李思堯 董 章 邱方馳 劉木疆 陳雅旎 楊湘琦 賈 梅

（深圳供電局有限公司）

0 引言

集移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)、嵌入式開發(fā)、GIS及物聯(lián)網(wǎng)等多學(xué)科于一身的巡檢系統(tǒng)在地下電纜巡檢工作中有著重要的應(yīng)用意義，國(guó)外地下電纜巡檢系統(tǒng)主要應(yīng)用于地下電纜運(yùn)行監(jiān)控 （包括輔助突出事故應(yīng)急指揮、地下電纜的遠(yuǎn)程監(jiān)控和事故報(bào)警、電纜隧道出入口管控和隧道井蓋的監(jiān)控、地下電纜動(dòng)態(tài)載流量和負(fù)荷的監(jiān)控、PDA移動(dòng)作業(yè)等方面）、電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的擴(kuò)展 （如地下電纜的接地電流監(jiān)測(cè)、電纜隧道氣體監(jiān)測(cè)等）、電纜專家診斷等方面［1，2］。我國(guó)地下電纜智能巡檢雖然起步較晚，但已有較為成熟的產(chǎn)品，例如基于GPRS、GPS、PocketPC等技術(shù)開發(fā)的華微智能巡檢系統(tǒng)具有電纜巡檢、缺陷報(bào)告與生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)接等功能［3］。

1 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的總體架構(gòu)

根據(jù)調(diào)研，系統(tǒng)將主要包含如下三個(gè)方面的功能：首先是現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，即記錄現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的執(zhí)行情況并實(shí)時(shí)上報(bào)存在的問題；其次是業(yè)務(wù)管理，即對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)文檔進(jìn)行編輯和審批、管理地下電纜的巡檢線路及管控巡檢人員的作業(yè)情況；最后是在線監(jiān)控，即通過各類現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)時(shí)采集和處理，為管理人員監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況提供數(shù)據(jù)支撐［4］。

根據(jù)調(diào)研需求并考慮到已有技術(shù)、系統(tǒng)擴(kuò)展性及電力公司實(shí)際情況，本著 “需求牽引、總體規(guī)劃、分布實(shí)施、小步快跑”的建設(shè)原則，基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)采用面向服務(wù)的設(shè)計(jì)架構(gòu)，構(gòu)建了如圖1所示的總體框架 （表1為系統(tǒng)的性能指標(biāo)）。

圖1 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的總體架構(gòu)

表1 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的性能指標(biāo)

2 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的功能劃分

整個(gè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)PDA和后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成（如圖2所示），現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)PDA作為設(shè)備數(shù)據(jù)的最終接受方和現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的提供方，主要負(fù)責(zé)接收并存儲(chǔ)相關(guān)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)下達(dá)的電纜巡檢任務(wù)、設(shè)備臺(tái)賬、作業(yè)指導(dǎo)書及缺陷等，并根據(jù)后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)的需求來提供現(xiàn)場(chǎng)巡檢信息；后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)作為設(shè)備數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源頭，負(fù)責(zé)提供電纜設(shè)備臺(tái)賬、電纜巡視任務(wù)單、危險(xiǎn)點(diǎn)、設(shè)備缺陷、作業(yè)指導(dǎo)書等業(yè)務(wù)內(nèi)容，并通過與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)PDA的數(shù)據(jù)交換通道來實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的同步［5］。

圖2 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的硬件組成

2.1 地下電纜智能巡檢作業(yè)庫(kù)

包含不同內(nèi)容的多種作業(yè)文檔會(huì)生成于地下電纜巡檢作業(yè)過程中，管理人員需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力對(duì)其進(jìn)行規(guī)范和編制［6］，故系統(tǒng)構(gòu)建地下電纜智能巡檢作業(yè)庫(kù)來同時(shí)滿足管理人員快捷智能的編制需求和作業(yè)文檔的編審批流程要求。具體說來，地下電纜智能巡檢作業(yè)庫(kù)的功能：

一、地下電纜標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)模型。作為地下電纜智能巡檢作業(yè)庫(kù)實(shí)施的基礎(chǔ)，地下電纜標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)模型包含前期準(zhǔn)備模型、技術(shù)措施模型、危險(xiǎn)點(diǎn)特殊設(shè)備模型、危險(xiǎn)點(diǎn)通用模型、實(shí)施方案模型、典型安全措施卡模型等，是通過集合方式按工作步驟來整合模型的。

二、文檔智能化分析。文檔智能化分析的職責(zé)包括：根據(jù)地下電纜標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)文本涉及設(shè)備、設(shè)備類型及巡檢類型等方面的要求及管理人員作業(yè)文檔編制的習(xí)慣，通過對(duì)已編制的電纜標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)文本進(jìn)行規(guī)范，為各電纜標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)文本構(gòu)建對(duì)應(yīng)關(guān)鍵字并進(jìn)行分析；對(duì)于新電纜標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)文本的編制，將根據(jù)管理人員所選擇的巡檢方案，從歷史文本中進(jìn)行智能篩選，并且還會(huì)根據(jù)管理人員所選擇的設(shè)備廠商和型號(hào)來選擇相應(yīng)的設(shè)備范文，從而簡(jiǎn)化管理人員的文本編制工作量；根據(jù)地下電纜相同類型和作業(yè)性質(zhì)的多項(xiàng)任務(wù)，將其巡視工作內(nèi)容中的可重復(fù)使用設(shè)備、人員、安全要求等進(jìn)行合并，而作業(yè)內(nèi)容將根據(jù)不同設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)分開［7］。

2.2 設(shè)備信息和業(yè)務(wù)信息管理

地下電纜智能巡檢系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行了集成，這意味著生產(chǎn)管理系統(tǒng)可以為地下電纜智能巡檢系統(tǒng)提供相應(yīng)的電纜巡檢設(shè)備數(shù)據(jù) （電纜斷面、電力潮流、設(shè)備臺(tái)賬、電纜拓?fù)潢P(guān)系、電纜溝體、電纜走向等）及電纜巡檢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) （巡檢周期、巡檢任務(wù)單等）及電纜巡檢設(shè)備數(shù)據(jù) （電纜斷面、電力潮流、設(shè)備臺(tái)賬、電纜拓?fù)潢P(guān)系、電纜溝體、電纜走向等），從而為電纜現(xiàn)場(chǎng)在線管理奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

巡檢人員在現(xiàn)場(chǎng)巡視時(shí)都有對(duì)應(yīng)路線，每個(gè)巡視路線上會(huì)標(biāo)注重要巡視點(diǎn)，系統(tǒng)可以利用RFID的讀取功能來準(zhǔn)確定位巡檢人員是否至崗 （巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)后將巡檢突發(fā)情況及巡檢結(jié)果等通過PDA傳輸給后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)，然后由后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)統(tǒng)一通過班組、人員等多角度對(duì)巡檢人員的巡視到位情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而作為巡檢人員巡檢到位率的考核依據(jù)）。在對(duì)巡檢作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精準(zhǔn)定位后，系統(tǒng)將讀取射頻識(shí)別卡的相應(yīng)信息來判斷此次巡檢任務(wù)是否正確，同時(shí)對(duì)該電纜線路的走向進(jìn)行調(diào)取。

系統(tǒng)同時(shí)提供離線和在線兩種任務(wù)處理方式，其中地下電纜巡檢任務(wù)的上傳和下載通過在線處理方式完成，地下電纜巡檢任務(wù)的日常工作通過離線方式完成。在巡檢人員作業(yè)過程中，電纜定位信息將通過無線互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，如果因網(wǎng)絡(luò)中斷等突發(fā)情況而導(dǎo)致定位信息無法上傳時(shí)，PDA本地將暫時(shí)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，待故障解除后再次上傳［8］。

2.3 巡檢全過程監(jiān)控管理

第一，巡檢點(diǎn)的大致定位。工作電纜位置、電纜走向、工井經(jīng)緯度等信息可以通過后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)傳遞到PDA，通過GPS來對(duì)巡檢人員位置進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，將工作電纜的位置與巡檢人員的位置進(jìn)行對(duì)比來獲得絕對(duì)距離值，然后根據(jù)絕對(duì)距離值的大小來進(jìn)行排列。當(dāng)計(jì)算得到的絕對(duì)距離值小于系統(tǒng)設(shè)置的提醒值時(shí)，意味著巡檢人員要前往該處執(zhí)行任務(wù)，此時(shí)地理信息圖層的道路拓?fù)鋵⒈徽{(diào)用，然后計(jì)算出巡檢人員到達(dá)工作電纜位置的最短路徑，給予圖片和語音提示來幫助巡檢人員找到指定工井的大致位置，從而為下一步精準(zhǔn)定位奠定基礎(chǔ)。

第二，巡檢點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。系統(tǒng)所使用的全球定位技術(shù)依賴于所提供定位點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，同時(shí)PDA的全球定位受天氣因素、所在位置上空衛(wèi)星個(gè)數(shù)等因素的影響而導(dǎo)致定位存在3～5m的誤差。故當(dāng)巡檢人員找到指定工井的大致位置后，利用PDA的RFID技術(shù)來讀取該范圍內(nèi)的視頻識(shí)別卡信息，由此精準(zhǔn)地找到巡檢點(diǎn)。

第三，巡檢人員管控。當(dāng)巡檢人員攜帶PDA執(zhí)行任務(wù)時(shí)，巡檢人員的實(shí)時(shí)位置信息、所持設(shè)備信息及PDA上的巡檢任務(wù)信息都將被記錄在監(jiān)控管理后臺(tái)中，從而確保巡檢人員全程處于監(jiān)控平臺(tái)的管理下。

第四，巡檢人員到崗監(jiān)控。通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、PDA巡檢功能等技術(shù)，巡檢人員巡檢線路上各個(gè)關(guān)鍵位置的標(biāo)簽ID信息、經(jīng)緯度信息等信息將被采集并傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)，此外巡檢人員的巡檢軌跡通過地圖匹配算法也可以在后臺(tái)界面上進(jìn)行直觀顯示。當(dāng)后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)發(fā)現(xiàn)巡檢人員巡視路線與任務(wù)要求存在差異時(shí) （即巡檢人員偏離既定巡檢路線），將向管理人員發(fā)出聲光警報(bào)，管理人員根據(jù)實(shí)際情況來向巡檢人員發(fā)出告警［9］。

第五，巡檢任務(wù)的實(shí)時(shí)派發(fā)。巡檢作業(yè)中可能存在緊急事件，如設(shè)備的突出故障，此時(shí)監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)收到的設(shè)備故障警報(bào)信息來生成相應(yīng)的巡檢任務(wù)，然后向指定設(shè)備進(jìn)行派發(fā)。當(dāng)巡檢人員所持的PDA收到巡檢任務(wù)后前往作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行執(zhí)行，執(zhí)行完畢后將巡檢結(jié)果發(fā)送給監(jiān)控平臺(tái)。

第六，故障定位和詳細(xì)信息反饋。根據(jù)故障檢測(cè)點(diǎn)標(biāo)簽ID和距離，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確快速地定位到故障點(diǎn)，從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用故障點(diǎn)的經(jīng)緯度信息及附近的標(biāo)簽ID，并確保檢修人員能夠通過PDA來獲得故障點(diǎn)定位信息，以便盡快地使故障得到處理。

第七，與狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無縫對(duì)接。通過與狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無縫對(duì)接，系統(tǒng)可以將巡檢人員采集的現(xiàn)場(chǎng)電纜設(shè)備信息傳遞給狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)接收到的電纜設(shè)備信息，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行重新整理，并將電纜運(yùn)行情況和問題清單進(jìn)行全方位展示，以便管理人員全面掌握地下電纜的整體運(yùn)行狀況。

3 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)主要采取了如下幾方面的措施：具有與組織機(jī)構(gòu)管理相結(jié)合的安全管理功能，采用了基于用戶名／密碼的身份認(rèn)證方式和基于角色的訪問控制機(jī)制來解決廣域網(wǎng)內(nèi)部的安全管理問題，其基本的安全管理原則是“以責(zé)定崗、以崗定人”；基于Javaapplication和Web service機(jī)制來進(jìn)行系統(tǒng)訪問安全管理，通過http基本身份驗(yàn)證和Java認(rèn)證規(guī)則來進(jìn)行系統(tǒng)各功能應(yīng)用；采用電力公司分區(qū)、分域、分級(jí)的網(wǎng)絡(luò)與信息安全總體防護(hù)策略，制定系統(tǒng)內(nèi)各類數(shù)據(jù)及相應(yīng)存儲(chǔ)、應(yīng)用和共享的安全設(shè)計(jì)；在正常工作中自動(dòng)創(chuàng)建數(shù)據(jù)管理日志，將用戶登錄、對(duì)數(shù)據(jù)訪問、搜索及編輯等操作信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，從而對(duì)登錄用戶的操作進(jìn)行全程跟蹤。

4 結(jié)束語

綜上所述，由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)PDA和后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地下電纜巡檢的管理-執(zhí)行-監(jiān)控全作業(yè)過程的閉環(huán)控制，不僅利用標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)信息庫(kù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，而且利用RFID技術(shù)來協(xié)作巡檢人員全面掌握地下電纜、溝體及工井等相關(guān)設(shè)備信息與環(huán)境信息。