基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)基建安全質(zhì)量信息監(jiān)控平臺的設計與實現(xiàn)＊

蔣一峰

（中國電力科學研究院有限公司，北京 100192）

引言

輸變電工程建設，其具有安全風險大、作業(yè)點多面廣、施工場地開放、分包人員眾多且流動性強等特點，安全生產(chǎn)形勢嚴峻。電力物聯(lián)網(wǎng)技術的興起和發(fā)展為電網(wǎng)基建安全質(zhì)量管理提供了新的基礎支持，極大地提升了施工現(xiàn)場安全感知、信息共享、智能預警水平，確保了施工安全始終可控、能控、在控。本文以電網(wǎng)基建安全質(zhì)量監(jiān)控平臺（以下簡稱監(jiān)控平臺）為載體，闡述物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析技術在電網(wǎng)建設安全質(zhì)量管理領域的應用和實現(xiàn)過程，對電網(wǎng)基建管理信息化工作具有一定的借鑒意義。

一、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程的重要部分，其含義是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，基本特點是：信息多源、全面感知、可靠傳遞、智能控制[1-2]。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是指充分利用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息和先進通信技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互、具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理和靈活便捷等特點的智慧服務系統(tǒng)，具有智慧化、多元化和生態(tài)化特征[3]。

二、電網(wǎng)基建安全質(zhì)量信息監(jiān)控平臺的構建

1.監(jiān)控平臺的組成

監(jiān)控平臺從管理層級上分為公司監(jiān)控平臺、二級公司監(jiān)控平臺以及基建工程現(xiàn)場感知端組成。公司監(jiān)控平臺是由監(jiān)控平臺硬件及軟件設備和運行團隊組成。運行團隊由監(jiān)控平臺管理人員、值班人員、技術開發(fā)、運維人員組成。二級公司監(jiān)控平臺由二級公司監(jiān)控設備設施和運行團隊組成?；üこ态F(xiàn)場感知端包括監(jiān)控視頻攝像頭、移動APP以及其他監(jiān)測感知設備組成。

2.監(jiān)控平臺應用終端劃分

監(jiān)控平臺的應用終端分為WEB終端和APP終端，WEB終端采用了互聯(lián)網(wǎng)私有云技術，APP終端應用了移動互聯(lián)網(wǎng)技術。WEB終端主要由風險作業(yè)電子地圖、視頻輪循監(jiān)控、安全質(zhì)量管理信息統(tǒng)計分析、違章智能圖像識別等模塊組成。APP終端將視頻監(jiān)控、電話調(diào)度、錄音錄像等多種功能進行全面的整合，搭建了監(jiān)控平臺與作業(yè)現(xiàn)場實時溝通的渠道，包含電子地圖、到崗到位、作業(yè)票管理等功能模塊。

三、基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)基建安全質(zhì)量監(jiān)控平臺的設計

電網(wǎng)基建安全質(zhì)量信息監(jiān)控平臺綜合運用了多媒體交互、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等先進技術，實現(xiàn)信息流、業(yè)務流、管理流交互融合，具有信息感知、數(shù)據(jù)共享、智能預警等功能特征，其總體架構設計具有泛在電力物聯(lián)網(wǎng)特征，分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層、應用層。

1.感知層

將現(xiàn)場移動布控球、固定攝像頭、移動APP、智能穿戴記錄儀獲取數(shù)據(jù)與二級單位監(jiān)控中心對接，整合二級單位基建安全質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過公司監(jiān)控平臺與二級公司監(jiān)控中心或數(shù)據(jù)中心對接，調(diào)取視頻圖像及相關業(yè)務數(shù)據(jù)，作為公司監(jiān)控平臺顯示數(shù)據(jù)的基礎。

2.傳輸層

根據(jù)電網(wǎng)基建作業(yè)現(xiàn)場的特點，視頻圖像等感知數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉壒颈O(jiān)控平臺選用外部互聯(lián)網(wǎng)，采用“有線+無線”互補模式。公司監(jiān)控平臺和二級公司監(jiān)控臺視頻、數(shù)據(jù)傳輸采用公司內(nèi)網(wǎng)、公司外網(wǎng)同步方式進行。

3.平臺層

平臺層兼?zhèn)涔芾矸铡⒘髅襟w服務、級聯(lián)服務、平臺服務、數(shù)據(jù)庫服務、視頻存儲服務、視頻圖像處理服務、移動應用服務等功能，負責對網(wǎng)絡層傳輸?shù)囊曨l圖像、信息數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等進行存儲、篩選清洗和挖掘等處理。

4.應用層

應用層分為大屏應用、桌面應用、APP應用三個部分。大屏應用中主要有電子地圖、視頻監(jiān)控、統(tǒng)計分析、APP調(diào)控等功能；桌應用主要有風險地圖、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、基礎管理等功能；移動APP應用主要有現(xiàn)場管控、視頻綁定、人員信息、遠程呼叫等功能（如圖1所示）。

圖1 電網(wǎng)基建安全質(zhì)量信息監(jiān)控平臺總體架構

四、面向電網(wǎng)基建安全管理的電力物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

電網(wǎng)基建安全質(zhì)量管理包含公司、二級公司、項目部、作業(yè)班組各層級的管理指令傳遞、管理信息的流動，電網(wǎng)基建安全質(zhì)量信息監(jiān)控平臺構建了各層級之間的管理，實現(xiàn)了可視化實時動態(tài)管理[4-5]，本文按照感知層、網(wǎng)絡層、平臺層與應用層的體系結構，對監(jiān)控平臺的關鍵技術進行梳理、歸類和分析。

1.感知層關鍵技術

基建安全質(zhì)量監(jiān)控平臺的感知層利用各種智能監(jiān)測裝置對輸變電工程施工作業(yè)的各環(huán)節(jié)的進行實時感知和信息采集，對影響施工現(xiàn)場安全的關鍵影像數(shù)據(jù)進行重點觀測，根據(jù)需要有時還需對采集信息進行初步處理。

視頻監(jiān)控：在高風險作業(yè)現(xiàn)場采用具備移動偵測、長距變焦、旋轉(zhuǎn)視角、抓拍回放功能的高清監(jiān)控攝像機，對作業(yè)全過程實時視頻采集。

人員定位：通過集成北斗或GPS定位模塊、SIM卡的安全帽跟蹤作業(yè)人員行走軌跡，確保到崗到位要求落實。

傳感器監(jiān)測：主要包括環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、設備及設施運行狀態(tài)監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)測包括施工現(xiàn)場環(huán)境溫濕度、風速、敏感氣體濃度等數(shù)據(jù)，設備及設施運行狀態(tài)監(jiān)測包括建構筑物沉降位移、抱桿、牽張設備受力狀態(tài)、拉線傾角等數(shù)據(jù)。

2.網(wǎng)絡層關鍵技術

網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)傳輸分為公司外網(wǎng)傳輸與公司內(nèi)網(wǎng)傳輸，各個二級公司的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)主要在公司外網(wǎng)進行傳輸，系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)主要來自公司內(nèi)網(wǎng)的基建管理信息系統(tǒng)。

2.1 無線傳輸關鍵技術。在4G信號覆蓋區(qū)域邊緣點設置無線接力設備，作為信號的發(fā)射源，擴大4G信號覆蓋區(qū)域、增強信號強度，保證野外進行組塔架線等作業(yè)的輸變電施工現(xiàn)場感知設備網(wǎng)絡傳輸穩(wěn)定。

2.2 有線傳輸關鍵技術。新建變電站工程通過接入運營商光纖寬帶，將現(xiàn)場采集的視頻、圖像、監(jiān)測數(shù)據(jù)通過寬帶網(wǎng)絡傳輸?shù)蕉壒颈O(jiān)控中心，公司監(jiān)控平臺通過公司外網(wǎng)級聯(lián)調(diào)取省級公司監(jiān)控視頻。

3.平臺層關鍵技術

平臺層主要負責對網(wǎng)絡層傳輸?shù)男畔⑦M行存儲、篩選清洗和數(shù)據(jù)挖掘等處理，為各類應用提供數(shù)據(jù)基礎。

3.1 視頻數(shù)據(jù)接入清洗。電網(wǎng)基建安全質(zhì)量信息監(jiān)控平臺的視頻數(shù)據(jù)來自二級公司的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要調(diào)用二級公司三級以上作業(yè)風險的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，需要對視頻數(shù)據(jù)進行篩選核查，過濾掉無用的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。

3.2 業(yè)務數(shù)據(jù)接入清洗。由于公司基建管理信息系統(tǒng)與監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)關系的復雜性，數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫結構、傳輸方式的不一致，導致雙方均存在一定的修改和升級工作，存在數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換、字段的增補等。

4.應用層關鍵技術

應用層分為大屏應用、桌面應用、移動APP應用三個部分，包括各種不同業(yè)務或服務所需要的應用處理系統(tǒng)，通過軟件定義技術開發(fā)實現(xiàn)，業(yè)務應用包括風險作業(yè)信息電子地圖、視頻監(jiān)控輪循系統(tǒng)、安全質(zhì)量信息統(tǒng)計等。

風險作業(yè)電子地圖模塊：能顯示各二級公司在建工程項目、二、三級風險位置分布及內(nèi)容信息等信息。

視頻輪循監(jiān)控模塊：以九宮格畫面輪循顯示作業(yè)現(xiàn)場視頻，單個畫面攝像頭與風險作業(yè)電子地圖作業(yè)點綁定。

安全質(zhì)量管理信息統(tǒng)計分析模塊：能夠?qū)崿F(xiàn)在建工程項目、作業(yè)風險、分包隊伍及人員、安全培訓考試、安全質(zhì)量績效考核等信息的統(tǒng)計分析。

違章智能圖像識別模塊：可實現(xiàn)對作業(yè)現(xiàn)場基坑防護、圍欄設置、臨邊作業(yè)、登高作業(yè)、安全帽佩戴等相關違章的智能識別。

結論

本文闡述了基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)基建安全質(zhì)量信息監(jiān)控平臺的總體架構設計，從感知層、網(wǎng)絡層、平臺層和應用層4個層面介紹了相關關鍵技術在平臺中的運用。通過電網(wǎng)基建安全質(zhì)量信息監(jiān)控平臺的搭建，實現(xiàn)多媒體技術、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術與信息監(jiān)控平臺的高度融合，該項研究對促進電網(wǎng)建設數(shù)字化、信息化、智能化水平，提升電網(wǎng)建設施工現(xiàn)場安全管理水平具有積極作用。