地下電纜綜合管理及移動(dòng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究

魏永, 劉發(fā)年, 陳佳, 章兵

(國(guó)網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司 安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司， 合肥 230088)

0 引言

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司設(shè)備(資產(chǎn))運(yùn)維精益管理系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PMS2.0)的推廣建設(shè)和營(yíng)配調(diào)數(shù)據(jù)治理的工作開(kāi)展，針對(duì)現(xiàn)有地下電纜反復(fù)開(kāi)挖路面、架空線(xiàn)網(wǎng)密集、管線(xiàn)事故頻發(fā)等問(wèn)題，提出信息化管理要求，以便及時(shí)完成城市地下管線(xiàn)普查、城市地下老舊管網(wǎng)改造、綜合管理信息系統(tǒng)建設(shè)，力爭(zhēng)建成較為完善的城市地下電纜采集與管理體系。但基于人工的傳統(tǒng)地下電纜采集與信息管理，存在采集效率低、準(zhǔn)確性較低、管理成本高等諸多弊端，很難適應(yīng)日益增長(zhǎng)的地下電纜信息化管理需要[1-3]。因此，如何利用高效手段進(jìn)行地下電纜數(shù)據(jù)采集和信息化管理是目前亟待解決的問(wèn)題。

在采集方面，現(xiàn)有的采集方式大多采用人工與移動(dòng)終端結(jié)合的方式[4]，由于地下電纜所處工況復(fù)雜多變，歷史數(shù)據(jù)缺失，人工采集經(jīng)常出現(xiàn)采集對(duì)象無(wú)法核對(duì)，采集人員技能參差不齊等情況，采集成果的質(zhì)量取決于一線(xiàn)作業(yè)人員的采集水平。在采用移動(dòng)作業(yè)終端進(jìn)行信息采集的過(guò)程中，很難打通與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道，導(dǎo)致采集成果無(wú)法對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行有效的支撐，操作過(guò)于復(fù)雜，加重對(duì)一線(xiàn)作業(yè)人員的負(fù)擔(dān)[5]。電力企業(yè)主要通過(guò)PMS2.0以及各類(lèi)信息化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有地下電纜的綜合管理[6]，以大規(guī)模集群的方式部署于電力公司內(nèi)網(wǎng)，管理流程復(fù)雜，缺乏有效的專(zhuān)題圖形支持，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與一線(xiàn)作業(yè)人員的聯(lián)動(dòng)，對(duì)運(yùn)維工作帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的采集與信息化管理系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足日益復(fù)雜的地下電纜采集與管理需求。

本文根據(jù)文獻(xiàn)研究成果，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于智能移動(dòng)終端和GIS平臺(tái)的地下電纜綜合管理及移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)將移動(dòng)技術(shù)和電網(wǎng)GIS技術(shù)相融合，通過(guò)移動(dòng)終端自帶信息讀取模塊，實(shí)時(shí)獲取待采電纜相關(guān)信息，并結(jié)合GIS技術(shù)對(duì)地下電纜信息進(jìn)行智能化管理。通過(guò)地下電纜綜合管理及移動(dòng)應(yīng)用研究，建立規(guī)范化的地下電纜數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)與流程，以圖形資源為核心，實(shí)現(xiàn)地下電纜及其管道設(shè)施的“圖數(shù)一體化”采集，達(dá)到“源端維一、共維共享”的數(shù)據(jù)管理目標(biāo)；以貫穿地下電纜規(guī)劃設(shè)計(jì)、輔助工程建設(shè)、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、運(yùn)維檢修等環(huán)節(jié)的全過(guò)程閉環(huán)管理為主線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)地下電纜管理自動(dòng)化、業(yè)務(wù)流程互動(dòng)化，為地下一線(xiàn)管理人員提供決策支持，全面支撐地下電纜及管道移動(dòng)業(yè)務(wù)的開(kāi)展。

1 研究目的與意義

本課題通過(guò)透析國(guó)家電網(wǎng)公司的地下電纜采集與信息化管理趨勢(shì)，本課題以地下電纜高效化采集與精益化管理為研究對(duì)象，通過(guò)分析國(guó)家電網(wǎng)公司地下電纜采集和管理趨勢(shì)，探索智能終端采集，精益化管理模式，以移動(dòng)采集、數(shù)據(jù)貫通、專(zhuān)題管理為切入點(diǎn)，提升采集效率，優(yōu)化管理水平，改善用戶(hù)體驗(yàn)，推進(jìn)地下電纜采集高效化和管理精益化，具體目標(biāo)如下：

1) 規(guī)范作業(yè)流程：制定地下電纜采集規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范地下電纜移動(dòng)終端操作流程。

2) 統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型：統(tǒng)一地下電纜、管道、附屬設(shè)施數(shù)據(jù)模型，建立全息數(shù)據(jù)庫(kù)。

3) 提升采集效率：基于智能移動(dòng)作業(yè)終端，融合物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提升移動(dòng)采集效率。

4) 優(yōu)化專(zhuān)題圖形：利用移動(dòng)作業(yè)終端，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)專(zhuān)題圖形的自動(dòng)成圖。

5) 貫通數(shù)據(jù)流程：打通與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)橫向融合，縱向貫通。

6) 提升管理水平：基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提升地下電纜生產(chǎn)、檢修、狀態(tài)評(píng)價(jià)等方向上的管理水平，提升地下電纜安全性和業(yè)務(wù)可靠性。

2 地下電纜綜合管理及移動(dòng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 地下電纜采集與管理現(xiàn)狀分析

通過(guò)研究分析國(guó)內(nèi)外企業(yè)運(yùn)維特點(diǎn)和新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)企業(yè)信息系統(tǒng)運(yùn)維業(yè)務(wù)均強(qiáng)調(diào)了集約化、扁平化、資源配置管理及自動(dòng)化管理的發(fā)展目標(biāo)，而集約化、扁平化、自動(dòng)化管理的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)往往離不開(kāi)信息系統(tǒng)軟硬件的高度集中，本次調(diào)研工作就集中部署及分散式運(yùn)維的差異性進(jìn)行了全面的分析，梳理出集中式部署信息系統(tǒng)運(yùn)維工作存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題與不足：

通過(guò)研究分析國(guó)內(nèi)外電力企業(yè)運(yùn)地下電纜采集與信息化管理趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)電力企業(yè)采集管理業(yè)務(wù)均強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)場(chǎng)化、高效化、自動(dòng)化及集成化的發(fā)展目標(biāo)，而現(xiàn)場(chǎng)化、高效化、自動(dòng)化管理的實(shí)現(xiàn)必然涉及到移動(dòng)互聯(lián)以及專(zhuān)業(yè)化管理平臺(tái)的建設(shè)，本次需求調(diào)研工作就地下電纜移動(dòng)采集與綜合管理的現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的分析，梳理出現(xiàn)階段地下電纜采集與管理工作存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題與不足：

1) 沒(méi)有建立強(qiáng)大的管道(孔)與電纜一體化拓?fù)潢P(guān)系，不能體現(xiàn)電力管道內(nèi)部資源占用情況，同時(shí)系統(tǒng)與電力管道設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)工作脫離，無(wú)法根據(jù)資源使用及設(shè)備健康水平有效指導(dǎo)地下電纜路徑優(yōu)化。

2) 平臺(tái)展示設(shè)備均為投運(yùn)設(shè)備，規(guī)劃建設(shè)及建設(shè)過(guò)程中的管道設(shè)備無(wú)法體現(xiàn)，缺少專(zhuān)題圖形展示規(guī)劃建設(shè)或在建電力管道圖形信息，不能有效指導(dǎo)地下管網(wǎng)整體規(guī)劃。

3) 現(xiàn)有功能缺乏對(duì)地下電纜及管道綜合查詢(xún)、高級(jí)分析、各類(lèi)專(zhuān)題圖(斷面占用、風(fēng)險(xiǎn)管控等)的有效支撐。

4) 電力管道設(shè)備數(shù)據(jù)通過(guò)平面進(jìn)行展示，主要體現(xiàn)在圖形數(shù)據(jù)采用傳統(tǒng)的CAD制圖，無(wú)法對(duì)地下管線(xiàn)與熱力、水務(wù)、煤氣等市政管網(wǎng)進(jìn)行三維效果的展示，不能有效防止破挖的事故發(fā)生。

為了解決上述問(wèn)題，必須對(duì)所有地下電纜資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)采集，使得地下電纜臺(tái)帳數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符，同時(shí)要統(tǒng)一地下電纜精益化管理模式，能夠提供電纜地面軌跡走向、電纜中間頭、電纜盤(pán)余、電纜井、以及管道資源本體及附屬設(shè)施、其他輔助設(shè)備的相關(guān)信息，使地下電纜資源真正實(shí)現(xiàn)精益化管理，同時(shí)需要健全數(shù)據(jù)異動(dòng)維護(hù)管理機(jī)制，為地下電纜精益化管理可持續(xù)性發(fā)展做好強(qiáng)有力的保障。

2.2 地下電纜采集與管理發(fā)展趨勢(shì)研究

隨著城市電纜化率的不斷提升，在地下電纜信息化建設(shè)初期，采集作業(yè)主要以人工采集為主，輔以各類(lèi)定位，測(cè)量設(shè)備，管理的數(shù)據(jù)也大多采用紙質(zhì)文檔進(jìn)行收集；信息化建設(shè)中期，電力企業(yè)多采用移動(dòng)作業(yè)工具進(jìn)行采集，側(cè)重于提高采集工作效率，各類(lèi)采集信息轉(zhuǎn)向由CAD等專(zhuān)業(yè)工具處理后的文檔、圖像等。信息化建設(shè)完成后，電力企業(yè)多采用智能移動(dòng)終端、集成圖像采集、 身份認(rèn)證、影像處理等種功能模塊，對(duì)人員、資源、規(guī)范、流程進(jìn)行統(tǒng)籌管理與分配，形成地下電纜數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)體系，促進(jìn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、智能化。同期，電力企業(yè)的地下電纜信息化管理也形成了專(zhuān)業(yè)化的管理系統(tǒng)，PMS2.0等一批業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)逐漸走向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化，通過(guò)這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提供電纜地面軌跡走向、電纜中間頭、電纜盤(pán)余、電纜井、以及管道資源本體及附屬設(shè)施、其他輔助設(shè)備的相關(guān)信息，使地下電纜資源真正實(shí)現(xiàn)精益化管理，同時(shí)健全數(shù)據(jù)異動(dòng)維護(hù)管理機(jī)制，為地下電纜精益化管理可持續(xù)性發(fā)展做好強(qiáng)有力的保障，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 終端化采集

為了確保地下電纜現(xiàn)場(chǎng)采集能夠適應(yīng)不同的工況，電力企業(yè)在現(xiàn)階段的采集工程中充分利用了移動(dòng)終端、電子標(biāo)簽、北斗定位等新技術(shù)，根據(jù)采集對(duì)象定制移動(dòng)作業(yè)終端。

2) 自動(dòng)化建模

通過(guò)移動(dòng)作業(yè)終端完成各類(lèi)專(zhuān)題圖形的自動(dòng)成像，針對(duì)采集后的進(jìn)行校核驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)建模。

3) 數(shù)據(jù)集成化

電力企業(yè)通過(guò)電力移動(dòng)專(zhuān)網(wǎng)打通移動(dòng)作業(yè)終端與信息內(nèi)網(wǎng)各類(lèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，將自建建模成果實(shí)時(shí)反饋到業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)橫向融合，縱向貫通。

4) 管理平臺(tái)化

電力企業(yè)的地下電纜信息化管理基本通過(guò)建立各類(lèi)地下電纜專(zhuān)業(yè)化管理平臺(tái)進(jìn)行管理，通過(guò)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、運(yùn)維檢修各類(lèi)專(zhuān)業(yè)的統(tǒng)籌管控。

2.3 地下電纜綜合管理及移動(dòng)應(yīng)用模型

未來(lái)，電纜綜合管理及移動(dòng)應(yīng)用模型是地下電纜一體化采集與管理的新模式。通過(guò)對(duì)電力公司地下電纜及其管道數(shù)據(jù)采集、綜合管理、滾動(dòng)維護(hù)需求研究，建立地下電纜及其管道標(biāo)準(zhǔn)化采集流程與體系，統(tǒng)一電纜設(shè)備編碼命名規(guī)范、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、圖形標(biāo)準(zhǔn)、電力電纜通道資源普查標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合地下電纜及其管道信息化管理方法，完成地下電纜綜合管理移動(dòng)應(yīng)用模型的建立，通過(guò)理論和實(shí)際相結(jié)合，深化與電網(wǎng)GIS平臺(tái)之間的集成，完成地下電纜及其管道綜合管理系統(tǒng)的功能開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)地下電纜及其管道的數(shù)據(jù)采集、專(zhuān)題圖管理、輔助工程建設(shè)、運(yùn)維檢修、運(yùn)行監(jiān)測(cè)等功能模塊，完成模型試點(diǎn)應(yīng)用。

1) 數(shù)據(jù)采集

采用安全可信移動(dòng)作業(yè)終端，結(jié)合GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))、GIS(地理信息系統(tǒng))、GPRS(無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù))、物聯(lián)網(wǎng)信息采集等多種技術(shù)，完成地下電纜移動(dòng)數(shù)據(jù)采集工具，為用戶(hù)提供移動(dòng)高效采集服務(wù)。

2) 專(zhuān)題圖管理

基于移動(dòng)作業(yè)終端，利用圖像識(shí)別以及邊緣計(jì)算方式，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的地下電纜、通道以及各類(lèi)附屬設(shè)施建立各類(lèi)專(zhuān)題應(yīng)用圖形，為地下電纜管理部門(mén)提供各類(lèi)數(shù)據(jù)支撐。

3) 輔助工程建設(shè)

提供基礎(chǔ)地下電纜走向外，為市政等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部門(mén)提供施工依據(jù)，減少外力破壞帶來(lái)的事故損失，同時(shí)針對(duì)地下電纜敷設(shè)提供剩余管孔分析，輔助工程建設(shè)。

4) 運(yùn)維檢修

為一線(xiàn)運(yùn)維檢修人員提供第一手的地下電纜數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成最佳檢修路線(xiàn)，通過(guò)移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)維檢修過(guò)程的綜合管控，保障運(yùn)維檢修作業(yè)質(zhì)量。

5) 運(yùn)行監(jiān)測(cè)

集成現(xiàn)有地下電纜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，第一時(shí)間獲取地下電纜故障報(bào)警數(shù)據(jù)，指導(dǎo)運(yùn)維檢修人員進(jìn)行及時(shí)搶修。

3 創(chuàng)新與技術(shù)難點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)化流程化管理：制定一套高效地下電纜采集規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范地下電纜探測(cè)技術(shù)與地下電纜探測(cè)儀器操作流程，在探測(cè)經(jīng)度與深度上實(shí)現(xiàn)提升，同時(shí)探索通過(guò)移動(dòng)終端將探測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，根本上解決了地下電纜臺(tái)賬不清、查找不便、影響搶修效率的問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)地下電纜信息化、專(zhuān)業(yè)化、精細(xì)化管理奠定了基礎(chǔ)。

專(zhuān)題圖形精細(xì)化設(shè)計(jì)：充分調(diào)研一線(xiàn)人員地下電纜管理需求，在設(shè)計(jì)電纜及其管道專(zhuān)題圖形展示時(shí)，采用靈活的剖面圖建模功能，支持埋設(shè)單雙剖面維護(hù)方式；實(shí)現(xiàn)電纜井、隧道、管溝、穿越管等各種工況類(lèi)型的專(zhuān)題圖展示；實(shí)現(xiàn)管孔信息的自動(dòng)化標(biāo)注功能；實(shí)現(xiàn)管井照片上傳、查看和結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)功能。

可復(fù)用規(guī)則集成接口設(shè)計(jì)：從數(shù)據(jù)整體關(guān)聯(lián)性的角度整合系統(tǒng)現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)電纜地面走向圖、電纜走廊分析、電纜路徑規(guī)劃分析、管道專(zhuān)題圖等功能，并充分調(diào)研現(xiàn)有PMS2.0、GIS以及ERP系統(tǒng)中對(duì)于電纜及其管道的數(shù)據(jù)管理需求，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)安全專(zhuān)項(xiàng)方案，通過(guò)幾口實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)地下電纜及其管道全息數(shù)據(jù)的重復(fù)利用。

4 總結(jié)

本課題基于電力企業(yè)地下電纜綜合管理及移動(dòng)應(yīng)用需求，研究國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的地下電纜采集以及管理發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合電力企業(yè)地下電纜采集管理現(xiàn)狀，打通各類(lèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道，改變以往人工、低效、單一的采集與管理模式，研究各類(lèi)地下電纜采集與管理差異性分析，提出地下電纜綜合管理及移動(dòng)應(yīng)用模型，實(shí)現(xiàn)地下電纜高效化采集與精益化管理的要求。