基于物聯網的特高壓線路工程現場管理信息系統設計

董玉震,王振明,宋洪磊（.天津送變電工程公司 ,天津 3006; . 國家電網公司交流建設分公司 ,北京 0005）

基于物聯網的特高壓線路工程現場管理信息系統設計

董玉震1,王振明2,宋洪磊2
（1.天津送變電工程公司 ,天津 300161; 2. 國家電網公司交流建設分公司 ,北京 100052）

摘 要：工程信息系統已經在特高壓輸變電工程建設管理中得到應用，但由于工程建設現場的特殊性，信息系統只能提供數據報送等輔助性功能，不能實現建設現場信息的實時在線監控。本文基于物聯網技術設計了特高壓線路工程的現場信息管理系統，通過信息采集系統將實時監測到的現場人員、設備、物資信息傳送到服務器進行統計和識別，可以提供施工現場的安全監管和生產管理的實時準確信息，提高了現場建設的安全監控和質量管理水平。

關鍵詞：物聯網;信息系統；在線監控

0 引言

目前，信息系統已經在特高壓輸變電工程建設管理中得到應用，但由于工程建設現場的特殊性，信息系統只能提供數據報送等輔助性功能，不能實現建設現場信息的實時在線監控。隨著我國特高壓電網的大規模建設，2014～2017年我國將建設9條特高壓輸電通道以防治霧霾，特高壓線路工程建設數量將達到20余回。在特高壓電網大規模建設時期，現有的信息管理系統已不能滿足建設管理的需要。

在大型工程建設項目管理中信息系統集成化程度要求較高，特別是在建設過程的重要環節中信息的集成和功能的集成，需要將信息系統化集成來實現管理的功能。隨著物聯網技術的迅猛發展，通過各環節物品信息的感知和匯集，將物與物通過互聯網連接起來，實現實現智能化、精細化管理[1-3]。所以利用信號實時傳輸系統構建具有遠程管理功能的信息系統，對提升工程建設現場的管理水平具有深遠意義。

本文基于物聯網技術設計了特高壓線路工程的現場信息管理系統，通過信息采集系統將實時監測到的現場人員、設備、物資信息傳送到服務器進行統計和識別，可以提供施工現場的安全監管和生產管理的實時準確信息，提高了現場建設的安全監控和質量管理水平。

1 物聯網概念及關鍵技術

物聯網（Internet of Things，簡稱IOT）是將衛星定位系統、感應系統、互聯網等信息傳感工具作為載體，按照一定的網絡協議，把所有物品與互聯網互通，使之能夠利用信息通信與交換，實現智能化的信息控制、識別、定位、監控和分析管理的功能。

物聯網使得互聯網與無線、有線網絡之間互通，利用傳感器的數據采集功能將大量的信息快速準確地傳輸。但是由于數據信息量的龐大，需要利用較大量的物聯網數據才能保證數據的實施準確傳遞。據分析，若沒人附件的無線網設備有1000～5000個，則需要的物聯網會達到500兆～1000兆的物體量。通過個人電子標簽定位將具體信息傳遞到互聯網，可以準確地實現個人的跟蹤定位，并且物聯網中的傳感器具有很強的實時性，可以設定周期率實現數據的采集和更新。

1.1 RFID技術

射頻識別（Radio Frequency Identifi cation，簡稱RFID）技術，又稱無線射頻識別，是一種編碼識別通信技術。利用無線電信號實現對特定目標的識別，不需要通過識別系統和特定對象間構建光學或機械接觸。無線電訊號利用具有無線電頻率的電磁場，將標志在物品標簽上的數據傳輸出來，通過信號的自動辨識并進行跟蹤。辨識器可以根據電磁量實現目標的能量的供給，即不需要電池提供能量。目標的標示也具有電量供給，利用無線電頻率發出的無線電波主動獲取。物品的標簽具有響應信息，在較遠距離內（約數米）都能夠進行辨識。但是，射頻標簽可以不處于監視范圍內就可以實現目標物體的跟蹤[4-7]。

1.2 4G網絡技術

4G是第四代通訊技術的簡稱，G是generation（一代）的簡稱。4G網絡可以實現每秒400Mb的下載速度，要比上網撥號速度快近2000倍，其上傳速度也可以達到每秒20Mb，已經滿足用戶對于無線上網速度的要求。目前我國4G網絡已經開始大規模的建設和商用，主要是TDD和FDD技術組網[8]。

1.3 GPS技術

全球定位系統（英語：Global Positioning System，簡稱GPS），又稱全球衛星定位系統，GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛星導航系統，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息，是衛星通信技術在導航領域的應用典范，它極大地提高了地球社會的信息化水平，有力地推動了數字經濟的發展。GPS導航系統是以全球24顆定位人造衛星為基礎，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導航定位系統。它由三部分構成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監測站及通訊輔助系統組成。二是空間部分，由24顆衛星組成，分布在6個軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機和衛星天線組成[9-11]。

2 特高壓線路工程信息系統設計

2.1 管理信息系統架構

系統根據B/S（Browser/Server）的結構系統，利用Web瀏覽器或者通過手機APP廣域網來實現共享信息資源。采用服務器和終端間的網絡聯接，實現數據的實時傳輸和信息處理。其管理信息系統構架由信息收集層、數據層和數據服務層三部分組成。

第1層是信息收集層，利用射頻識別等技術實現對智能電網各環節的電氣設備、人員等相關信息的采集和捕獲功能。本系統是通過RFID、GPS技術將工地現場采集的數據信息，通過4G網絡實時傳輸到上位機管理數據庫。

第2層是數據層，將第1層的信息收集層的數據，通過對數據的智能化加工處理，實現工地設備的有效管理、現場工作資質認證和實時監控、工勤記錄和人員到崗簽到等功能。作為事故責任追究的RFID信息標簽，更是將讀取的信息通過4G網絡模塊傳送到服務器上，管理者利用不同工具通過客戶端將服務器上需要的數據進行分析辨識，實現對線路工程的現場智能化管理。

第3層是操作層，通過瀏覽器、手機終端供用戶群（包括業主、設計單位、總承包方等），用戶可以通過HTTP網絡協議在網絡許可范圍內（專線，VPN，甚至整個廣域網）進行身份識別，并利用相應操作權限進入系統進行操作。管理者通過不同工具將服務器上需要的海量系統運行狀態和管理數據進行分析辨識，實現對線路工程的現場智能化管理。

本系統通過安全帽內置模塊、設備內置模塊、區域監控模塊等組成，安全帽內置并集成RFID標簽、4G網絡模塊及天線，使用方便靈活，從而實現對工地現場信息的實時采集和準確高效傳輸。

2.2 信息收集流程

在實際的特高壓線路工程施工應用中，特高壓線路工程的工作區域為分塔基、分區域施工，對每個工作區域設置RFID裝置。當工作人員進出施工區域時，利用RFID裝置記錄每個人的出入信息，根據不同工種人員的使用不同的RFID標簽進行辨識，對不同人員設置不用靈敏度，以收集該工作區域的出入人員信息。

圖1 特高壓線路工程智能現場管理系統

現場使用的安全帽的電源供應是鋰離子電池，利用4G網絡中的無線模塊進行傳輸數據，不需要考慮數據線和電源線的安裝。但是由于現場很多設備都是金屬材質，需要利用鉚釘將抗金屬屏蔽標簽固定在設備上，把所有的抗金屬標簽正常安裝后，利用安全帽上的讀寫模塊對有效距離內的數據信息進行收集加工。實現信息的實時狀態監測，并將收集的信息傳輸到無線傳輸模塊，再利用4G網絡技術傳輸到后臺信息管理中心平臺。

安裝在安全帽的讀取模塊每次只能傳輸一個標簽的信息，這不會影響到信息數據的傳輸沖突，并且4G網絡的無線模塊能夠實時上傳信息，通過預授權的終端系統能夠獲得實時數據。

3 特高壓線路工地管理系統的設計

3.1 人員管理

運用RFID進行人員跟蹤管理，人員無需排隊靠近記錄點，也能夠記錄上百人同時入場。管理系統可以自動記錄人員進出場的信息，從而自動統計生成每日報表和每月報表，為現場人員管理提供基礎信息，并可實時監測現場人員情況。

系統通過記錄各參建單位的員工信息，對建設現場的數據采集和存儲，然后利用4G網絡無線模塊作為傳輸介質，將獲取的現場信息上傳到服務器。管理端利用工作人員的運行軌跡，獲取人員使用過的設備和使用時間。對于施工人員和監理人員，管理者可以利用此數據庫實現更好地現場管理和調度，從而保證工地施工的安全。通過對服務器傳輸的信息數據，利用統計分析模塊對設備的使用數據進行分析，違規操作的數據將會顯示紅色預警狀態。通過規定時間內對工作人員個人和全體違規操作的比例查看，管理者可以依據實現現場的管理強度和力度實現有效控制，使得施工現場的安全隱患降到最低。如果存在突發事故，此數據可以作為事故責任追溯的有利依據。

3.2 設備管理

在施工現場的重要設備裝設標簽，可以將設備信息可錄入安裝設備型號、運行編號等相關信息，在設備安裝過程中進行監控。通過這種方式可以實現設備安裝施工狀態采集，在重要節點進行管理，降低各階段存在的安全隱患。

在現場重要施工設備均要安裝RFID標簽，在系統中錄入基本信息，比如某吊車在何時進行年檢，牽張設備是否已進行安全檢測等信息系統將進行提示。

3.3 安全管理

特高壓線路工程中不同分部分項工程，有很多危險等級較高的作業項目，在確定工作風險等級后，通過系統可以及時了解高危作業區域人員、施工設備狀態。特別是在組塔作業工作中，可以有效區分高空作業和地面作業的作業區域。

通過在系統中融入LEC安全風險評價方法定義及計算方法數學模型，以自動算出風險等級，建立風險等級作業臺賬，依據工程整體進度，提示各項安全檢查和措施落實，加強施工過程安全控制是保障工程本質安全的最為有效的方法。

通過系統能夠對事故發生前的現場人員數量、分布區域、設備接觸等進行記錄。在事故后也可以通過人員行動軌跡，對事故人員進行及時搜救和處理。

3.4 進度管理

特高壓線路施工放線時在牽引導線的走板上加裝RFID標簽，可以實現對整個放線過程和進度進行有效監控。并通過在塔基下、桿塔上及輸電線路上安裝地埋振動傳感器、距離傳感器等裝置可以采集傳輸線路環節的狀態信息，從而實現對線路施工進度的狀態信息進行在線監測。

3.5 決策支持

通過本系統可為各部門及上級各層領導及時提供實時監測信息與歷史對比信息及多項分析指標所需數據，為指揮決策提供重要數據支撐。也可以為施工現場的安全監管和生產管理提供實時的準確信息，實現事故責任追溯的有力數據支撐，可以實現進出工地人員和大型機具設備的遠程監控和管理。

4 結論

針對大型特高壓線路工程項目的安全監管技術和管理現狀，設計了基于物聯網技術的特高壓線路工程智能現場管理系統，將會提高現場建設的安全監控和質量管理水平。通過跟蹤作業人員的安全行為和定位作業人員的工作區域，進行作業流程和行為的規范管理，可以為現場的施工管理提供有效的依據和手段，也能夠很大程度地提高了管理的工作效率、服務水平和管控能力。

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作者簡介:董玉震（1977-），男,本科,工程師,研究方向：輸變電工程管理。