國(guó)網(wǎng)吉林電力基建電力物聯(lián)網(wǎng)研究與實(shí)踐

趙振喜 李洪豐 侯 偉 李 興 屈國(guó)際 肖洪波

(1. 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司 長(zhǎng)春 130022； 2. 國(guó)網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司 北京 102211； 3. 北京國(guó)電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司 北京 100089； 4. 觸景無限科技(北京)有限公司 北京 100081)

1 引言

伴隨著“大、云、物、移、智”現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，智能巡檢、智能抄表、智能調(diào)控、智能倉(cāng)庫(kù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，已在電力系統(tǒng)設(shè)備管理、用電營(yíng)銷、電力調(diào)度、物資倉(cāng)儲(chǔ)等方面得到了廣泛應(yīng)用。電力基建因其參建人員、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、機(jī)構(gòu)組織的臨時(shí)性、流動(dòng)性，裝備資產(chǎn)權(quán)屬多樣性、復(fù)雜性等因素，現(xiàn)代信息技術(shù)在本專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用和落地嚴(yán)重滯后。建設(shè)項(xiàng)目管理手段仍處在人工、就地的原始水平，專業(yè)工作管理效率、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率低下。面對(duì)《中國(guó)制造2025》、“新基建”等信息化基礎(chǔ)設(shè)施大建設(shè)、大發(fā)展的浪潮，國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司著力補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)、固根基，按照精益化管理、高質(zhì)量發(fā)展的總體要求，積極推動(dòng)基建專業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，組織開展“感知世界、賦能現(xiàn)場(chǎng)”，建立以自我管理、自覺執(zhí)行、自主作業(yè)的新型工程管理模式為目標(biāo)的施工現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究和實(shí)踐。

本文探討的主要內(nèi)容是電力物聯(lián)網(wǎng)在電力基建領(lǐng)域下的應(yīng)用。電力基建多是復(fù)雜、分散，施工環(huán)境比較惡劣的工程項(xiàng)目，而且項(xiàng)目影響非常廣泛，對(duì)工程質(zhì)量的要求是非常高的。在傳統(tǒng)模式下，耗費(fèi)了大量的管理和運(yùn)營(yíng)成本。因此，新技術(shù)在這個(gè)領(lǐng)域得到充分應(yīng)用十分具有現(xiàn)實(shí)意義和商業(yè)價(jià)值。

2 物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展。互聯(lián)網(wǎng)將世界各地大部分的計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備連接起來，而物聯(lián)網(wǎng)則更進(jìn)一步，目標(biāo)是“萬物互聯(lián)”[1]，即將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通[2]。

物聯(lián)網(wǎng)形式多樣、技術(shù)復(fù)雜、牽涉面廣，通常分成應(yīng)用層、平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層四層架構(gòu)[3]。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，是聯(lián)系物理世界與信息世界的基礎(chǔ)條件。

國(guó)家電網(wǎng)公司物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的典型架構(gòu)如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型架構(gòu)設(shè)計(jì)

3 電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

結(jié)合國(guó)網(wǎng)公司物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃要求和電力工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)施施工現(xiàn)場(chǎng)智慧物聯(lián)系統(tǒng)建設(shè)。圍繞感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層，自下而上開展全過程物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究與實(shí)踐，以技術(shù)變革推動(dòng)專業(yè)管理流程優(yōu)化和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)精益化管理，減負(fù)基層、賦能一線，促進(jìn)電網(wǎng)工程建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展[4]。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)智慧物聯(lián)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

施工現(xiàn)場(chǎng)智慧物聯(lián)系統(tǒng)在整體功能設(shè)計(jì)上劃分為感知數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用和綜合分析展現(xiàn)3個(gè)層級(jí)。感知數(shù)據(jù)采集部分已經(jīng)完成了包括人員穿戴類、視頻監(jiān)控類、實(shí)測(cè)實(shí)量類、設(shè)備監(jiān)測(cè)類、環(huán)境監(jiān)測(cè)類共計(jì)5大類21種類型的感知設(shè)備接入[5]。通過感知數(shù)據(jù)與基建專業(yè)的規(guī)程規(guī)范相結(jié)合，研發(fā)了安全、質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和造價(jià)管理相關(guān)的管理應(yīng)用。系統(tǒng)開發(fā)了4類綜合展現(xiàn)首頁(yè)面，滿足省公司、建管單位和項(xiàng)目部不同角色登錄系統(tǒng)的綜合統(tǒng)計(jì)分析和導(dǎo)航需求。

系統(tǒng)建設(shè)的核心目標(biāo)是服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)管理，實(shí)現(xiàn)基層減負(fù)和專業(yè)賦能，因此系統(tǒng)建設(shè)將滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求作為優(yōu)先建設(shè)的內(nèi)容，系統(tǒng)功能也是以APP操作為主、PC端操作為輔的理念設(shè)計(jì)開發(fā)，這樣更加符合基建現(xiàn)場(chǎng)人員的使用和操作習(xí)慣，讓現(xiàn)場(chǎng)人員通過手機(jī)就可以完成80%業(yè)務(wù)的辦理和所有相關(guān)數(shù)據(jù)和技術(shù)資料的查詢[6]。

系統(tǒng)部署架構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)采用外網(wǎng)部署應(yīng)用服務(wù)滿足外網(wǎng)PC端和APP端業(yè)務(wù)應(yīng)用，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于內(nèi)網(wǎng)[7]。固定安裝類型的感知設(shè)備通過智能接入終端統(tǒng)一接入并上傳到省公司管理平臺(tái)，并同步向物聯(lián)管理平臺(tái)提供感知數(shù)據(jù)。對(duì)于測(cè)量?jī)x器設(shè)備則通過APP藍(lán)牙連接實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和業(yè)務(wù)融合應(yīng)用。

圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)智慧物聯(lián)系統(tǒng)部署架構(gòu)

4 專項(xiàng)課題研究與實(shí)踐

作為以感知層建設(shè)為核心的專業(yè)系統(tǒng)，施工現(xiàn)場(chǎng)智慧物聯(lián)系統(tǒng)在氣象環(huán)境傳感器、沉降傳感器、氣體傳感器、紅外溫度傳感器、RFID標(biāo)簽、高清視頻監(jiān)控、衛(wèi)星定位等感知層技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合全省自然、地理環(huán)境和基建專業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景需求，重點(diǎn)開展了接入網(wǎng)技術(shù)、智能接入裝置、專業(yè)終端設(shè)備、特種傳感器、電力測(cè)繪APP等感知層技術(shù)課題攻關(guān)，并對(duì)弱人工智能、物聯(lián)數(shù)據(jù)分析等信息處理技術(shù)開展了應(yīng)用嘗試。選擇220 kV洋浦輸變電工程和500 kV敦化抽水蓄能變電站送出工程進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)的業(yè)務(wù)拓展和推廣實(shí)施奠定了基礎(chǔ)條件。

4.1 接入網(wǎng)技術(shù)

基建現(xiàn)場(chǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景通常都是“不友好”的，大量智能傳感器的部署離不開無線網(wǎng)接入技術(shù)，尤其線路工程點(diǎn)多、面廣、流動(dòng)性強(qiáng)，經(jīng)常在高山密林、地廣人稀等自然和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及其惡劣的條件下實(shí)施野外作業(yè)，數(shù)據(jù)的接入和傳輸“初始一公里”問題，始終制約著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用，成為基建物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用的短板[8]。

接入網(wǎng)的研究是基建物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中毋庸置疑的首選課題。結(jié)合500 kV敦化抽水蓄能變電站送出線路工程全路徑的自然和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等實(shí)際情況，對(duì)光纖、載波、微波、4G、5G、衛(wèi)星及現(xiàn)有私有通信技術(shù)進(jìn)行了對(duì)應(yīng)性仿真應(yīng)用研究[9]。載波、微波、私有通信技術(shù)在傳輸帶寬、距離、穩(wěn)定性等通信技術(shù)指標(biāo)方面，光纖、4G、5G、衛(wèi)星等基于基礎(chǔ)設(shè)施接入模式在應(yīng)用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面，都無法適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際需求。大覆蓋、高帶寬、穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)適用四項(xiàng)要求成為科研的邊限指標(biāo)。通過目前4G和5G通信技術(shù)指標(biāo)和實(shí)用情況分析，開展基于LTE標(biāo)準(zhǔn)核心基帶模塊和FPGA+AD9361算法輔助低噪功放，集成WiFi、4G的“一種用于公共網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的多模組無線中繼通信裝置”研究，用于解決線路工程作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無線組網(wǎng)和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸問題，產(chǎn)品在500 kV敦化抽水蓄能變電站送出工程作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)測(cè)試達(dá)到預(yù)期效果。

優(yōu)點(diǎn)為高速率、高集成、低延時(shí)、低功耗、低成本。缺點(diǎn)為非通視條件下傳輸距離縮短，需要多點(diǎn)連跳，電池續(xù)航能力及低溫耐受能力差。

迭代規(guī)劃：借助長(zhǎng)駐空系留無人機(jī)改善通視條件，可以實(shí)現(xiàn)120 km遠(yuǎn)距離傳輸，減少連跳布設(shè)成本；研發(fā)耐低溫、高續(xù)航能力電池或者結(jié)合系留無人機(jī)研究發(fā)電機(jī)一體智能供電系統(tǒng)。

4.2 邊緣物聯(lián)代理

物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)人與物、物與物連接。電力基建專業(yè)因其組織臨時(shí)性、作業(yè)流動(dòng)性、資產(chǎn)多樣性、權(quán)屬?gòu)?fù)雜性等因素，專業(yè)系統(tǒng)性的信息化應(yīng)用起步晚，開展普適性現(xiàn)場(chǎng)終端接入技術(shù)研究更凸顯緊迫。

傳統(tǒng)工控機(jī)+DTU+遠(yuǎn)程上位機(jī)組態(tài)軟件組成的方式，由于自身通信協(xié)議和功能局限性，達(dá)不到目前工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的目的和要求，已被RTU+組態(tài)軟件的方式取代，隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，RTU技術(shù)正向著智能化方向邁進(jìn)。在信息化基礎(chǔ)設(shè)施大建設(shè)、大發(fā)展浪潮中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛發(fā)展應(yīng)用，必將推動(dòng)海量終端設(shè)備的接入[10]。研發(fā)適合基建專業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景需求，具有核心技術(shù)的完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能接入裝置，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用安全、可持續(xù)發(fā)展尤為重要。

邊緣物聯(lián)代理設(shè)備是結(jié)合感知層建設(shè)管理需求研發(fā)的一款智能設(shè)備，具備對(duì)端側(cè)的各類終端設(shè)備的集中接入能力，并實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)緩存和實(shí)時(shí)告警等功能。邊緣代理的應(yīng)用有效解決了在邊遠(yuǎn)地區(qū)無網(wǎng)絡(luò)條件下的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和區(qū)域自治的問題[11]。另外，現(xiàn)在的端側(cè)設(shè)備主要是以4G公網(wǎng)傳輸為主，消耗的公網(wǎng)流量很大，邊緣代理實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算并上傳關(guān)鍵數(shù)據(jù)的策略可以有效地降低傳輸流量，為用戶節(jié)省成本。

邊緣代理裝置不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)端側(cè)各類終端設(shè)備的集中接入，在離線狀態(tài)下也可以實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)緩存和實(shí)時(shí)告警等功能。應(yīng)用于線路工程現(xiàn)場(chǎng)的邊緣代理設(shè)備更是兼具便攜性、低功耗、自發(fā)電等特點(diǎn)。隨著5G時(shí)代的到來以及感知終端應(yīng)用類型的不斷增加，邊緣物聯(lián)代理裝置的優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加凸顯。邊緣物聯(lián)代理裝置內(nèi)置CPU、GPU、內(nèi)存、本地存儲(chǔ)等電子器件，可獨(dú)立完成邊緣端的信息采集與處理。裝置外部接口包括以太網(wǎng)、4G、串口、LoRa、ZigBee、USB等，滿足本地與遠(yuǎn)程傳輸?shù)男枨蟆Ｔ谲浖用妫A(yù)封裝了基于Edgex框架即插即用的組件生態(tài)系統(tǒng)，方便設(shè)備廠商在開放與互操作的物聯(lián)網(wǎng)方案中自由協(xié)作，不受公有標(biāo)準(zhǔn)或是私有方案限制。產(chǎn)品在220 kV洋浦輸變電工程作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)測(cè)試效果良好。

裝置的原理系統(tǒng)框圖如圖4所示。

圖4 邊緣物聯(lián)代理裝置系統(tǒng)框圖

優(yōu)點(diǎn)為多種類型終端設(shè)備集中接入，統(tǒng)一進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換上傳到上級(jí)管理平臺(tái)，降低各終端設(shè)備的安全、通信規(guī)約等技術(shù)門檻。內(nèi)置安全加密芯片，保障信息安全。缺點(diǎn)為接入裝置與感知終端數(shù)據(jù)對(duì)接受到局域網(wǎng)覆蓋范圍限制，在局域網(wǎng)覆蓋不到的區(qū)域可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法接入的情況，例如安全帽因其流動(dòng)性特點(diǎn)存在盲區(qū)無法傳送定位數(shù)據(jù)的情況。

迭代規(guī)劃：一是完善和擴(kuò)大局域網(wǎng)覆蓋范圍，減少盲區(qū)；二是推動(dòng)終端設(shè)備采用4G+WiFi接入雙模方式傳輸數(shù)據(jù)，以達(dá)到全面數(shù)據(jù)接收的目標(biāo)。

4.3 專業(yè)終端設(shè)備

由于電力基建專業(yè)特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)物聯(lián)，需要針對(duì)具體裝置開發(fā)專用特種傳感器。針對(duì)穿戴式抱桿狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)專業(yè)終端設(shè)備開發(fā)需求，獨(dú)立研發(fā)了兩種特種傳感器，即無線拉力、傾角傳感器。拉力傳感器利用彈性體與電阻應(yīng)變片結(jié)合，把外力作用下產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；傾角傳感器是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器，為提高測(cè)量精度增加了MEMS陀螺芯片和卡爾曼濾波算法。傳感器內(nèi)部均集成了長(zhǎng)距離低功耗廣域網(wǎng)非授權(quán)LoRa數(shù)據(jù)傳輸模塊，本地接入網(wǎng)通信距離最長(zhǎng)達(dá)4 km，靈敏度達(dá)?104 dbm，工作電流10 mA，休眠電流200 nA，低功耗性能優(yōu)越，終端傳感設(shè)備充滿電情況下可以連續(xù)正常運(yùn)行1個(gè)月。多個(gè)傳感器終端通過統(tǒng)一接入的采集終端上傳到上級(jí)管理平臺(tái)，出現(xiàn)應(yīng)力或傾角超過閾值時(shí)會(huì)實(shí)時(shí)告警提醒現(xiàn)場(chǎng)人員，系統(tǒng)平臺(tái)也會(huì)推送相關(guān)的告警信息給責(zé)任人，這樣的設(shè)計(jì)非常適合線路工程組塔作業(yè)過程中的抱桿狀態(tài)監(jiān)測(cè)，應(yīng)用效果良好[12]。

優(yōu)點(diǎn)為測(cè)量精度、可靠性、集成度和穩(wěn)定性較高。缺點(diǎn)為質(zhì)量有些重，便攜性稍差，還需要在外形設(shè)計(jì)和輕量化上在提升優(yōu)化。

迭代規(guī)劃：上傳包括開關(guān)機(jī)狀態(tài)、異常代碼等信息以方便對(duì)終端狀態(tài)的監(jiān)測(cè)管理，統(tǒng)一充電接口，提升優(yōu)化集成度等。

4.4 電力工程測(cè)繪專題

電力工程測(cè)繪APP主要包括變電、線路工程兩大應(yīng)用模塊，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)流程、施工工序和工具使用習(xí)慣，按照過程測(cè)量、隱蔽工程檢查、質(zhì)量驗(yàn)評(píng)的順序，組織開展工程建設(shè)全過程實(shí)體參數(shù)測(cè)量[13]。基于SG-SIM4.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)測(cè)量項(xiàng)開展模型設(shè)計(jì)和日常維護(hù)，滿足橫向貫通、縱向協(xié)同，數(shù)據(jù)共享共用的要求。在作業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)，工作人員在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以利用智能測(cè)量?jī)x器和移動(dòng)終端開展實(shí)測(cè)實(shí)量工作。移動(dòng)終端通過智能測(cè)量?jī)x器自動(dòng)獲取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并上傳，確保數(shù)據(jù)獲取、傳輸、存儲(chǔ)、應(yīng)用的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性，數(shù)據(jù)的錄入、分析計(jì)算無人參與，提高了工作效率，減少了過程環(huán)節(jié)，尤其是實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)評(píng)過程的透明化，避免了質(zhì)量管理責(zé)任糾紛[14]。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了包括RTK、全站儀、紅外測(cè)距儀、游標(biāo)卡尺、回彈儀、智能鋼卷尺6類智能測(cè)量的接入，已覆蓋工程本體測(cè)量常用儀器的98%，在220 kV洋浦輸變電工程和500 kV敦化抽水蓄能變電站送出工程試點(diǎn)應(yīng)用，取得了預(yù)期成效。

優(yōu)點(diǎn)為數(shù)據(jù)采集、傳輸、計(jì)算及時(shí)準(zhǔn)確，工作效率高。缺點(diǎn)為新型測(cè)量設(shè)備較傳統(tǒng)設(shè)備造價(jià)高。

迭代規(guī)劃：為實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)終端與設(shè)備自動(dòng)連接、實(shí)施多任務(wù)測(cè)量，提升用戶使用體驗(yàn)，設(shè)備藍(lán)牙通信版本統(tǒng)一升級(jí)至5.0以上。

4.5 弱人工智能應(yīng)用

人工智能技術(shù)作為新基建的重點(diǎn)方向已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，其特有的復(fù)雜條件下正確決策和持續(xù)工作的特點(diǎn)，決定了該技術(shù)正在各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生更大的價(jià)值。結(jié)合基建業(yè)務(wù)現(xiàn)場(chǎng)管理需求，主要在圖像識(shí)別方向開展研究和應(yīng)用。首先應(yīng)用最為廣泛的是人臉識(shí)別技術(shù)，最新的人工智能算法對(duì)于人臉檢測(cè)和人臉識(shí)別已具備相當(dāng)高的準(zhǔn)確率，甚至已經(jīng)超越了人的識(shí)別能力。在系統(tǒng)登錄、作業(yè)票認(rèn)證、站班會(huì)簽到、考勤打卡等APP應(yīng)用中通過人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用能夠確保參與人身份真實(shí)性并提高操作效率；在變電站閘機(jī)上也應(yīng)用了人臉識(shí)別裝置確保人員進(jìn)出場(chǎng)的信息真實(shí)可靠。另一個(gè)應(yīng)用方向就是通過接入各種類型的現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控設(shè)備，在未佩戴安全帽、登高作業(yè)未佩戴安全帶、未正確著裝、現(xiàn)場(chǎng)吸煙、區(qū)域入侵、塔吊未配置防脫鉤裝置、線路工程階段識(shí)別、基礎(chǔ)成品保護(hù)等20多個(gè)場(chǎng)景開展圖像識(shí)別研究和應(yīng)用，通過在施工現(xiàn)場(chǎng)部署前端視頻分析裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的在線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)管，對(duì)違章行為實(shí)時(shí)告警，識(shí)別效果基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，后期將不斷擴(kuò)大識(shí)別類型和不斷優(yōu)化算法提升識(shí)別準(zhǔn)確率[15]。

視頻分析算法涉及的技術(shù)細(xì)節(jié)非常多，我們主要在以下幾個(gè)方面重點(diǎn)優(yōu)化。

時(shí)空從未變化，變化的只是詩(shī)人的心理。而中國(guó)古代詩(shī)人就是有這樣的魄力，將自己的情感凌駕于天地之外，讓亙古不變的時(shí)空隨著自己的情感而變化。高爾基第一次提出文學(xué)即人學(xué)的觀點(diǎn)時(shí)，幾千年前的中國(guó)詩(shī)人已經(jīng)在不自覺貫徹這一觀點(diǎn)了。

針對(duì)人臉識(shí)別除了解決人臉的特征提取和比對(duì)外，還要解決人臉檢測(cè)和跟蹤選優(yōu)的問題，以避免對(duì)同一個(gè)人進(jìn)行多次識(shí)別，減少計(jì)算資源的消耗，在人臉跟蹤的一段軌跡中選取角度最正、清晰度最高的人臉畫面進(jìn)行識(shí)別以提高識(shí)別率，圖5給出了一種針對(duì)嵌入式設(shè)備的追蹤系統(tǒng)軟件系統(tǒng)架構(gòu)。追蹤系統(tǒng)軟件提供同步與異步兩種接口，用戶可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇使用。

圖5 追蹤系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

針對(duì)視頻圖像識(shí)別算法方面，運(yùn)用物體檢測(cè)和人員的特定行為檢測(cè)結(jié)合實(shí)現(xiàn)特定場(chǎng)景的圖像識(shí)別，例如，先識(shí)別有登高的行為再檢測(cè)人存在的區(qū)域是否有安全帶來判斷是否有未佩戴安全帶的情況；在視頻畫面中先檢測(cè)出塔吊設(shè)備再在此區(qū)域內(nèi)檢測(cè)是否有防脫鉤裝置；施工現(xiàn)場(chǎng)先檢測(cè)人然后在其附近區(qū)域檢測(cè)是否有點(diǎn)燃的香煙來判斷是否有人吸煙。這種識(shí)別算法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，可以在前端設(shè)備上實(shí)時(shí)完成計(jì)算。識(shí)別對(duì)象是人的場(chǎng)景均與人臉識(shí)別算法相結(jié)合，這樣就可以做到識(shí)別結(jié)果落實(shí)到人，告警提醒就更加有針對(duì)性，也更智能。以前端識(shí)別應(yīng)用為主設(shè)計(jì)軟硬件，滿足在施工現(xiàn)場(chǎng)管理應(yīng)用的實(shí)效性要求，并能夠有效降低視頻流上傳產(chǎn)生的流量成本。

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)全時(shí)段和全覆蓋的智能化監(jiān)管，減少人工管理的成本，提升管理實(shí)效，可以部分代替人工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)督檢查。

缺點(diǎn)：人工智能對(duì)算法訓(xùn)練要求很高，目前識(shí)別的類型還比較有限，還不具備安全代替人工管理的能力；模型訓(xùn)練過程投入較大，迭代優(yōu)化成本也較高。

迭代規(guī)劃：在后續(xù)的系統(tǒng)應(yīng)用過程中常態(tài)化積累圖片素材并持續(xù)訓(xùn)練提升算法的識(shí)別能力，同時(shí)探索和研究圖像識(shí)別領(lǐng)域的共享應(yīng)用技術(shù)，以整合各省公司在視頻分析領(lǐng)域的成果，達(dá)到共享共建的目標(biāo)。

4.6 物聯(lián)數(shù)據(jù)分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大提升了感知能力和傳輸能力，海量的感知數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著巨大的價(jià)值，如何有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)和價(jià)值增值成為信息系統(tǒng)建設(shè)成敗的關(guān)鍵。吉林公司施工現(xiàn)場(chǎng)智慧物聯(lián)系統(tǒng)建設(shè)過程中高度重視物聯(lián)數(shù)據(jù)的應(yīng)用工作，建設(shè)目標(biāo)之一就是通過有效利用感知數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)專業(yè)管理的自動(dòng)填報(bào)、智能判斷和實(shí)時(shí)提醒，助力基層減負(fù)和現(xiàn)場(chǎng)賦能。因此，系統(tǒng)建設(shè)過程中始終都在深入思考和研究感知數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景。下面介紹幾個(gè)利用感知數(shù)據(jù)的功能設(shè)計(jì)。

(1) 安全管理方面。通過接入視頻監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、拉力傳感器、傾角傳感器、有害氣體監(jiān)測(cè)等安全監(jiān)測(cè)類感知設(shè)備，通過AI視頻分析技術(shù)和數(shù)值計(jì)算，對(duì)人員違章和設(shè)備異常情況實(shí)時(shí)告警提醒，以預(yù)防事故發(fā)生。整個(gè)安全監(jiān)控過程應(yīng)用的手段均為無感式采集和極簡(jiǎn)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，但體驗(yàn)卻非常好。

(2) 質(zhì)量管理方面。通過應(yīng)用電力測(cè)繪APP和智能測(cè)量?jī)x器，實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)實(shí)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)接入和實(shí)時(shí)計(jì)算分析，保留過程測(cè)量歷史數(shù)據(jù)，并自動(dòng)輸出報(bào)表，大大減少手工操作的工作量，流程化管理和數(shù)據(jù)防篡改設(shè)計(jì)保障責(zé)任界面清晰也避免了糾紛的發(fā)生，大量實(shí)測(cè)實(shí)量類的過程數(shù)據(jù)得到有效的管理，為后續(xù)跨專業(yè)維度的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用創(chuàng)造條件。

(3) 進(jìn)度管理方面。通過作業(yè)票開票作為工作啟動(dòng)標(biāo)志、質(zhì)量驗(yàn)收流程審批通過作為工作進(jìn)度結(jié)束標(biāo)志自動(dòng)完成實(shí)際進(jìn)度登記，整個(gè)進(jìn)度填報(bào)過程無需人工參與。系統(tǒng)還結(jié)合視頻識(shí)別技術(shù)輔助對(duì)施工階段進(jìn)行偏差分析[16]。結(jié)合三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)展示，感知設(shè)備關(guān)聯(lián)查詢等功能，方便現(xiàn)場(chǎng)人員以最直觀的方式了解施工計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度情況。

(4) 造價(jià)管理方面。系統(tǒng)通過自動(dòng)統(tǒng)計(jì)人員工日、施工機(jī)械臺(tái)班、物資到貨、設(shè)計(jì)變更等信息，完成工程造價(jià)直接費(fèi)用部分的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并輸出標(biāo)準(zhǔn)格式，大大減少工程造價(jià)統(tǒng)計(jì)過程人員的工作量。

優(yōu)點(diǎn)：感知數(shù)據(jù)的應(yīng)用相對(duì)傳統(tǒng)的人工填報(bào)審批統(tǒng)計(jì)管理方式是一次革命性的進(jìn)步，從源頭上保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和規(guī)范性，而這些恰恰是傳統(tǒng)信息系統(tǒng)手工維護(hù)的難點(diǎn)，因此感知設(shè)備和感知數(shù)據(jù)應(yīng)用將在信息系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。

缺點(diǎn)：感知數(shù)據(jù)還不能完全代替人工管理的工作，部分施工要素?cái)?shù)據(jù)目前還不能夠通過傳感設(shè)備監(jiān)測(cè)到位，還需要不斷地研發(fā)感知設(shè)備或提升感知手段以擴(kuò)大感知范圍。

迭代規(guī)劃：采用自主研發(fā)和產(chǎn)品集成的方式，拓展應(yīng)用多種類型的感知設(shè)備，以提升感知能力，不斷探索和實(shí)踐感知數(shù)據(jù)分析算法和應(yīng)用設(shè)計(jì)，提升感知數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘能力。

5 結(jié)論

近日，國(guó)家電網(wǎng)公司下發(fā)了2020年重點(diǎn)工作任務(wù)文件，文件中列舉了十個(gè)方面的三十一項(xiàng)任務(wù)，涵蓋了國(guó)網(wǎng)2020年的主要工作安排，其中電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成為新一輪電網(wǎng)投資的重點(diǎn)方向。電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究和應(yīng)用將迎來政策機(jī)遇期，后續(xù)必將會(huì)帶來更大規(guī)模的科技創(chuàng)新和上下游產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

本文從物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層諸多應(yīng)用技術(shù)中選取幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，做了一些有限的驗(yàn)證實(shí)踐。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用是個(gè)全新的課題，必須經(jīng)歷長(zhǎng)期的認(rèn)識(shí)-實(shí)踐-再認(rèn)識(shí)的演進(jìn)過程。隨著軟件、硬件和通信、信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會(huì)在電力基建領(lǐng)域得到更加深入和廣泛的應(yīng)用，有效促進(jìn)自我管理、自覺執(zhí)行、自主作業(yè)新型工程管理模式的建立，為電網(wǎng)基建管理提供更加專業(yè)、科學(xué)的技術(shù)支撐。