高效化采集與精益化管理的要求。