基于泛在電力物聯網的電網基建安全質量信息監控平臺的設計與實現＊

蔣一峰

（中國電力科學研究院有限公司，北京 100192）

引言

輸變電工程建設，其具有安全風險大、作業點多面廣、施工場地開放、分包人員眾多且流動性強等特點，安全生產形勢嚴峻。電力物聯網技術的興起和發展為電網基建安全質量管理提供了新的基礎支持，極大地提升了施工現場安全感知、信息共享、智能預警水平，確保了施工安全始終可控、能控、在控。本文以電網基建安全質量監控平臺（以下簡稱監控平臺）為載體，闡述物聯網和大數據分析技術在電網建設安全質量管理領域的應用和實現過程，對電網基建管理信息化工作具有一定的借鑒意義。

一、泛在電力物聯網概念

物聯網是互聯網發展過程的重要部分，其含義是“物物相連的互聯網”，基本特點是：信息多源、全面感知、可靠傳遞、智能控制[1-2]。泛在電力物聯網是指充分利用移動互聯、人工智能等現代信息和先進通信技術，實現電力系統各個環節萬物互聯、人機交互、具有狀態全面感知、信息高效處理和靈活便捷等特點的智慧服務系統，具有智慧化、多元化和生態化特征[3]。

二、電網基建安全質量信息監控平臺的構建

1.監控平臺的組成

監控平臺從管理層級上分為公司監控平臺、二級公司監控平臺以及基建工程現場感知端組成。公司監控平臺是由監控平臺硬件及軟件設備和運行團隊組成。運行團隊由監控平臺管理人員、值班人員、技術開發、運維人員組成。二級公司監控平臺由二級公司監控設備設施和運行團隊組成。基建工程現場感知端包括監控視頻攝像頭、移動APP以及其他監測感知設備組成。

2.監控平臺應用終端劃分

監控平臺的應用終端分為WEB終端和APP終端，WEB終端采用了互聯網私有云技術，APP終端應用了移動互聯網技術。WEB終端主要由風險作業電子地圖、視頻輪循監控、安全質量管理信息統計分析、違章智能圖像識別等模塊組成。APP終端將視頻監控、電話調度、錄音錄像等多種功能進行全面的整合，搭建了監控平臺與作業現場實時溝通的渠道，包含電子地圖、到崗到位、作業票管理等功能模塊。

三、基于泛在電力物聯網的電網基建安全質量監控平臺的設計

電網基建安全質量信息監控平臺綜合運用了多媒體交互、大數據分析和物聯網等先進技術，實現信息流、業務流、管理流交互融合，具有信息感知、數據共享、智能預警等功能特征，其總體架構設計具有泛在電力物聯網特征，分為感知層、網絡層、平臺層、應用層。

1.感知層

將現場移動布控球、固定攝像頭、移動APP、智能穿戴記錄儀獲取數據與二級單位監控中心對接，整合二級單位基建安全質量數據，通過公司監控平臺與二級公司監控中心或數據中心對接，調取視頻圖像及相關業務數據，作為公司監控平臺顯示數據的基礎。

2.傳輸層

根據電網基建作業現場的特點，視頻圖像等感知數據傳輸到二級公司監控平臺選用外部互聯網，采用“有線+無線”互補模式。公司監控平臺和二級公司監控臺視頻、數據傳輸采用公司內網、公司外網同步方式進行。

3.平臺層

平臺層兼備管理服務、流媒體服務、級聯服務、平臺服務、數據庫服務、視頻存儲服務、視頻圖像處理服務、移動應用服務等功能，負責對網絡層傳輸的視頻圖像、信息數據、監測數據等進行存儲、篩選清洗和挖掘等處理。

4.應用層

應用層分為大屏應用、桌面應用、APP應用三個部分。大屏應用中主要有電子地圖、視頻監控、統計分析、APP調控等功能；桌應用主要有風險地圖、視頻監控、數據統計、基礎管理等功能；移動APP應用主要有現場管控、視頻綁定、人員信息、遠程呼叫等功能（如圖1所示）。

圖1 電網基建安全質量信息監控平臺總體架構

四、面向電網基建安全管理的電力物聯網關鍵技術

電網基建安全質量管理包含公司、二級公司、項目部、作業班組各層級的管理指令傳遞、管理信息的流動，電網基建安全質量信息監控平臺構建了各層級之間的管理，實現了可視化實時動態管理[4-5]，本文按照感知層、網絡層、平臺層與應用層的體系結構，對監控平臺的關鍵技術進行梳理、歸類和分析。

1.感知層關鍵技術

基建安全質量監控平臺的感知層利用各種智能監測裝置對輸變電工程施工作業的各環節的進行實時感知和信息采集，對影響施工現場安全的關鍵影像數據進行重點觀測，根據需要有時還需對采集信息進行初步處理。

視頻監控：在高風險作業現場采用具備移動偵測、長距變焦、旋轉視角、抓拍回放功能的高清監控攝像機，對作業全過程實時視頻采集。

人員定位：通過集成北斗或GPS定位模塊、SIM卡的安全帽跟蹤作業人員行走軌跡，確保到崗到位要求落實。

傳感器監測：主要包括環境參數監測、設備及設施運行狀態監測。環境監測包括施工現場環境溫濕度、風速、敏感氣體濃度等數據，設備及設施運行狀態監測包括建構筑物沉降位移、抱桿、牽張設備受力狀態、拉線傾角等數據。

2.網絡層關鍵技術

網絡層數據傳輸分為公司外網傳輸與公司內網傳輸，各個二級公司的視頻監控數據主要在公司外網進行傳輸，系統的業務數據主要來自公司內網的基建管理信息系統。

2.1 無線傳輸關鍵技術。在4G信號覆蓋區域邊緣點設置無線接力設備，作為信號的發射源，擴大4G信號覆蓋區域、增強信號強度，保證野外進行組塔架線等作業的輸變電施工現場感知設備網絡傳輸穩定。

2.2 有線傳輸關鍵技術。新建變電站工程通過接入運營商光纖寬帶，將現場采集的視頻、圖像、監測數據通過寬帶網絡傳輸到二級公司監控中心，公司監控平臺通過公司外網級聯調取省級公司監控視頻。

3.平臺層關鍵技術

平臺層主要負責對網絡層傳輸的信息進行存儲、篩選清洗和數據挖掘等處理，為各類應用提供數據基礎。

3.1 視頻數據接入清洗。電網基建安全質量信息監控平臺的視頻數據來自二級公司的視頻監控數據，系統需要調用二級公司三級以上作業風險的視頻監控數據，需要對視頻數據進行篩選核查，過濾掉無用的視頻監控數據。

3.2 業務數據接入清洗。由于公司基建管理信息系統與監控平臺數據關系的復雜性，數據庫、數據庫結構、傳輸方式的不一致，導致雙方均存在一定的修改和升級工作，存在數據的相互轉換、字段的增補等。

4.應用層關鍵技術

應用層分為大屏應用、桌面應用、移動APP應用三個部分，包括各種不同業務或服務所需要的應用處理系統，通過軟件定義技術開發實現，業務應用包括風險作業信息電子地圖、視頻監控輪循系統、安全質量信息統計等。

風險作業電子地圖模塊：能顯示各二級公司在建工程項目、二、三級風險位置分布及內容信息等信息。

視頻輪循監控模塊：以九宮格畫面輪循顯示作業現場視頻，單個畫面攝像頭與風險作業電子地圖作業點綁定。

安全質量管理信息統計分析模塊：能夠實現在建工程項目、作業風險、分包隊伍及人員、安全培訓考試、安全質量績效考核等信息的統計分析。

違章智能圖像識別模塊：可實現對作業現場基坑防護、圍欄設置、臨邊作業、登高作業、安全帽佩戴等相關違章的智能識別。

結論

本文闡述了基于泛在電力物聯網的電網基建安全質量信息監控平臺的總體架構設計，從感知層、網絡層、平臺層和應用層4個層面介紹了相關關鍵技術在平臺中的運用。通過電網基建安全質量信息監控平臺的搭建，實現多媒體技術、大數據分析、人工智能等技術與信息監控平臺的高度融合，該項研究對促進電網建設數字化、信息化、智能化水平，提升電網建設施工現場安全管理水平具有積極作用。