依托NB-IoT的智能井蓋實時在線監測

國網宜昌供電公司 高 莉 付 榮 閆 超 余 杰 王首偉

隨著城市電纜化率的不斷增長，電纜井蓋作為電纜的重要保護，面臨著一系列安全風險問題。電力公司在溝道信息化管理方面一直處于空白，無法及時掌握溝道蓋板狀態，本文提出一種基于NB-IoT的井蓋實時監測系統解決方案，輔助運維人員及時發現并定位異常井蓋，提升溝道運維質效，降低電網安全運行風險。

外破及非法開蓋等安全風險問題。電纜蓋板作為電纜的重要保護，面臨著破損率高、違規開蓋等嚴重威脅電纜安全運行的風險。隨著各地智慧城市建設的積極開展，許多基礎設施改造施工隊為趕搶工期暴力施工，造成電纜蓋板損壞、電纜斷裂。由于城市的電纜化率不斷提升，電力公司管轄及代維的電纜通道分布廣泛，給電纜偷盜團伙和偷用通道空間放置易燃線纜、物品的不法企業及個人，非法開啟蓋板進行不法操作，提供了利益空間，給電纜及通道帶來了極大的安全隱患。從基層班組到運維管理單位都十分期待一套能夠實時監測溝道蓋板外破及開蓋行為的實時監測體系。

行人因蓋板破損或丟失發生踩空意外。城區的電纜溝修建常與市政道路配套開展，修建標準與質量無法掌控。蓋板是電纜通道最薄弱環節，蓋板在車輛碾壓、人員踩踏情況下極易從井口滑落，運維人員無法及時發現隱患，行人一旦誤入井口則直接墜入通道，造成人身傷害和財產損失。急需減少蓋板破損保持時間減少人身傷害。

蓋板缺乏信息化管理手段，難以及時運維。蓋板工況缺乏精準監測手段導致運維人員無法及時發現故障位置有效及時處理，電力公司的搶修隊伍往往在故障信息被耽擱很久之后，花費大量的時間和人力成本，尋找故障位置，且到達故障現場后需查勘蓋板型號后須再次往返方能完成一 次蓋板更換，影響公司的整體運營效率。

1 監測系統方案

1.1 監測原理

井蓋傳感器實時回傳蓋板的外破、開蓋、合蓋等信息，邊緣計算裝置給每一塊蓋板計算出一個絕對的物聯網編碼，井蓋狀態感知數據通過邊緣計算結合后形成蓋板的異動信息，信息通過NB-IoT物聯網通信協議上傳到中國電信物聯網平臺，系統服務器通過調用api接口接收中國電信物聯網平臺中的井蓋數據，在監測平臺形成各類相關應用并與GIS集成供web端與移動app調用。監測原理如圖1所示。

圖1 監測原理

1.2 系統架構

系統架構如圖2所示，各層含義如下：

圖2 系統架構

感知層：智能監測裝置以“物理感知”方式與通道蓋板連接，蓋板異動時啟動邊緣計算精確定位異動位置，并實時向邊緣計算裝置傳送。

邊緣計算層：利用邊緣計算裝置計算感知采集數據，將采集信號通過NB-IoT協議上傳至中國電信物聯網平臺，中國電信物聯網平臺通過api接口推送采集的數據。

應用數據層：本層將檔案數據、采集數據等各類數據按規則進行解析、整理入庫，實現內部數據管理協調。

數據分析層：通過蓋板的精確異動信息數據與其他相關數據融合，根據實際需求目標進行相關數據分析處理。

應用展示層：在移動終端部署內部移動APP，在服務器端部署客戶端軟件，實現通道及蓋板的資產管理、運維檢修管理及業務深化應用。

1.3 功能模塊

系統應用層分android手持設備、web系統兩大部分。系統的設計理念將滿足安裝人員、運維人員、監管人員（領導）等不同人員的需求，具體如下：

（1）數據采集模塊

監測裝置采集井蓋傳感器的狀態信息，包括溫度、狀態、蓋板編號等，通過NB-IoT協議上傳到電信物聯網平臺，服務端按平臺約定的接口規范和標準獲取監測裝置上報的數據。

（2）檔案管理模塊

該模塊用來存儲和管理蓋板、電纜通道資產的信息，描述蓋板尺寸、蓋板形狀、電纜明細等信息，形成電纜通道資產臺賬。具備資產管理權限與人員配置等功能，維護人員及所管轄區域的關聯關系。

（3）蓋板異動模塊

當發生蓋板外破、蓋板開啟、蓋板恢復、通道溫度超限等異動事件，監測終端能夠第一時間反饋告警信息，并基于物聯編碼精準提供異動蓋板的地理位置信息，同時通知地區運維負責人，并導航指引運維人員及時到達現場開展運維及搶修工作。

（4）裝置管理模塊

監測裝置長年埋入地下，需要監測通信裝置的工作狀態，指導運維人員及時處理異常或更換裝置，保障通信的有效性和及時性。可以實時采樣、測量和計算傳感器上報的各項數據，能遠程配置監測裝置的參數，如上報模式，上報頻率，手動參數矯正等。

（5）運維功能模塊

工單管理子模塊：根據上報的事件，將故障生成工單，分派到具體的工作人員，通過網頁、APP等多種渠道提醒各個相關人員，協調處理。

蓋板開合報警子模塊：蓋板開合會上報相應事件，并形成警報，運維人員可以通過web或移動端了解蓋板狀態。

安裝管理子模塊：輔助安裝人員現場調試監測裝置，引導正確設置參數指標，保證監測裝置的正常安裝和工作。

（6）數據分析模塊

統計和分析高頻故障蓋板，故障類型，蓋板型號，揭示規律，有針對性的加強保護，提高蓋板的穩固性；統計和分析發生故障的區域，故障頻率，結合地圖情況，展示異動發生熱點圖，指導工作人員差異化運維；綜合分析通道內溫度的情況，橫向對比不同通道的溫度，縱向對比不同時間的溫度，圖表結合展現，并在地圖上綜合展現，發現規律。

（7）GIS模塊

蓋板位置、裝置位置、人員定位和通道路線都將通過實時地圖的形式直觀呈現，地圖可放大縮小，通過操作地圖，可以瀏覽蓋板狀態、裝置位置、通道路線概況。當蓋板發生異常時，地圖上直接定位移動蓋板，動畫突出顯示，語音播報。當用戶登錄App端，會自動定位運維人員的實時位置，并導航前往故障點的路線和時間。

2 應用成效

第一，安全效益。及時發現并定位故障蓋板，有效避免蓋板外破或違規開蓋引發的電纜損傷、溝道火災、電網停運、行人踏空跌落等安全隱患，降低電網安全運行風險。第二，社會效益。為行人的道路安全提供了更堅實的保障，探索能源互聯網與智慧城市建設深度融合方式及場景應用，運用現代科技更好的服務民生，彰顯能源互聯網企業風范。

結語：基于物聯網通信實時采集井蓋狀態信息，將道路交通地圖與井蓋傳感器采集的狀態數據相結合，為裝置的安裝部署、蓋板的實時狀態顯示、異動蓋板的位置指引、通道的溫度環境預警等提供直觀清晰的地理信息支撐，為溝道運維管理提供信息化監測手段，提升城市及電網安全水平。