計量資產(chǎn)數(shù)字化管理應(yīng)用與研究

矯 樂，杜長宇，刁 琪，崔 辰，張學(xué)東，冀永歡

（北京中電飛華通信有限公司，北京 100071）

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)與創(chuàng)新技術(shù)的高速發(fā)展，電力用戶用電需求激增，電網(wǎng)建設(shè)高度覆蓋各地區(qū)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，各類電力設(shè)備種類繁多龐雜，分布廣泛，戶外設(shè)備偷盜破壞嚴(yán)重，巡視監(jiān)察難度大。在資產(chǎn)管理及安全巡檢方面存在一定的困難。為應(yīng)對行業(yè)供保電及各類應(yīng)急預(yù)案加以國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的有序部署，電力企業(yè)正積極實(shí)施各類先進(jìn)有力的數(shù)字化保障措施。本文著重以電能計量領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型為研究重點(diǎn)，研究計量資產(chǎn)數(shù)字化管理系統(tǒng)的設(shè)計組成及計量資產(chǎn)數(shù)字化管理裝置的設(shè)計研發(fā)[1-4]。

1 行業(yè)趨勢分析

我國電能計量發(fā)展始于1990 年代后期，歷經(jīng)技術(shù)引進(jìn)—專業(yè)引進(jìn)—技術(shù)完善—技術(shù)應(yīng)用幾個階段趨于成熟，發(fā)展至今，已在金融、交通、醫(yī)療、民生服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[5]。這意味著數(shù)字化時代已經(jīng)到來。目前，我國已成為電能計量儀表生產(chǎn)大國，僅基于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及運(yùn)營運(yùn)維管理2 方面，國內(nèi)市場需求旺盛。至2015 年底，國網(wǎng)公司累計部署安裝及改造升級4.7 億只智能電表。智能表計壽命平均8 至10 年，預(yù)計2023 年底到2024 年初將進(jìn)入更換浪潮。在設(shè)備實(shí)施升級改造的過程中，仍有部分老舊開關(guān)柜與計量箱等設(shè)備引發(fā)安全隱患與危險[6]。

隨著對電能計量領(lǐng)域的管理提升，在測量準(zhǔn)確性、運(yùn)維運(yùn)檢管理等方面的日益精進(jìn)。電能計量愈發(fā)智能化、數(shù)字化與市場化發(fā)展。

1.1 智能化發(fā)展

智能化發(fā)展主要強(qiáng)調(diào)的是電能計量箱內(nèi)部設(shè)備的智能化升級改造，使其具備了智能傳感、智能監(jiān)測、智能計算等功能，避免了帶電更換時極易出現(xiàn)的混亂接線或線損統(tǒng)計，且具備遠(yuǎn)程預(yù)警與監(jiān)測功能，對箱內(nèi)外設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)透明化管理，提升安全用電。

1.2 數(shù)字化發(fā)展

數(shù)字化發(fā)展主要強(qiáng)調(diào)的是采用圖像識別、掃碼登記、RFID 識別等技術(shù)對箱內(nèi)外的設(shè)備進(jìn)行數(shù)字編碼或標(biāo)記。通過對設(shè)備的運(yùn)維與巡檢，一方面增強(qiáng)箱內(nèi)外的資產(chǎn)管理，另一方面強(qiáng)化設(shè)備功能管理系統(tǒng)應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與系統(tǒng)互聯(lián)互通。

1.3 市場化發(fā)展

市場化是一切經(jīng)濟(jì)事務(wù)發(fā)展的必由之路。對電力營銷計量而言也是如此。在市場化進(jìn)程中，電能計量必然會面對多方面的沖擊。在當(dāng)前的工作環(huán)境下，如電能計量設(shè)備技術(shù)落后導(dǎo)致的常見誤差；跨部門巡檢導(dǎo)致的效率低下等弊端，要求電能計量數(shù)字化加速推進(jìn)，軟硬件智能化、數(shù)字化發(fā)展提速，更好地實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，加速構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。

2 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀分析

目前，電能計量領(lǐng)域相關(guān)工作開展進(jìn)程處于半數(shù)字化狀態(tài)[7-8]，即具備智能設(shè)備與智能管理平臺部署能力，但未完全構(gòu)建一體化工作狀態(tài)，未完成融合監(jiān)測、分析、預(yù)警、巡查、運(yùn)維和升級等工作環(huán)節(jié)。

在設(shè)備用電安全監(jiān)測方面，用戶安全用電依賴于大用戶的主動安全意識，存在部分用戶私接亂接等不安全的用電行為及竊電現(xiàn)象，容易發(fā)生觸電、漏電等風(fēng)險，給電力公司及用電用戶造成各類安全事故及線路癱瘓事故，造成人員及公共財產(chǎn)損失。

在設(shè)備資產(chǎn)運(yùn)維管理方面[9]，營銷計量箱運(yùn)維巡檢需涉及運(yùn)檢部門、營銷部門及臺區(qū)經(jīng)理3 部門共同授權(quán)，不同專業(yè)的管理人員到達(dá)現(xiàn)場操作，使用物理鑰匙開關(guān)鎖及紙質(zhì)登記設(shè)備狀態(tài)。一是物理鑰匙安全性及靈活性較低；二是紙質(zhì)登記管理，信息化程度低，效率緩慢，運(yùn)維過程難以追溯?，F(xiàn)已無法適應(yīng)供電企業(yè)客戶服務(wù)精細(xì)化管理的需要。

因此，本項(xiàng)目提出計量資產(chǎn)數(shù)字化管理裝置的應(yīng)用與研究。通過先進(jìn)技術(shù)研究，軟硬件產(chǎn)品研制研發(fā)，實(shí)現(xiàn)計量箱運(yùn)維服務(wù)的可視化、便捷化、智能化及安全化，提高計量運(yùn)維工作效率，整體提升用電環(huán)節(jié)和運(yùn)維環(huán)節(jié)的監(jiān)管水平。加速推進(jìn)計量資產(chǎn)數(shù)字化管理工作的主要目標(biāo)。

3 研究要點(diǎn)

3.1 優(yōu)化調(diào)整計量資產(chǎn)運(yùn)行檔案標(biāo)準(zhǔn)

一是以業(yè)務(wù)應(yīng)用需求為導(dǎo)向，建設(shè)管理平臺軟件。用平臺信息化替代紙質(zhì)管理。重構(gòu)計量資產(chǎn)運(yùn)行檔案內(nèi)容，構(gòu)建電子檔案。保留計量資產(chǎn)編號、行列數(shù)等基本屬性信息，增加部署現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測圖、安裝位置展示圖、衛(wèi)星定位拓?fù)鋱D等現(xiàn)場運(yùn)行關(guān)鍵屬性信息，統(tǒng)一為在運(yùn)臺區(qū)信息、基礎(chǔ)信息、安裝信息和箱內(nèi)設(shè)備信息4 類信息，形成數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化格式。

二是引用激光蝕刻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計量管理裝置統(tǒng)一管理。嚴(yán)格執(zhí)行Q/GDW 10205—2021《電能計量器具條碼》要求，在計量箱外觀全面應(yīng)用信息加密的二維碼，確保資產(chǎn)碼應(yīng)用規(guī)范、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全可靠。

三是建立資產(chǎn)組管理模式，對同一地點(diǎn)集中安裝多個單表位計量裝置，在計量資產(chǎn)檔案中標(biāo)定為一個箱組，管理上等同于多表位計量裝置管理。

3.2 研發(fā)系統(tǒng)推廣檔案數(shù)據(jù)自動更新維護(hù)

一是堅持計量資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與現(xiàn)場作業(yè)融合一體，計量管理裝置數(shù)據(jù)日常更新與營銷現(xiàn)場作業(yè)同步進(jìn)行，在開展與計量相關(guān)的各類現(xiàn)場作業(yè)時，如表箱更換、采集運(yùn)維、計量裝置改造和設(shè)備巡視等工作，同步完成計量資產(chǎn)檔案的新建、核實(shí)及更新，實(shí)現(xiàn)檔案數(shù)據(jù)“常查常新”，提高計量資產(chǎn)檔案的運(yùn)維管理工作效率，避免運(yùn)動式維護(hù)。

二是綜合運(yùn)用圖像識別、自動捕獲、自主感知和智能匹配錄入等數(shù)字化手段，采用點(diǎn)、選、掃和拍等方式，實(shí)現(xiàn)計量箱資產(chǎn)檔案采錄線上化和檔案核對自動化，避免手工錄入操作和頻繁登錄查詢。

三是結(jié)合在運(yùn)計量箱規(guī)模，做好檔案數(shù)據(jù)存儲、傳輸、分析所需資源的評估與儲備，以營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)為用戶檔案源頭，在相關(guān)系統(tǒng)中開展同源維護(hù)，完成相關(guān)系統(tǒng)硬件擴(kuò)容改造，具備海量現(xiàn)場照片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲能力。

四是推廣“應(yīng)用硬件+管理軟件”的移動作業(yè)遠(yuǎn)程同步管理方式，做好相關(guān)現(xiàn)場業(yè)務(wù)APP 的優(yōu)化升級，使其具備調(diào)用和更新檔案管理的功能。

3.3 研制計量資產(chǎn)數(shù)字化管理裝置新設(shè)備

一是推廣激光蝕刻技術(shù)，完成全量計量設(shè)備的資產(chǎn)碼激光蝕刻，解決資產(chǎn)碼缺失、編碼規(guī)則不統(tǒng)一不識別、粘貼式標(biāo)簽易掉落和RFID 電子標(biāo)簽不易識別等問題。

二是統(tǒng)一資產(chǎn)碼蝕刻要求，明確蝕刻位置，確保做到箱箱有碼。

三是對于存量計量資產(chǎn)，在開展現(xiàn)場業(yè)務(wù)時同步完成資產(chǎn)碼蝕刻；對于新購計量資產(chǎn)，在安裝前完成資產(chǎn)碼蝕刻。

四是建立蝕刻設(shè)備管理機(jī)制，加強(qiáng)對便攜式激光蝕刻設(shè)備領(lǐng)用、檢測、操作安全等方面的管理。

4 設(shè)計研究內(nèi)容

基于遠(yuǎn)管理，近運(yùn)維的設(shè)計構(gòu)想，前端部署智能化產(chǎn)品，后臺遠(yuǎn)程操控管理軟件，實(shí)現(xiàn)智能化與數(shù)字化的有力結(jié)合。

4.1 管理軟件設(shè)計

4.1.1 基本功能設(shè)計

結(jié)合現(xiàn)有管理模式分析，本文構(gòu)建的管理軟件涵蓋支撐服務(wù)及接口、安全與可靠性、系統(tǒng)管理服務(wù)、系統(tǒng)設(shè)置及日志管理5 方面，可覆蓋日常管理工作內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對管理轄區(qū)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)行監(jiān)測、維護(hù)監(jiān)測及故障預(yù)警等功能。初步設(shè)想如下。

1）支撐服務(wù)及接口功能包括分布式處理中間件、協(xié)議訪問及接口、數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)及系統(tǒng)日志服務(wù)。其中，分布式處理中間件可提供運(yùn)維消息的分布式處理、路由和負(fù)載均衡，實(shí)現(xiàn)請求、應(yīng)答、定時器和消息隊(duì)列等。協(xié)議訪問及接口可提供XML、LDAP、WSDL、MPEG4、H.264及SIP 協(xié)議的封裝和解析，以及接口。數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)可提供數(shù)據(jù)庫操作封裝，屏蔽數(shù)據(jù)庫訪問連接等操作細(xì)節(jié)，采用并發(fā)，自動重連、連接池、線程池等技術(shù)，為運(yùn)維應(yīng)用提供安全，快速的數(shù)據(jù)訪問。系統(tǒng)日志服務(wù)可為運(yùn)維系統(tǒng)提供風(fēng)格一致的多級別多類型的日志服務(wù)接口，支持多線程、多進(jìn)程的安全日志輸出，并提供日志狀態(tài)查看、級別設(shè)置、開關(guān)動態(tài)設(shè)置的操作工具。

2）安全與可靠性功能包括存儲加密、運(yùn)維用戶及設(shè)備認(rèn)證、雙機(jī)熱備、分布集群，以及自恢復(fù)功能。存儲加密可提供數(shù)據(jù)庫敏感信息、日志敏感信息、存儲信息等加密功能。運(yùn)維用戶及設(shè)備認(rèn)證可提供用戶密碼、驗(yàn)證碼認(rèn)證、數(shù)字證書認(rèn)證和終端硬件特征認(rèn)證等安全認(rèn)證功能。雙機(jī)熱備，即運(yùn)維系統(tǒng)熱雙機(jī)功能，提供系統(tǒng)冗余備份。分布集群可提供運(yùn)維業(yè)務(wù)服務(wù)分布集群部署功能。自恢復(fù)功能，即系統(tǒng)異常自動恢復(fù)功能。

3）系統(tǒng)管理服務(wù)功能包括系統(tǒng)監(jiān)控、告警、配置管理、數(shù)據(jù)性能統(tǒng)計、展現(xiàn)、異常監(jiān)控及視頻信息功能。系統(tǒng)監(jiān)控可提供CPU、內(nèi)存、業(yè)務(wù)量等關(guān)鍵信息的實(shí)時監(jiān)控。告警可提供系統(tǒng)指標(biāo)和業(yè)務(wù)指標(biāo)的告警和預(yù)警功能。配置管理可提供系統(tǒng)的遠(yuǎn)程配置和升級功能。數(shù)據(jù)性能統(tǒng)計可提供運(yùn)維核心業(yè)務(wù)性能數(shù)據(jù)上報功能。展現(xiàn)可提供報表、圖形、日志查看等展現(xiàn)功能。異常監(jiān)控，即異常監(jiān)控的查看、查詢；已完成工單的查看、查詢；異常設(shè)備的開鎖狀態(tài)與超時狀態(tài)；各單位異常情況的柱狀圖統(tǒng)計。視頻信息，即視頻信息的查看、查詢，可將視頻信息下載到本地進(jìn)行查看。

4）日志管理功能包括登陸日志、操作日志、異常日志。登錄日志可實(shí)現(xiàn)登錄日志的查看、查詢、導(dǎo)出。操作日志可實(shí)現(xiàn)操作日志的查看、查詢、導(dǎo)出。異常日志可實(shí)現(xiàn)異常日志的查看、導(dǎo)出。

5）系統(tǒng)設(shè)置功能包括部門管理、參數(shù)管理及字典管理。部門管理可實(shí)現(xiàn)部門的查看、新增、修改和導(dǎo)出。參數(shù)管理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的查看、查詢、新增、修改和刪除。字典管理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)字典的查看、查詢、新增、修改和刪除。

4.1.2 性能要求

面向不同的應(yīng)用客戶群體，按管理優(yōu)先等級與不同業(yè)務(wù)的實(shí)時性、可靠性要求，可彈性靈活配置，為用戶提供更高效更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。本文設(shè)計的管理軟件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下設(shè)置。事務(wù)處理類消息，滿足3 s 內(nèi)快速響應(yīng)，3～5 s 普通響應(yīng)。查詢類消息，滿足5 s 內(nèi)簡單查詢響應(yīng)，10～15s 多條件查詢響應(yīng)。統(tǒng)計類消息，滿足10 s 內(nèi)簡單統(tǒng)計響應(yīng)，30 s 內(nèi)復(fù)雜統(tǒng)計響應(yīng)。平均無故障率超過99.8%。具備手動或自動恢復(fù)措施。

4.1.3 技術(shù)路線

采用目前安全性能較高、擴(kuò)展性能好、框架技術(shù)最為完善的Java 語言開發(fā)，B/S 結(jié)構(gòu)，使用SpringBoot 框架技術(shù)，使得系統(tǒng)能夠分層開發(fā)，數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、控制層和展示層各層之間邏輯分明，層與層之間提供接口方式來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的溝通。

數(shù)據(jù)層主要是指通過通信協(xié)議接口，獲取用能設(shè)備量測點(diǎn)數(shù)據(jù)。讓系統(tǒng)有著極強(qiáng)的擴(kuò)展性?；诮M件技術(shù)，力求將變化封裝在組件內(nèi)部。對應(yīng)組件可以對外提供API。適應(yīng)能力強(qiáng)，同步、異步都能處理，既能滿足快速反映的業(yè)務(wù)需求，又能滿足大數(shù)據(jù)量、復(fù)雜的、異步的業(yè)務(wù)需求，具有很好的可擴(kuò)展性。

業(yè)務(wù)層主要是承載運(yùn)行各領(lǐng)域各用戶辦公需求的業(yè)務(wù)模塊?？刂茖又饕腔诟鳂?biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，使用需求響應(yīng)終端對用戶用能設(shè)備、PLC 等進(jìn)行控制。展示層主要是前端可操作的各業(yè)務(wù)桌面控制布局。

4.2 計量資產(chǎn)數(shù)字化管理裝置設(shè)計

4.2.1 基本功能設(shè)計

結(jié)合現(xiàn)有終端功能、品類、業(yè)務(wù)領(lǐng)域分析，本文構(gòu)建的計量資產(chǎn)數(shù)字化管理裝置包括通信遙控功能、運(yùn)行狀態(tài)上報功能、視頻錄像功能、安全防護(hù)功能、絕緣防護(hù)功能、電磁兼容功能、抗電源影響功能及抗溫度、干濕影響功能，初步設(shè)想如下。

通信遙控功能可通過相關(guān)指令滿足有效完成對裝置控制。運(yùn)行狀態(tài)上報功能可滿足設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)上報監(jiān)控需求。視頻錄像功能可滿足設(shè)備開啟錄像取證需求。安全防護(hù)功能可滿足能夠在特定條件下異常監(jiān)測、報警。絕緣防護(hù)功能可滿足能夠在通電條件下的安全操控。電磁兼容功能可滿足能夠在復(fù)雜環(huán)境有效抵抗各種干擾?？闺娫从绊懝δ芸蓾M足能夠在一定電壓范圍功能不受影響。抗溫度、干濕影響功能可滿足能夠在一定溫度范圍或者干濕度條件下功能不受影響。

4.2.2 架構(gòu)設(shè)計

本文主要設(shè)計的管理裝置為反竊電智能控制設(shè)備。可通過管理軟件系統(tǒng)對各類電控鎖進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測采集的同時強(qiáng)化了安全保護(hù)。

裝置使用COAP 協(xié)議與服務(wù)器通信，裝置個數(shù)限制128 個。裝置通過NBIOT 通信模塊與固定IP 地址連接。根據(jù)實(shí)際要求，采用周期通信+突發(fā)通信模式，正常運(yùn)行過程中按每小時固定上送一次，當(dāng)出現(xiàn)狀態(tài)變位、異常告警等情況則進(jìn)行突發(fā)上送，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭?、靜配合。

4.2.3 新技術(shù)應(yīng)用

為便于實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)對管理裝置的數(shù)字化管理，包括前文提及的各類場景監(jiān)測，本文設(shè)計的計量管理裝置采用激光蝕刻技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一外設(shè)激光編碼。一是替代資產(chǎn)貼紙的使用，減少或避免因紙質(zhì)貼紙的丟失或損壞導(dǎo)致的碼源信息不識別，管理信息統(tǒng)計不準(zhǔn)確。二是碼源信息統(tǒng)一生成，實(shí)現(xiàn)同一區(qū)域碼源信息統(tǒng)一管理，避免碼型過多，造成統(tǒng)計重復(fù)或不可識別。三是自動計數(shù)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)碼源蝕刻計數(shù)與蝕刻裝置數(shù)雙重保障，進(jìn)一步提高資產(chǎn)管理的準(zhǔn)確性。

蝕刻階段：在需要管理統(tǒng)計的區(qū)域確定需統(tǒng)計管理的信息，確定編碼型式，如條形碼，確定條碼數(shù)字象征值，并按條碼寬窄體現(xiàn)編碼數(shù)值大小，如18 位信息條碼，前三位代表省份地市，中三位代表管轄區(qū)，再四位代表生產(chǎn)年份，再三位代表運(yùn)行年份，再一位代表運(yùn)行狀態(tài)，后四位代表上一故障時間。將設(shè)定的信息在管理系統(tǒng)中做好程序轉(zhuǎn)換，通過傳輸線連接手持機(jī)蝕刻頭，選擇蝕刻顏色，選擇裝置蝕刻位置，啟動蝕刻。如二維碼，涵蓋如上信息，僅蝕刻碼型不同。如定制歸屬碼，如特殊標(biāo)記碼均如上“選擇碼型—設(shè)定信息—傳輸蝕刻設(shè)備—蝕刻信息”的步驟。

計數(shù)階段：每實(shí)現(xiàn)一個碼源信息的蝕刻，系統(tǒng)自動加一，記錄在蝕刻日志中，完成一次蝕刻作業(yè)，統(tǒng)計一次該管理區(qū)域的蝕刻設(shè)備數(shù)，記為設(shè)備資產(chǎn)數(shù)。在區(qū)域內(nèi)的計量管理裝置外體同一位置采用蝕刻手段，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化資產(chǎn)統(tǒng)一管理。

5 結(jié)束語

數(shù)字化管理對各行各業(yè)的日常運(yùn)營和安全保障具有重要意義。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)管理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、全面性，減輕人工負(fù)擔(dān)，減少紙質(zhì)流程與存檔，基于現(xiàn)代領(lǐng)先技術(shù)與創(chuàng)新管理模式，開發(fā)管理軟件與研制配套硬件，實(shí)現(xiàn)線上檢測監(jiān)察、遠(yuǎn)程操控、運(yùn)行維護(hù)及資產(chǎn)管理等功能，大幅度提升了工作效率與安全保障。