物聯網技術在配電電纜溝環境監控預警系統中的應用

[摘 要]在現代城市基礎設施中配電電纜溝作為電力傳輸的重要組成部分，其安全與穩定性對城市運行比較重要。物聯網技術通過部署多種傳感器和設備，實現了數據的實時收集、傳輸和處理，從而有效預防和減少了環境風險，確保了電力系統的穩定運行。文章探討了物聯網技術在配電電纜溝環境監控預警系統設計中的應用，包括系統的設計原則、數據通信協議選擇及實時監控技術的實施，物聯網技術有效提升了配電電纜溝的監控效率和預警準確性，為城市電力基礎設施的安全管理提供了創新方案。

[關鍵詞]物聯網技術；配電電纜溝；環境監控；預警系統

[中圖分類號]TM757 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0114–03

Application of Internet of Things Technology in Distribution Cable Trench Environment Monitoring and Warning System

ZHAO Chuang

[Abstract]As an important component of power transmission in modern urban infrastructure， the safety and stability of distribution cable trenches are crucial for urban operation. The Internet of Things technology deploys multiple sensors and devices to achieve real-time data collection， transmission， and processing， effectively preventing and reducing environmental risks， and ensuring the stable operation of the power system. This article discusses in detail the application of Internet of Things technology in the design of environmental monitoring and early warning systems for distribution cable trenches， including the design principles of the system， the selection of data communication protocols， and the implementation of real-time monitoring technology. It demonstrates how Internet of Things technology can effectively improve the monitoring efficiency and early warning accuracy of distribution cable trenches， and provide innovative solutions for the safety management of urban power infrastructure.

[Keywords]internet of things technology； distribution cable trench； environmental monitoring； early warning system

1 物聯網技術概述

物聯網技術作為一種跨學科的信息通信技術，依托于互聯網基礎上的物物相連，實現了數據的實時采集、傳輸與智能處理，對環境監控領域的發展產生了深遠影響。通過將傳感器、網絡、數據處理與用戶接口等技術融合應用，物聯網構建了全面、實時、互聯的監測網絡，為環境監控提供了高效、精準的技術手段。在配電電纜溝環境監控預警系統設計中，物聯網技術的引入不僅實現了對關鍵環境參數如溫度、濕度、水位及氣體成分等的實時監測，還通過高級數據分析技術，對收集到的大量數據進行了深入分析與處理，以識別潛在的環境風險，及時發出預警信號，確保電力系統的穩定與安全。通過對接收到的數據進行深度學習與分析，不僅可實時監控電纜溝的環境狀態，還能基于數據分析結果做出快速響應與決策，從而預防或減輕由環境因素引起的潛在風險。

2 配電電纜溝環境監控的需求

配電電纜溝作為電力傳輸體系的重要組成部分，其穩定性和安全性對保障電力供應的連續性與可靠性起著重要的作用，然而其運行環境的復雜性使得配電電纜溝面臨多種潛在的環境風險，包括溫度升高、濕度變化、水侵入、化學腐蝕及物理損傷等，風險因素不僅導致電纜性能下降，縮短使用壽命，嚴重時還引發電纜故障，甚至觸發電力系統的大范圍中斷，對社會經濟活動產生重大影響。因此，建立一套有效的配電電纜溝環境監控預警系統，實現對上述環境風險因素的實時監測與預警，成為確保電力系統穩定運行的必要條件。因此，構建配電電纜溝環境監控預警系統不僅需要全面監測電纜溝內外的環境變化，還需具備高效的數據處理和智能預警能力，這對監控系統的設計提出了較高要求，既要考慮到系統的全面性、實時性和準確性，也要兼顧其智能化水平和應用效果，以確保電力系統的穩定可靠運行，維護社會經濟活動的正常進行。

3 物聯網技術在配電電纜溝環境監控預警系統設計中的應用

3.1 設計原則

在物聯網技術支持下的配電電纜溝環境監控預警系統設計，其核心原則體現在實現高度的集成性、智能性、可靠性與擴展性，確保系統能夠有效應對配電電纜溝運行中的多元環境風險，保障電力傳輸的穩定性與安全性。其中，集成性原則要求系統能夠整合多種傳感器技術，實現對電纜溝內外多參數的綜合監測，包括溫度、濕度、水位及潛在化學腐蝕物質等，確保監測數據的全面性與代表性；智能性原則強調系統應具備高效的數據處理與分析能力，通過先進的算法模型實現對收集數據的實時分析與處理，并能夠自動識別潛在風險模式，及時發出預警信號，從而實現對電纜溝環境風險的主動預防與管理。配電電纜溝環境監控預警系統設計原則如圖1所示。

3.2 數據通信協議

數據通信協議的選擇與設計直接關系到監控數據的有效傳輸、處理與實時性。合理的數據通信協議不僅需要確保數據傳輸的穩定性與高效性，還需適應復雜的電纜溝環境，并兼顧系統的能耗與實時性要求。為此，采用了一種基于時間同步的數據傳輸算法，該算法優化了數據傳輸過程中的時間同步問題，減少了數據傳輸的延遲，提高了系統的實時監控能力。

該時間同步的數據傳輸算法能夠有效地減少因時間不同步造成的數據處理延遲，提高了數據的時效性，確保了配電電纜溝環境監控預警系統的實時監控能力。通過優化數據通信協議，實現了監控數據的高效、準確傳輸，為電纜溝的環境風險評估與預警提供了可靠的數據支持。在物聯網技術支持的配電電纜溝環境監控預警系統中，該數據通信協議的應用，不僅提升了系統的整體性能，還為實現高精度、低延遲的環境監控提供了技術保障。

3.3 實時監控

實時監控依賴于精確、高效的數據收集和處理機制，將通過引入卡爾曼濾波算法，即一種廣泛應用于信號處理和數據分析領域的算法，闡述如何實現對環境參數如溫度、濕度等的實時監測與分析。

在配電電纜溝環境監控預警系統中，通過將環境參數的實時測量值視為zk，利用卡爾曼濾波算法有效過濾測量噪聲，提高監測數據的準確性和可靠性。算法首先通過預測狀態方程和預測協方差方程對系統狀態進行預測，然后根據實際測量值更新系統狀態和協方差，從而實現對電纜溝環境參數的精確實時監測。這種方法適用于動態變化的環境監測，能夠有效應對環境噪聲和潛在的測量誤差，確保監控系統的實時性和準確性，為電纜溝環境風險的早期預警提供了強有力的數據支持。

4 技術測試

在本研究中采用的數據集主要來源于試驗室模擬的配電電纜溝環境監控預警系統中，布置在模擬環境中的各種環境傳感器實時采集得到的實測數據見表1。傳感器包括溫度、濕度、水位及化學氣體傳感器，旨在模擬配電電纜溝面臨的各種環境條件。為確保數據的真實性和試驗的可靠性，所有數據均在控制的試驗環境下收集，未使用任何網絡公開的數據集。

測試指標包括了數據傳輸延遲、數據處理時間、系統準確度和系統穩定性4個方面。數據傳輸延遲指數據從傳感器到服務器的傳輸所需時間，這反映了系統的響應速度；數據處理時間指服務器接收并處理數據所需的時間，這衡量了系統處理數據的效率；系統準確度指系統測量值與實際環境參數之間的一致性，高準確度系統能夠可靠地監控環境狀態；系統穩定性表示系統連續無故障運行的時間，這是評價系統可靠性的重要指標。

從測試結果中觀察到，系統在不同環境條件下表現出了較為一致的性能，數據傳輸延遲和數據處理時間保持在較低水平，說明系統具有較快的響應速度和高效的數據處理能力。系統準確度在所有測試中都保持在98%以上，顯示出系統在監測環境參數方面的高度準確性。系統的穩定性也表現良好，能夠在不同環境條件下連續運行超過72 h而無故障發生。

5 結束語

探討物聯網技術在配電電纜溝環境監控預警系統中的應用，具有重要的理論意義和廣泛的實踐價值。通過對物聯網技術及其在配電電纜溝監控中的應用原理、關鍵技術、系統設計和實際應用效果的系統性研究，為電力系統的安全運行提供了科學的指導和技術支持，同時也為物聯網技術在其他領域的應用提供了借鑒和參考，有助于推動物聯網技術的發展和創新，促進智能化、數字化社會的建設。

參考文獻

[1] 王文波.配電電纜施工技術在電力工業中的應用[J].電氣技術與經濟，2023（10）：168-170.