NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能防盜井蓋的研究

國網(wǎng)西寧供電公司 陳俊德 展 飛 竇 巍 李 超 張建旭 孫 瑞

對井蓋隨意打開被盜及對破壞井蓋的行為，提出井蓋的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控進(jìn)行及時(shí)報(bào)警提出中心遠(yuǎn)程開啟控制，基于NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)防盜井蓋守住井口。設(shè)計(jì)了一套具備防盜功能及支持實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程狀態(tài)上傳功能的井蓋，實(shí)現(xiàn)對于電纜隧道出入口的管理，提高設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境安全，降低因盜割現(xiàn)象導(dǎo)致的運(yùn)行故障。該系統(tǒng)最大特點(diǎn)是利用先進(jìn)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)、云存儲、大數(shù)據(jù)技術(shù)，數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測井蓋的出入口環(huán)境安全。

要有效的管理電纜隧道設(shè)備運(yùn)行安全，首先就要守好電纜隧道的出入口，也就是電纜隧道檢查井的井蓋。大部分井蓋丟失及盜割電纜的行為，都是從打開一個(gè)井蓋開始的，只有做到對井蓋的防盜功能提升及有效實(shí)時(shí)監(jiān)控，才能避免電纜被盜割，威脅設(shè)備安全運(yùn)行，造成安全隱患。多年來，井蓋被盜的難題都沒有得到很好的解決。井蓋被盜造成了城市公共設(shè)施的損壞，不僅僅是給城市經(jīng)濟(jì)帶來了損失，更嚴(yán)重的是危及到了公共安全。基于此，有必要設(shè)計(jì)出一款具備防盜功能及支持實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程狀態(tài)上傳功能的井蓋，實(shí)現(xiàn)對于電纜隧道出入口的管理，提高設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境安全，降低因盜割現(xiàn)象導(dǎo)致的運(yùn)行故障。

智能防盜井蓋是以NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出一款具備防盜功能及支持實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程狀態(tài)上傳功能的井蓋，實(shí)現(xiàn)對于電纜隧道出入口的管理，提高設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境安全，降低因盜割現(xiàn)象導(dǎo)致的運(yùn)行故障。

1 智能防盜井蓋系統(tǒng)

1.1 硬件組成及工作原理

基于NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能防盜井蓋的系統(tǒng)主要由3部分組成：智能防盜井蓋，井蓋鎖體部分、后臺服務(wù)器。由后臺發(fā)出井蓋開啟命令，經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)云平臺進(jìn)行信息傳輸，井蓋鎖芯即可由任意未授權(quán)開鎖儀套在鎖芯上轉(zhuǎn)動(dòng)開啟，井蓋閉鎖時(shí)可自動(dòng)落鎖。井蓋在未發(fā)出開鎖命令時(shí)處于閉鎖狀態(tài)，閉鎖時(shí)使用開鎖儀不可開啟，開鎖儀套在鎖芯上轉(zhuǎn)動(dòng)為滑絲狀態(tài)。

（1）物聯(lián)網(wǎng)智能防盜井蓋主體性能參數(shù)

智能防盜井蓋材質(zhì)為噴塑鍍鋅鋼板。井蓋正面由把手和鎖芯組成，背面由可伸縮三爪鎖銷及物聯(lián)網(wǎng)模塊組成，井蓋主要參數(shù)見表1。

（2）井蓋鎖體

物聯(lián)網(wǎng)智能防盜井蓋獨(dú)特的鎖體防外力破壞空轉(zhuǎn)技術(shù)，當(dāng)鎖體閉鎖時(shí)鎖芯處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，無受力點(diǎn)，使得鎖體不容易被外力強(qiáng)行擰壞。無接觸式供電及通信觸點(diǎn)，鎖體采用航空級鋁合金并經(jīng)過陽極氧化處理，三爪鎖桿等其余部件均采用304不銹鋼。

表1 智能防盜井蓋參數(shù)

此物聯(lián)網(wǎng)智能防盜井蓋鎖包括離合器控制裝置和鎖芯，其中鎖體離合器控制裝置，包括舵機(jī)、與舵機(jī)連接的動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、與動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)連接的彈出機(jī)構(gòu)、以及套在動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)外面的鎖定機(jī)構(gòu)。利用機(jī)械和滾珠結(jié)構(gòu)，達(dá)到了智能防盜離合器的目的，保障了井蓋能夠可以使用。同時(shí)本發(fā)明重復(fù)性好，可靠性高，能夠根據(jù)遠(yuǎn)程和就地命令進(jìn)行動(dòng)作。

物聯(lián)網(wǎng)智能防盜井蓋的鎖芯采用機(jī)電式混用機(jī)芯，主要包括固定模塊、動(dòng)作模塊、檢測模塊，通過根據(jù)得到開鎖和關(guān)鎖的命令，從而進(jìn)行動(dòng)作。該智能鎖可靠性高，能夠根據(jù)遠(yuǎn)程和就地命令進(jìn)行動(dòng)作。

智能防盜井蓋鎖關(guān)鎖時(shí)，當(dāng)智能電子鎖接收到關(guān)鎖的命令后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)尼龍齒輪逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，尼龍齒輪帶動(dòng)齒條向左運(yùn)動(dòng)，齒條壓縮硬彈簧向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鎖銷外面受阻時(shí)，硬彈簧不能立即把鎖銷向外彈出去，同時(shí)齒條使硬彈簧處于儲能狀態(tài)，當(dāng)鎖銷外面沒有受阻時(shí)，硬彈簧立即可把鎖銷向外彈出去，此時(shí)軟彈簧處于自由彈開狀態(tài)，硬彈簧處于儲能狀態(tài)。鎖芯關(guān)鎖狀態(tài)如圖1所示。

圖1 鎖芯關(guān)鎖狀態(tài)示意圖

智能防盜井蓋鎖開鎖時(shí)，當(dāng)智能電子鎖接收到開鎖的命令后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)尼龍齒輪順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，尼龍齒輪帶動(dòng)齒條向右運(yùn)動(dòng)，硬彈簧向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鎖銷外面沒有受阻時(shí)，儲能的軟彈簧直接就把鎖銷向內(nèi)彈回去，此時(shí)軟彈簧、硬彈簧均處于自由彈開狀態(tài)。鎖芯關(guān)鎖狀態(tài)如圖2所示。

圖2 鎖芯開鎖狀態(tài)示意圖

（3）井蓋物聯(lián)網(wǎng)模塊

物聯(lián)網(wǎng)通信模塊可支持NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，其微功耗設(shè)計(jì)能保證電池使用壽命長達(dá)5年。

物聯(lián)網(wǎng)智能井蓋物聯(lián)網(wǎng)模塊支持MQTT協(xié)議、COAP協(xié)議，可方便快捷的接入到標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議云平臺。井蓋物聯(lián)網(wǎng)模塊可實(shí)時(shí)監(jiān)控電子井蓋的開關(guān)狀態(tài)、電池電量等。傾角，振動(dòng)檢測、非法開鎖等異常狀態(tài)可通過短信，平臺等及時(shí)告警。在物聯(lián)網(wǎng)模塊電池沒電，網(wǎng)絡(luò)故障等特殊情況下可用應(yīng)急授權(quán)開鎖儀本地開啟。

1.2 中心遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程中心遠(yuǎn)程控制平臺具有地圖顯示功，井蓋設(shè)備狀態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示、遠(yuǎn)程開鎖功能、用戶權(quán)限管理、日志記錄、定期備份、工單管理、數(shù)據(jù)報(bào)表、平臺報(bào)警等功能，同時(shí)平臺報(bào)警信息可通過PC客戶端彈窗、語音報(bào)警、手機(jī)APP推送、短信報(bào)警方式通知用戶。

2 實(shí)際應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場安裝物聯(lián)網(wǎng)智能防盜井蓋遵循“超前規(guī)劃，適度預(yù)留，穩(wěn)定可靠，易于擴(kuò)展”的原則，采用必要的技術(shù)手段，安裝防盜井蓋系統(tǒng)，可有效的守住電纜溝道出入口，確保電纜溝道只有被授權(quán)的工作人員才能進(jìn)入其中，保證電力電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行。

物聯(lián)網(wǎng)智能防盜井蓋安裝方便快速，井蓋采用無線供電加物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)計(jì)，現(xiàn)場無需敷設(shè)任何線纜直接安裝。

基于NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)智能防盜井蓋具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

防撬設(shè)計(jì)：獨(dú)特的鎖體防外力破壞空轉(zhuǎn)技術(shù)，當(dāng)鎖體閉鎖時(shí)鎖芯處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，無受力點(diǎn)，使得鎖體不容易被外力強(qiáng)行擰壞。

三防設(shè)計(jì)：IP68防護(hù)等級，10m水深內(nèi)長期穩(wěn)定工作，防火、防塵。

防銹防腐蝕設(shè)計(jì)：蓋體采用鍍鋅鋼板，無接觸式供電及通信觸點(diǎn)，鎖體采用航空級鋁合金并經(jīng)過陽極氧化處理，鎖桿等其余部件均采用SU304，整體通過72h中性鹽霧測試，鎖體無任何變化，開關(guān)正常。

具備內(nèi)部開啟逃生功能：無論電子井蓋是否上鎖，無需任何輔助工具單人可從內(nèi)部直接開啟電子井蓋。

具備外部應(yīng)急開鎖功能：在井蓋電池耗盡，或通信故障的情況下，已授權(quán)的手持終端能夠進(jìn)行正常開鎖，上鎖操作。

遠(yuǎn)程控制通信功能：井蓋監(jiān)控系統(tǒng)以子網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的訪問和控制，通信符合TCP/IP通信協(xié)議；并可將圖像上送站內(nèi)其他系統(tǒng)。

報(bào)警系統(tǒng)：井蓋具有敲擊，掀開、強(qiáng)力破壞報(bào)警功能。

結(jié)語：本文在分析防盜井蓋-物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警方案井蓋，其方案井蓋上加裝電池及聯(lián)網(wǎng)通信模塊，實(shí)現(xiàn)井蓋開閉狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、井蓋異常打開報(bào)警、遠(yuǎn)程開鎖、低電量報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)等功能，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警方案井蓋供電中斷或聯(lián)網(wǎng)失敗時(shí)，可通過應(yīng)急授權(quán)手持開鎖終端開鎖。實(shí)現(xiàn)對于電纜隧道出入口的管理，提高設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境安全，降低因盜割現(xiàn)象導(dǎo)致的運(yùn)行故障。

井蓋監(jiān)控系統(tǒng)主要在電纜通道沿線檢查井處加裝監(jiān)控警示井蓋，對于非法進(jìn)出、破壞和盜竊及外井蓋開閉狀態(tài)和丟失等行為進(jìn)行有效監(jiān)控，能夠很好的適應(yīng)隧道內(nèi)惡劣工作環(huán)境，可以有效的打擊非法進(jìn)入電纜隧道和管井的偷盜及破壞電力設(shè)施行為，規(guī)范電纜管井資源管理，理順進(jìn)入電纜隧道和管井工作管理流程，防止各種線路的私拉亂放，保證電纜線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著非常重要的意義。

下一步研究方向：基于NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)防盜井蓋系統(tǒng)著重于防盜技術(shù)的研究，接下來會把自我辨別技術(shù)融合在系統(tǒng)中，從識別震動(dòng)頻率及響度的特征中提取數(shù)據(jù)，區(qū)別正常的生活震動(dòng)與外力破壞震動(dòng)。