基于前端智能感知的電力現場作業安全監督系統設計

江蘇電力信息技術有限公司 趙 南 楊定坤 曹 磊

電力現場作業安全監督管理，存在以人工經驗為主，效率較低的問題，為此提出基于前端智能感知的電力現場作業安全監督系統。在硬件設計上，以前端感知器的設計為基礎，對安全監督系統進行架構進行設計；在軟件設計上，根據前端智能感知技術，設計了電力現場作業安全監督系統模型，實現對電力現場作業時的操作監控。通過測試可知，該系統能夠達成提高安全監督的效率的測試要求，該安全監督系統有著更高的可靠性以及高效性。

在電力生產作業現場，做好安全防控和風險預控具有重要意義，但是在實際電力生產過程中，由于作業人員安全意識不足等問題，易產生人身及設備安全事故。因此對電力作業現場的安全監督管理與風險控制的加強勢在必行。電力現場作業主要存在的安全風險為人身安全風險、電網安全風險和設備安全風險，故提出一種基于前端智能感知的電力系統現場作業安全監督系統架構，采用前端智能感知等新技術，對各類作業現場的全過程進行實時視頻監控、智能判斷及預警，提升現場作業安全監督水平和效率。此次研究利用前端智能感知技術，對電力現場作業安全的監督與管理提供更加有效且高效的監督系統。

1 前端智能感知

智能感知技術是一種以生物特征、自然語言和動態圖像的理解為基礎的智能信息處理和控制技術。感知數據分析系統是其核心模塊之一，分為前端感應器和感應器網絡兩部分，主要應用于前端信息的感知以及信息的收集工作。該系統能夠對感知數據進行初步分析處理，實現感知數據的預處理及監控數據的實時分析，并通過智能感知數據分發和控制服務器，對感知到的數據進行集中存儲和管理。

在電力現場作業安全的監督中，傳統的人工監督難以適應當下電力工業的發展的水平，因此以前端智能感知技術為基礎設計電力現場作業安全監督系統。在該系統的應用中，前端智能感知處理系統能夠智能感知電力現場作業中存在的安全風險及漏洞，并能夠通過對風險及漏洞的分析給出相應的解決措施，進而有效保證電力施工現場的作業安全，減少事故帶來的損失。

2 電力現場作業安全監督系統的硬件設計

2.1 系統架構設計

本系統采用的是BS結構，系統服務端軟件和服務器采用集中部署的方式，應用程序部署在web服務器上，程序采用基于Java技術的三層架構，系統的客戶端采用MVC設計模式，在Android平臺上進行部署。應用服務器發送數據給客戶端，客戶端將接收到的數據進行解析并做本地化處理。系統授權用戶通過電力廣域網訪問本系統，系其網絡拓撲圖如1所示。

圖1 系統網絡架構

2.2 前端感知傳感器設計

前端感知器是指負責傳感器信息的采集和傳送以及系統控制指令的傳輸的、為電力施工作業現場提供感知數據來源的前端感知應用系統。控制系統主要包括應急報警系統、視頻監控系統、作業分析系統、人員管理系統、監督標準管理系統等。各系統能夠為監督平臺提供數據來源，能夠使電力施工現場實現感知層的網絡化和數字化，也是該監督系統實現感知的基礎。

傳統視頻監控系統由多個獨立模塊組成，使用起來較為繁瑣。當下的智能前端系統能夠在前端采集后，將所采集到的圖像信息傳送給主控制器進行處理。綜合考慮各方面需求和因素，主控制器采用的是美國Microship公司PIC24FJl92GBl06款單片機，前端感知節點采用了TI公司的CC2530芯片。PIC24FJl92GBl06是16位MCU，系統集成包含一組核心模塊和功能，CC2530內嵌的8051單片機I/O口能夠與各種傳感器相連，實現數據交換。

3 電力現場作業安全監督系統的軟件設計

在對基于前端智能感知的電力現場作業安全監督系統進行軟件設計時，需要合理應用現有的硬軟件資源，在深入研究系統需求的基礎上選取適合的結構框架。在對于系統進行設計時，應遵循實用性、完備性、可靠性、經濟性、規范性以及可修改性的原則對系統的軟件功能進行設計。

3.1 搭建監督數據庫

圖2 電力現場作業安全監督系統數據表關系圖

系統數據庫設計分為四部分：安全監督標準化內容、基礎數據、監督過程管理表、操作日志。針對數據庫的設計，應該根據布局合理、數據庫的標準化、數據的準確及共享性、數據的獨立及安全性的原則來進行設計。此外，為了防止數據的丟失，還應對數據進行及時備份。系統數據庫的總體結構與關系如圖2所示。

由圖2的數據表關系圖可知，系統數據庫的安全監督系統包括事故記錄和安全監督兩部分，包含事故信息、事故原因、事故附件、監督標準管理、安全監督管理以及安全監督分析。事故記錄系統能夠存儲整合電力現場作業中的事故實例，安全監督系統能夠分析事故案例，進而通過事故案例的分析結果來達到對電力作業現場的安全監督目的。

3.2 監督系統的模塊設計與實現

安全監督系統主要包含系統管理、監督人員管理、監督標準管理、任務管理、安全監督管理、安全監督分析、知識庫管理等八個功能模塊。建立該模型，需要預先了解電力現場作業安全監督的流程，以此為基礎建立以監督數據庫為基礎的監督系統的模塊，并對其設計進行說明。

4 電力現場作業安全監督系統的測試與分析

電力現場作業安全監督系統的測試采用黑盒測試方法，以系統界面和系統功能進行測試為主。搭建仿真測試平臺，通過實驗分析，驗證此次設計的系統處理數據的能力。實驗將此次設計的系統作為實驗組，將根據文獻設計的系統作為對照組，利用仿真測試軟件模擬一個安全監督實驗。

表1 系統客戶端和服務器的測試環境

首先進行系統功能測試，測試環境主要包括用戶前端工作站環境、后臺服務器環境。利用測試環境仿真正式運行環境，找到目前所設計系統存在的問題，因此讓硬件參數和軟件參數無限接近于正式環境。系統客戶端和服務器的測試環境如表1所示。

根據該監督系統的驗收標準分析測試結果。測試任務中應注意運行路徑、內部結構等因素的影響，判斷該監督系統是否能夠滿足需求。在同樣的測試條件下，此次設計的系統具有明顯的優越性。隨著虛擬用戶數的增加，與舊系統相比，新系統響應的最小值、最大值和平均值都有所增加，通過數量也明顯增加。執行上述步驟之后可以看出系統運行良好，說明新系統具有更高的可靠性。

結束語：本文以傳統的電力現場作業的安全監督為基礎，通過融合前端智能感知技術，完成了電力現場作業安全監督標準化以及先進化的要求。此次設計的系統仍存在著不足之處，但通過對該系統可擴展性的利用，今后仍可根據前端智能感知技術對其進行進一步的優化，實現對電力現場作業安全的維護與監督。希望本文研究能夠為后序研究提供依據。