電力建設安全規范化管控系統設計

李 敏

(廣東電網有限責任公司，廣東 廣州 510699)

電力施工安全事故的發生令電力行業人類社會遭到重創，根據相關統計可得，全部工程建設中常發生的為電力建設安全事故[1-2]，為解決這一問題，國家電網公司以保障電力企業的工程安全為目標出臺了相關政策，其中心是通過管理人員管控電力建設施工全過程安全。但是電力建設安全的徹底完成，需要從人員、社會雙方面出發，通過相關工程建設管理、參建單位保證其安全穩定。電力建設以往的安全管理策略是基于施工單位、監管單位兩方面，通過施工單位對建設任務和安全事項進行下發，其應用每日站班交底的方式，過于表面形式，能實現的安全管控能力有限，主要取決于作業人員的主觀意識，容易因為細節引起安全問題[3-4]；通過監管單位去現場檢查及時發現問題并給出整改的具體項目，施工單位給出回復，該方法檢查的范圍有限，付出與回報不呈正比，電力建設安全問題以及依舊得不到監督[5]。

隨著互聯網的普及與電子移動設備的發展，通過科學技術完成智能數字化電力建設安全管控將逐漸成為現實。目前，張磊等[6]構建輸電通道巡視管控系統，其在電力建設工程施工前培訓相關人員的安全意識，但是該行為并不能保證相關人員的施工安全，并且系統可覆蓋視頻范圍小，施工作業安全管控滯后；李寬宏等[7]構建變電站風險管控系統，但是該系統的功能單一，僅能對電力建設工程的相關信息進行查詢，無法對電力建設工程作業現場的施工情況展開及時引導與檢查。

基于上述問題，本文在管控系統管理中加入了電網建設管理體系，構建電網建設的標準化監管體系，設計電力建設安全規范化管控系統，把電力建設的安全管理引導工作代入建設作業現場，在增強電力建設安全管控能力的同時，提升相關電力建設參建人員的安全意識。

1 電力建設安全規范化管控系統

1.1 管控系統總體結構

結合B/S架構與MVC框架設計電力建設安全規范化管控系統，其具有靈活、安全、可靠的特征。通過MVC技術可以匯集業務邏輯至同一元件，防止信息交互時業務邏輯的重編，代碼具有較高的可讀取性與可維護性。電力建設安全規范化管控系統的整體架構如圖1所示。

(1)數據采集層通過不同傳感器采集電力建設過程中的各項數據，其向系統提供讀寫功能，所應用框架為MyBatis框架，通過該框架能夠有效實現SQL定制化及高級映射，防止絕大多數的JDBC代碼[8-9]，不再需要人工設定參數，極大程度的加強了系統的開發效率與靈活性。

(2)網絡通信層通過接收發送數據采集層采集的各項電力建設數據，實現與客戶之間的交互。

(3)支撐層是系統開發的基礎，其能夠支持系統的二次開發，迅速對客戶需求做出響應[10]，其主要包括組織機構、角色權限、安全認證、知識庫、工作流、日志等。

(4)業務層是業務邏輯層，其是通過二次開發所得，各業務模塊基于接口實現交互與低耦合，在業務層全方位呈現出所采集、匯總的電力建設項目，主要是系統在運行過程中的安全指數。

(5)用戶層包括政府監督、監控中心、現場實施模塊、IE瀏覽器、移動終端設備及DLP顯示屏，結合了Bootstrap、jquery以及ajax技術[11]，移動終端設備設計應用html5+原生+控件庫(SUI Mobile)技術。

圖1 電力建設安全規范化管控系統架構Fig.1 Power construction safety standardized control system architecture

系統以支撐層為基礎，通過數據采集層采集電力建設相關數據，經無線網關傳輸數據至網絡通信層，利用網絡通信層將接受的數據輸送至業務層，在業務層通過深度學習網絡識別電力建設現場視頻圖像實現電力建設安全管控，最后在用戶層與客戶實現交互。

1.2 管控系統網絡通信層

網絡通信層是負責整個系統通信傳輸的環節，該層內的數據接收與發送模塊的連接數據采集層的橋梁[12]。數據接收與發送模塊使用CC2430晶片實現電力建設數據的傳輸與發送[13]。CC2430晶片閃存容量較大且具備多個引腳可連接較多的外部設備。CC2430晶片功能模塊如圖2所示。CC2430晶片內部署可編程I/O接口插針、控制接腳和電源插針若干個。其中可編程I/O接口插針連接ADC、計時器、USART組件等外圍設備。CC2430晶片的控制插針負責晶片復位、外接設備的時鐘輸入等，且其可以設定偏置電阻、接收無線網絡射頻訊號等。電源插針與其他接腳端口相連，為CC2430晶片內所有模塊供應模擬電路、數字電路等[14-15]，并可調整各模組的對應運行電壓。將CC2430晶片應用到數據接收與發送模塊內，主要負責接收和傳輸各個傳感器采集到的電力建設數據[16]。

圖2 CC2430晶片功能模塊Fig.2 CC2430 chip function module

1.3 管控系統無線網關

無線網關是一種能夠融合多種無線網絡的協議轉換裝置，可通過整合各網絡設備，使其在相同系統內協同運轉，實現不同網絡的數據通信，其貫穿了整個系統，主要功能為網絡創建及維護，不同網絡之間的連接，以及數據轉換、分配、處理[17]。無線網關包含網絡協調器與控制器，兩者間的通信方式為USART串行接口，且兩者通過數據融合與協議轉換，可完成整個系統的數據傳輸工作。

1.4 管控系統業務層

在業務層內應用深度學習網絡對現場視頻模塊的電力建設圖像進行識別，通過判斷電力建設圖像內人員操作、著裝等特征實現電力建設過程的安全管控。將現場視頻模塊的電力建設圖像輸入卷積神經網絡，卷積神經網絡是按照一定的組織層次結構，連接大量相同形式的神經元所構成的前饋多層神經網絡，電力建設圖像進入卷積神經網絡后通過網絡池化層獲取同維度特征，在全連接層獲取電力建設圖像候選目標范圍內的全連接特征，完成圖像候選目標范圍的回歸與分類，通過網絡輸出值識別出目標電力建設圖像內的人員行為特征以及是否合理著裝。由于現場視頻通常蘊含多個目標，單一卷積神經網絡無法適用于多目標檢測，所以通過規則方塊優化對卷積神經網絡，實現電力建設圖像的多目標檢測。

將輸入的上層特征采樣圖利用規則的區域采樣，加權求和各采樣點的值與方塊卷積核相應位置權限，將輸入的特征圖利用偏移變量卷積核進行卷積操作，利用偏移值獲取最終特征圖。利用梯度下降法求解候選目標區域預測子網絡，預測結果通過卷積神經網絡的目標區域鑒別子網絡實現最終的多目標識別。

基于深度學習網絡的電力建設圖像多目標檢測流程包括：應用目標區域的預測子網絡初始化鑒別子網絡，為初始化場所增加全連接層。聯合訓練的子網絡設定學習率，經過訓練降低學習率后輸入待測試多目標的電力建設圖像，將所得置信度結果中排序比較靠前的目標作為多目標測試結果，將交并比重疊度較大的目標檢測框進行非極大值抑制，剩余目標結果則為電力建設圖像多目標檢測結果。

1.5 管控系統主要功能

電力建設安全規范化管控系統包括電力工程管理、施工管理、檢查管理、準入管理、地圖顯示及實時數據統計功能。通過互聯網登錄管控系統瀏覽器，可以登錄管理賬戶和普通賬戶，管理賬戶專屬于電力建設工程管理單位，普通賬戶為相關單位的工作人員平時所用，通過這些人員可實現電力建設工程項目的建設、監管及通報。

系統主要功能模塊如圖3所示。

1.6 管控系統應用流程

使用電力建設安全規范化管控系統進行建設和檢測工作，有關人員可以對任務的具體工作情況進行即時跟蹤，電力建設安全規范化管控系統的應用流程如圖4所示。

在系統內部建立新工程并下發其信息數據，導入并下發施工任務作業后，負責人、監察人和其他人員分別接收施工、監查以及檢查任務，監管人員接收下發的檢查任務，巡檢人和到崗到位人分別接收巡檢和到位檢查任務，上述人員均根據標準檢查流程完成自身任務。

圖3 電力建設安全規范化管控系統主要功能Fig.3 Main functions of power construction safety standardized control system

2 系統性能分析

為驗證本文構建的電力建設安全規范化管控系統的優勢，以某省某電力公司的電力建設工程項目為應用對象，將本文創建系統應用于該電力公司建設的工程項目中。為該電力公司管理人員提供具體施工作業，實現電力建設工程全過程管控，提升該公司電力建設全過程的智能化處理水平，該公司的電力建設安全規范化管控系統界面如圖5所示。

圖4 電力建設安全規范化管控系統應用流程Fig.4 Application process of electric power construction safety standardized control system

圖5 電力建設安全規范化管控系統界面Fig.5 Interface diagram of power construction safety standardized control system

本文系統向用戶提供了人員管理、設備管理、應急管理、安全管理、現場視頻、系統管理的選項，用戶可根據個人需要直接進行瀏覽，并在個人主頁中獲取通知公告，圖片新聞的具體信息，并在該頁面呈現出用戶個人的申請事項與待辦事項，使用與操作方便、便捷，系統的用戶黏性大、利用率高。

通過系統界面的現場視頻選項，可獲取具體電力建設工程現場作業圖像，結果如圖6所示。通過圖6可以看出，通過本文系統的視頻圖像可有效檢測出電力建設工程施工過程中，施工人員的具體施工行為與安全設施佩戴情況，檢測結果較為準確，幾乎不存在漏檢、誤檢情況，根據該選項可及時發現電力建設現場施工過程中存在的安全問題，對其進行管理，減少安全風險。

圖6 現場視頻檢測結果Fig.6 Detection results of live video

利用本文系統對電力建設現場作業情況進行安全監查，電力建設現場全階段安全監查結果見表1。

表1 電力建設施工現場全階段安全監查結果Tab.1 Safety inspection results of power construction site in the whole stage

分析表1可知，本文系統可有效監查電力建設現場作業內所有施工項目的現場安全狀況，該電力建設工程中線路施工、配電箱安裝2個項目的監查結果為不安全，需要在電力建設作業中實時對施工情況進行調整，保證電力建設作業的安全性。

以耦合度為指標衡量本文系統各模塊間的信息依賴程度，以耦合度數值低于0.4為閾值，若系統耦合度數值低于0.4，則說明系統具有較好的可讀性和可維護性。隨機挑選該電力建設工程中的任意3個施工項目，分析本文系統監查施工項目現場安全狀況時的耦合度數值，分析結果如圖7所示。分析圖7可知，本文系統在監查電力建設工程內3個施工項目現場安全狀況時，系統耦合度與網絡鏈路節點比呈正比，系統耦合度的最高值分別穩定在0.31、030與0.29左右，均低于0.4。實驗表明，本文系統在不同網絡鏈路節點時的系統耦合度均低于0.4，代表本文系統的可讀性與可維護性較優。

圖7 系統耦合度分析結果Fig.7 Analysis results of system coupling degree

3 結語

電力建設安全規范化管控系統完成了各管理層級對具體施工作業的精確監管，同時又提供了一個所有在建工程項目的信息數據平臺，可以提高公司效率，推動基建信息化迅速發展。該管控系統顛覆了傳統的基建安全模式，將建設施工和管理過程通過計算機網絡聯系到了一起，該系統可以實現當前電網建設施工的各環節安全控制要求，將基建工程的現場作業流程化，完成了施工全過程的安全控制。該系統適用于當前電力建設，它不僅提升了電力建設工程安全管理水平，也能滿足電力建設智能信息數字化發展，意義重大。