基于物聯網電力監控與維護系統在交通行業的應用研究

摘 要：本文以廣州珠江黃埔大橋建設有限公司的實踐為背景，采取實證分析與理論探討相結合的研究方法，就交通行業如何利用當前物聯網技術結合運營過程中碰到的問題開展管理創新的具體方法進行探討。本文首先提出了物聯網技術作為先進管理理念和方法的集成體，結合電力設施的運營管理，可以滿足企業管理創新的要求。在此基礎上結合當前交通行業的管理現狀，提出了適用于行業的應用模式和策略，并運用在廣州珠江黃埔大橋建設有限公司成功的案例來論證了這一模式的可行性和具體實效。

關鍵詞：物聯網；電力設施監控；交通電力設施

中圖分類號：TN929.5；TP391.44文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）11-0183-04

Application Research of Power Monitoring and Maintenance System Based on

Internet of Things in Transportation Industry

DENG Hui

（Huangpu Bridge of Pearl River in Guangzhou，Guangzhou 511434，China）

Abstract：Based on the practice of Huangpu Bridge of Pearl River in Guangzhou，this paper adopts the method of combining empirical analysis with theoretical discussion，and discusses how the transportation industry can make use of the current internet of things technology combined with the problems encountered in the operation process to carry out management innovation. In this paper，the internet of things technology as an integration of advanced management concepts and methods，combined with the operation and management of power facilities，can meet the requirements of enterprise management innovation. On this basis，combined with the current management situation of the transportation industry，the application model and strategy suitable for the industry are put forward，and the feasibility and concrete effect of this model are demonstrated by a successful case in Huangpu Bridge of Pearl River in Guangzhou.

Keywords：internet of things；power facilities monitoring；traffic power equipment

1 交通行業電力設施的現狀及存在的問題

當前我國交通經過三十多年的大力發展，截至2015年底，我國高速公路里程增至12.54萬公里，成為世界高速公路總里程第一的國家。由于我國高速公路運營模式與國外相比不同，如美國的收費高速公路比例不到10%，而我國的高速公路中有95%屬于收費公路[1]；同時，近年來，隨著經濟的發展和社會的進步，我國汽車數量持續增加，這些都給道路的建設和運營帶來了巨大的壓力。主要體現在以下兩個方面：第一是道路的建設與運營跟不上汽車數量的增長，速度相比有較大的差距。第二是當前主要還是采取落后的人工運營模式，必然耗費大量的資源，并且造成通車速度慢，效率低下，高峰期擁堵嚴重等社會問題。

對于整個交通行業的運營而言，電力設施是其運營資產中很重要的一部分，而這部分也是整個運營環節較薄弱的一環。當前由于電力設施涉及電力行業的專業特性，幾乎所有交通運營企業都會把這部分的資產運營外包給社會上專業的隊伍來承擔，在公路運營養護實踐中存在以下三個問題。

1.1 傳統的電力設施運維管理技術落后

隨著交通運營對可靠用電的要求越來越高，一次小范圍的停電，都會給用戶的生產、生活帶來不便，甚至造成巨大損失。電力設施是電能生產、輸送、供應的載體，是電力安全的基礎，要保障電力的可靠供應，必須加大對電力設施監控監測，實時了解設備的健康安全狀態，而公路（橋梁）運行的傳統電房及路燈設備運維管理技術落后，現有的維保設備運行多年，時有故障，而故障修復的檢測過程長，修復流程時間長，人工投入大，使現有的機電保障部門承擔了很大的工作量。

1.2 交通電力設施運維管理責任的認識意識不夠強、落實不到位

在交通日常電力設施維護及管理過程中，必須以電力行業的管理要求和相應規范來實施，而在傳統的公路（橋梁）運營養護過程中，其運營單位對電力設施運維管理責任的認識意識不夠強、落實不到位，運營單位急需建立一套與電力專業相符的標準化維護體系和管理流程，將管理責任落實到位。

1.3 智能電力的技術研究為智能交通的發展創造有利條件

我國智能交通行業整體上仍處于其生命周期的成長期，而智能電力設施是構成智能交通重要的組成部分，通過在交通行業對智能電力技術的研究為智能交通的發展創造有利條件。

鑒于此，廣州珠江黃埔大橋建設有限公司于2018年1月啟動電力監控及維護系統的研究項目，經過6個月的努力，完成系統的研發及上線部署。同時，在此基礎上梳理了當前電力設施運營管理的流程，通過物聯網手段建立與完善日常電氣設備運營維護體系和規范，建立一套電氣設備監控、監測系統，主要意義及目標包括以下三個方面：（1）建立一套電氣設備日常運營維護體系，為公路運營管理的科學實踐提供研究理論依據，為廣大的公路運營者提供科學的運營管理方法，為機電信息管理體系提供安全解決方案。（2）通過建立一套可視化、智能化、標準化的電氣設備智能維護、設備在線監測和遠程遙控的互聯網管理平臺系統，提高電氣設備維護的智能化、規范化水平，提高生產管理效率，提高運營管理水平，為公路運營者信息化建設、信息化管理提供思路和參考。（3）通過本項目的研究和實踐應用，應用大數據分析預測電氣設備的運行狀態及實時告警事件，不僅能更準確、更及時地排解電氣設備存在的隱患和故障問題，還能奠定能耗管理基礎，因此，本項目的研究具有很好的應用前景，研究成果必然為提高公路運營的信息化、科學化、規范化管理水平提供參考和依據。

2 當前物聯網技術的特點及在電力設施上的應用

1999年美國麻省理工學院Auto-ID提出了“萬物皆能通過網絡相互聯結”的觀點，并對物聯網的基本含義進行了闡述。ITU提出了物聯網的基本定義為“通過RFID、紅外傳感器、GPS、激光掃描設備、氣體感應器等傳感設備，按照規定的一系列協議，將任意物品連接到互聯網中，從而達到信息交換和通訊，用來實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理為目的的網絡[2]?！蔽锫摼W中的交互實體是時間或空間上可移動的物理實體或虛擬物體，采用近場無線通信、無線傳感與執行網絡與RFID等技術的融合，連接物理世界與虛擬世界[3]。

和傳統互聯網相比，物聯網有其鮮明技術特征。物聯網（Internet of Things，縮寫IOT），顧名思義就是連接物品的網絡。它是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它的主要特點：（1）它是各種感知技術的廣泛應用。（2）它是一種建立在互聯網上的泛在網絡（包括移動互聯網）。（3）物聯網不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制[4]。

電力的整個網架具有電壓等級多、配電設備多、支線較多、網絡結構復雜、事故幾率高、事故原因查找困難、變動頻繁等特征。在配電網運行自動化操作過程中包括數據采集與監控、故障自動隔離及恢復供電和電壓無功及無功管理；而對設備的管理、檢修管理、停電管理和規劃設計管理包括在配電網管理自動化中。在配網通信中，主要采用的通信方式有光纖以太網、配電載波、GPRS、LORA或3G等。在這些通信方式中光纖以太網采用EPON或GPON較多，但是由于光纖施工難度較大、綜合成本較高；GPRS、LORA等無線技術得到了廣泛的應用，并與移動互聯網結合效果非常好。通過分析物聯網技術可知，對于存在于配網終端與通信的問題可以使用物聯網技術很好地解決，僅需在配網設備及附件中加入傳感器并將其聯入互聯網將其聯入互聯網即可，通過對數據的采集與監控即可實現“三遙”（遙測、遙信、遙控）等自動化技術。圖1是一個典型的物聯網技術在電力設施中的應用實例。

3 系統整體架構及功能特點

電力監控與維護系統包括三部分的功能，它們分別是電力設施日常維護、電力設備實時監控和路燈的實時控制，電力設施日常維護主要包括幾種日常維護的業務類型，包括日常巡檢、設備維修，設備搶修和設備試驗四種方式，這些業務類型在電力行業均有明確的規范和要求，系統把這些要求標準化到實際的業務中，建立了一整套設備運營及維護體系；同時為了實時監控設備的運行和健康狀態，系統利用物聯網技術原理建立了一套設備監測體系，主要包括設備的實時監測、設備的告警和預警及監測點的實時維護；針對交通行業的特點，系統還建構了一套路燈實時控制的模塊，包括路燈規則的設置，路燈開關控制及開關狀態的查詢等。對于以上所有的功能模塊，系統在移動互聯上構建了相應的APP應用，以方便企業人員遠程操作。系統整體架構如圖2所示。

3.1 電力設施維護模塊

建立一套標準化的作業模式，嚴格遵循電力行業的標準；巡檢功能包括平臺的自動排程、標準化巡檢過程、標準化巡檢服務報告等，目的是做到巡檢業務流程的標準化，量化人員績效；維修功能是電氣設備正常運行的一種關鍵業務，包括維修單的生成、確認、維修服務報告的生成等，目的是做到業務有據可循，及時提醒、量化確認人員績效。

3.2 電力設施實時監測模塊

（1）電參量監測：采集和計算電量、電流、電壓、負荷等交流量。（2）實現每天用電的監測、分時電流、分時電壓、分時電荷的實時監測。（3）預警告警：檢測設備用電回路異常時，立即向主站上報數據進行告警；實現電壓逆相序、電流反極性、終端停電、終端上電、過負荷、過電流、過電欠電壓、電流不平衡、無功過補償、無功欠補償等信息告警。（4）用電分析：通過對各個電參量的大數據分析，展示每天峰平谷電量曲線、電壓畸變指數曲線、綜合功率因素數值、電通最大、最小、平均負荷等。（5）電能質量和能效分析：通過大數據模型電能分析，為企業提供用電質量的實時監測，包括功率因素、電流不平衡度、電壓不平衡度、用電負載率、峰谷平電量分析率，提供企業安全用電、節能用電的輔助決策。

3.3 路燈智能控制

利用物聯網技術，通過遠程終端與電房開關的電氣連接，實現手機APP、遠程電腦對各個開關的控制。同時，可根據需要設置開關閉合的規則，自動觸發開關的閉合，實現對開關狀態的實時掌控。

4 實際應用案例

廣州珠江黃埔大橋建設有限公司利用物聯網手段建立與完善日常電氣設備運營維護體系和規范，建立一套電氣設備監控、監測系統。該系統采用模塊化設計，對電氣設備進行數據采集、設備運行監視、負荷分析、能量管理、事故預警、事故記錄和分析、電能質量監視和控制等自動控制功能，提供連續可靠的供電保障，保障電力設備運行穩定、安全與高效。系統增加遠程設備操控開關，使用全新網頁和手機APP管理，分配維護人員管理權限，實時監測系統中各電氣設備狀態，做到電氣設備巡檢、維修、在線監測一體化操作，提供詳盡的巡檢、維修過程標準化模板，規范了管理報告及工單處理流程。應用功能見圖3。

通過對廣州珠江黃埔大橋建設有限公司電力監控及維護系統的實施與應用，公司實現了對電力設施資產的高效支撐，取得了較為明顯的應用成效，促進了企業精益化管理水平和設備運營維護能力的提升，主要體現在三個方面。

4.1 主動式運維

通過物聯網技術可實現對關鍵設備進行實時監測，對設備參數實現可視化監視；此外，還可通過遠程實時巡檢，對異常預警快速響應，從而擺脫傳統依靠人工巡檢的粗放被動式運維模式，使得設備運行狀態評價有據可依，極大提升運維效率。

4.2 精細化管理

通過提供完整、相互關聯、實時獲取的資產信息，科學評估健康水平，可在人機界面、移動端等標準化運維管理平臺提供全面且隨時可查的電子臺賬，以實現對資產的全生命周期運維管理。

4.3 未來增值可能

通過對設備拓撲結構的梳理、負載狀態和電能質量的實時監測，可提供對企業用電經濟運行的建議和指導、對三相不平衡問題提供科學的調整建議，借助物聯網平臺，真正實現電力設施的線上線下維護與監測，有效提升能效管理水平。

5 結 論

在這個快速變化的時代，企業正在經歷前所未有的沖擊和變革，并正在向智能化轉型。智能交通的復雜性和成本壓力要求企業必須由被動式維護戰略轉變為具有全面預測性和預防性的主動運維模式，確保資產的安全可靠運行。通過對關鍵資產的實時監測，以及基于數據分析的投資策略釋放資產潛能。智能化的資產管理、運維管理和能效管理在廣州珠江黃埔大橋建設有限公司電力監控及維護系統中的探討與實踐，助力企業在智能交通和數字化轉型中穩步前行。

參考文獻：

[1] 鐘國.高速公路建設對區域經濟發展促進作用分析 [J].財經界（學術版），2013（2）：25-26.

[2] ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things-Executive Summary [EB/OL].www.itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/InternetofThings_summary.pdf，2005.

[3] Suho Jeong，Seong Hoon Kim，Minkeun Ha，et al. Enabling Transparent Communication with Global ID for the Internet of Things [C]// Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing （IMIS），2012 Sixth International Conference on. S.l.：s.n.，2012：695-701.

[4] 屈軍鎖.物聯網通信技術 [M].北京：中國鐵道出版社，2011.

作者簡介：鄧輝（1980-），男，湖南常德人，本科。研究方向：主要從事物聯網電力監控與維護系統在交通行業的應用與研究。