王軍燕 吳 松 姚蘭波 張永奈

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥230000）

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司“十四五”的開局, 電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全作業(yè)提出了更高的要求。電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)具備范圍更廣、類型更多、精密度更高、應(yīng)用價(jià)值更高的安全信息?，F(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備可全方位提高電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)各環(huán)節(jié)信息感知的深度和廣度, 有助于提升電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的監(jiān)督、分析、預(yù)警功能, 是電網(wǎng)安全作業(yè)智能化的重要支撐技術(shù)。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)家電網(wǎng)公司一直沿用安規(guī)制度和現(xiàn)場(chǎng)人為監(jiān)督的方式進(jìn)行電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全管理, 主要在以下方面問(wèn)題:

a.電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全缺乏有效監(jiān)督。安全管理規(guī)章流于形式, 事故隱患無(wú)法在源頭進(jìn)行預(yù)警: 管理和人為因素占據(jù)了導(dǎo)致安全事故發(fā)生的失效因素的絕大部分,即管理規(guī)章執(zhí)行不到位、違規(guī)操作、錯(cuò)誤指揮等是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的重要原因,而管理規(guī)章執(zhí)行不到位.違規(guī)操作和指揮的根源是缺乏監(jiān)督。

b.電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)缺乏有效指導(dǎo)。電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員面對(duì)特殊的施工環(huán)境和情況時(shí),缺乏實(shí)施的專業(yè)指導(dǎo),容易因操作失誤發(fā)生事故。

c.電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)無(wú)環(huán)境和生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)。缺乏環(huán)境參數(shù)(溫度,濕度、氧氣濃度等)和作業(yè)人員生理指標(biāo)(血氧.血壓、心跳、體溫等)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理人身事故隱患。

d.電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員流動(dòng)性管理較弱。對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的進(jìn)出場(chǎng)的監(jiān)測(cè)手段落后,導(dǎo)致人員調(diào)度效率低下、調(diào)度安排缺乏科學(xué)性與合理性, 難以通過(guò)智能化的管理來(lái)提高整體的工作效率。

基于這些需求, 迫切需要建設(shè)完善的基建現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)感知平臺(tái),部署能夠感知電力施工現(xiàn)場(chǎng)各類情景的終端設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化感知、采集、傳輸以及預(yù)警,同時(shí)建立完善的基建現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)平臺(tái)應(yīng)用對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的有效監(jiān)督和指導(dǎo),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員科學(xué)調(diào)度,為電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全工作提供技術(shù)支持,從而提升電網(wǎng)企業(yè)的安全生產(chǎn)的管理水平。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1 系統(tǒng)功能

1.1 數(shù)據(jù)采集

平臺(tái)提供智能安全帽監(jiān)測(cè)、深基坑監(jiān)測(cè)、門禁系統(tǒng)、高支模安全監(jiān)測(cè)、組塔張力架線監(jiān)測(cè)、智能手環(huán)、移動(dòng)智能終端等基建現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集, 并將這些采集程序接入到邊緣物聯(lián)代理進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1.2 邊緣物聯(lián)代理

邊緣物聯(lián)代理和基建現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理中心是智慧物聯(lián)感知體系的核心。通過(guò)統(tǒng)一的邊緣代理(邊)和基建現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理中心(云)的建設(shè),實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同,統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集來(lái)源,解決感知層重復(fù)建設(shè)、數(shù)據(jù)重復(fù)采集等問(wèn)題。邊緣物聯(lián)代理可部署在配電站房、配電臺(tái)區(qū)、變電站、輸電線路、大用戶、居民用戶,實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)采集終端的統(tǒng)一接入管理。

邊緣物聯(lián)代理遵循物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件架構(gòu)體系,主要包括硬件層、系統(tǒng)層、核心服務(wù)層、應(yīng)用框架層與應(yīng)用層。采用通用化的硬件設(shè)計(jì),基于支持容器化技術(shù)的操作系統(tǒng),搭載各類APP 實(shí)現(xiàn)對(duì)各類終端的數(shù)據(jù)采集和就地控制。

1.2.1 硬件層:

通過(guò)不可克隆函數(shù)(PUF)、可信計(jì)算模塊(TPM)、可信執(zhí)行環(huán)境(TEE)等實(shí)現(xiàn)硬件的可信,為后續(xù)操作系統(tǒng)的可信提供底層支撐,同時(shí)采用安全密碼模塊為系統(tǒng)提供硬件級(jí)的密碼算法支持。

1.2.2 系統(tǒng)層

基于安全操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)支持實(shí)時(shí)調(diào)度、資源隔離、安全可信的系統(tǒng)層,同時(shí)封裝提供密碼模塊。

1.2.3 核心服務(wù)層

提供設(shè)備管理、應(yīng)用管理、北向互聯(lián)、南向通信、通信QoS 等核心服務(wù), 支撐應(yīng)用框架層。

1.2.4 應(yīng)用框架層

基于核心服務(wù)層對(duì)外提供靈活的模型管理、設(shè)備管理、函數(shù)計(jì)算、任務(wù)調(diào)度及規(guī)則引擎等應(yīng)用框架,供上層應(yīng)用調(diào)用,降低上層應(yīng)用APP 對(duì)底層資源的無(wú)效請(qǐng)求, 提高上層應(yīng)用效率。

1.2.5 應(yīng)用層

通過(guò)應(yīng)用框架層對(duì)外提供服務(wù),為第三方應(yīng)用提供底層硬件監(jiān)控能力,降低第三方應(yīng)用對(duì)基礎(chǔ)硬件監(jiān)控的開發(fā)難度,有利于第三方應(yīng)用更專注于本身業(yè)務(wù)的開發(fā)。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.3 基建現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理中心

對(duì)物聯(lián)代理、智能終端、存量信息系統(tǒng)的統(tǒng)一安全接入和管理, 通過(guò)遠(yuǎn)程維護(hù)、APP 應(yīng)用升級(jí)實(shí)現(xiàn)邊緣代理的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理、互聯(lián)配置、運(yùn)行監(jiān)視功能；對(duì)全過(guò)程系統(tǒng)提供統(tǒng)一的感知數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。

1.3.1 設(shè)備管理

提供對(duì)接入平臺(tái)的傳感器、移動(dòng)智能終端、數(shù)據(jù)采集器、物聯(lián)代理等提供統(tǒng)一管理；

1.3.2 互聯(lián)配置

互聯(lián)配置包括設(shè)備分組、設(shè)備與采集器的關(guān)聯(lián)關(guān)系及設(shè)備處理模型等方面的配置。

1.3.3 運(yùn)行監(jiān)視

平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)采集服務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控, 當(dāng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)出現(xiàn)故障或其他原因?qū)е路?wù)停止運(yùn)行時(shí)平臺(tái)將及時(shí)通知平臺(tái)管理員,使管理員能及時(shí)的進(jìn)行處理并進(jìn)行恢復(fù)。

平臺(tái)對(duì)深基坑監(jiān)測(cè)傳感器、高支模安全監(jiān)測(cè)傳感器、移動(dòng)智能終端、手環(huán)、物聯(lián)代理等接入到平臺(tái)是設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,同時(shí)平臺(tái)以數(shù)據(jù)采集服務(wù)采集到的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源,對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析,分析設(shè)備每日接收到的數(shù)據(jù)數(shù)量,最近幾日的數(shù)據(jù)從而進(jìn)一步的掌控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

1.3.4 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)展示與上傳

平臺(tái)對(duì)基建現(xiàn)場(chǎng)使用的深基坑監(jiān)測(cè)采集終端、高支模安全監(jiān)測(cè)采集終端、手環(huán)、智能移動(dòng)終端等終端類設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)在基建全過(guò)程統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行展示, 根據(jù)基建全過(guò)程項(xiàng)目需求判讀數(shù)據(jù)是否上傳。

1.3.5 數(shù)據(jù)管理

提供對(duì)接入平臺(tái)的深基坑數(shù)據(jù)、高支模檢測(cè)數(shù)據(jù)、安全帽等各類參數(shù)根據(jù)類型按標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行處理并存入基建全過(guò)程統(tǒng)一平臺(tái),并對(duì)全過(guò)程系統(tǒng)提供統(tǒng)一的感知數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。

2 系統(tǒng)架構(gòu)（圖1）

2.1 數(shù)據(jù)采集程序:通過(guò)數(shù)據(jù)采集程序采集布置在基建現(xiàn)場(chǎng)的深基坑、高支模、安全帽等傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)。

2.2 邊緣物聯(lián)代理:實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑、高支模、安全帽等各類采集對(duì)象數(shù)據(jù)接入,同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于MQTT 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的上傳程序開發(fā)。

2.3 基建現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理中心:對(duì)物聯(lián)代理、智能終端、存量信息系統(tǒng)的統(tǒng)一安全接入和管理,通過(guò)遠(yuǎn)程維護(hù)、APP 應(yīng)用升級(jí)實(shí)現(xiàn)邊緣代理的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理、互聯(lián)配置、運(yùn)行監(jiān)視功能；對(duì)全過(guò)程系統(tǒng)提供統(tǒng)一的感知數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口（圖2）。

3 結(jié)論

建設(shè)一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基建現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)感知平臺(tái),對(duì)物聯(lián)代理、智能終端、存量信息系統(tǒng)的統(tǒng)一安全接入和管理,通過(guò)遠(yuǎn)程維護(hù)、APP 應(yīng)用升級(jí)實(shí)現(xiàn)邊緣代理的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理、互聯(lián)配置、運(yùn)行監(jiān)視功能,實(shí)現(xiàn)基建現(xiàn)場(chǎng)深基坑監(jiān)測(cè)、高支模監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能手環(huán)、移動(dòng)智能終端進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集,為全過(guò)程系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、穩(wěn)定、安全有效的數(shù)據(jù)支撐。