國(guó)網(wǎng)宜昌供電公司 高 莉 付 榮 閆 超 余 杰 王首偉

隨著城市電纜化率的不斷增長(zhǎng)，電纜井蓋作為電纜的重要保護(hù)，面臨著一系列安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。電力公司在溝道信息化管理方面一直處于空白，無(wú)法及時(shí)掌握溝道蓋板狀態(tài)，本文提出一種基于NB-IoT的井蓋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案，輔助運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位異常井蓋，提升溝道運(yùn)維質(zhì)效，降低電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

外破及非法開蓋等安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。電纜蓋板作為電纜的重要保護(hù)，面臨著破損率高、違規(guī)開蓋等嚴(yán)重威脅電纜安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。隨著各地智慧城市建設(shè)的積極開展，許多基礎(chǔ)設(shè)施改造施工隊(duì)為趕搶工期暴力施工，造成電纜蓋板損壞、電纜斷裂。由于城市的電纜化率不斷提升，電力公司管轄及代維的電纜通道分布廣泛，給電纜偷盜團(tuán)伙和偷用通道空間放置易燃線纜、物品的不法企業(yè)及個(gè)人，非法開啟蓋板進(jìn)行不法操作，提供了利益空間，給電纜及通道帶來(lái)了極大的安全隱患。從基層班組到運(yùn)維管理單位都十分期待一套能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)溝道蓋板外破及開蓋行為的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系。

行人因蓋板破損或丟失發(fā)生踩空意外。城區(qū)的電纜溝修建常與市政道路配套開展，修建標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量無(wú)法掌控。蓋板是電纜通道最薄弱環(huán)節(jié)，蓋板在車輛碾壓、人員踩踏情況下極易從井口滑落，運(yùn)維人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，行人一旦誤入井口則直接墜入通道，造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。急需減少蓋板破損保持時(shí)間減少人身傷害。

蓋板缺乏信息化管理手段，難以及時(shí)運(yùn)維。蓋板工況缺乏精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)手段導(dǎo)致運(yùn)維人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障位置有效及時(shí)處理，電力公司的搶修隊(duì)伍往往在故障信息被耽擱很久之后，花費(fèi)大量的時(shí)間和人力成本，尋找故障位置，且到達(dá)故障現(xiàn)場(chǎng)后需查勘蓋板型號(hào)后須再次往返方能完成一 次蓋板更換，影響公司的整體運(yùn)營(yíng)效率。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案

1.1 監(jiān)測(cè)原理

井蓋傳感器實(shí)時(shí)回傳蓋板的外破、開蓋、合蓋等信息，邊緣計(jì)算裝置給每一塊蓋板計(jì)算出一個(gè)絕對(duì)的物聯(lián)網(wǎng)編碼，井蓋狀態(tài)感知數(shù)據(jù)通過(guò)邊緣計(jì)算結(jié)合后形成蓋板的異動(dòng)信息，信息通過(guò)NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議上傳到中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，系統(tǒng)服務(wù)器通過(guò)調(diào)用api接口接收中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的井蓋數(shù)據(jù)，在監(jiān)測(cè)平臺(tái)形成各類相關(guān)應(yīng)用并與GIS集成供web端與移動(dòng)app調(diào)用。監(jiān)測(cè)原理如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)原理

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，各層含義如下：

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

感知層：智能監(jiān)測(cè)裝置以“物理感知”方式與通道蓋板連接，蓋板異動(dòng)時(shí)啟動(dòng)邊緣計(jì)算精確定位異動(dòng)位置，并實(shí)時(shí)向邊緣計(jì)算裝置傳送。

邊緣計(jì)算層：利用邊緣計(jì)算裝置計(jì)算感知采集數(shù)據(jù)，將采集信號(hào)通過(guò)NB-IoT協(xié)議上傳至中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)api接口推送采集的數(shù)據(jù)。

應(yīng)用數(shù)據(jù)層：本層將檔案數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)按規(guī)則進(jìn)行解析、整理入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)管理協(xié)調(diào)。

數(shù)據(jù)分析層：通過(guò)蓋板的精確異動(dòng)信息數(shù)據(jù)與其他相關(guān)數(shù)據(jù)融合，根據(jù)實(shí)際需求目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析處理。

應(yīng)用展示層：在移動(dòng)終端部署內(nèi)部移動(dòng)APP，在服務(wù)器端部署客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)通道及蓋板的資產(chǎn)管理、運(yùn)維檢修管理及業(yè)務(wù)深化應(yīng)用。

1.3 功能模塊

系統(tǒng)應(yīng)用層分android手持設(shè)備、web系統(tǒng)兩大部分。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念將滿足安裝人員、運(yùn)維人員、監(jiān)管人員（領(lǐng)導(dǎo)）等不同人員的需求，具體如下：

（1）數(shù)據(jù)采集模塊

監(jiān)測(cè)裝置采集井蓋傳感器的狀態(tài)信息，包括溫度、狀態(tài)、蓋板編號(hào)等，通過(guò)NB-IoT協(xié)議上傳到電信物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，服務(wù)端按平臺(tái)約定的接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)獲取監(jiān)測(cè)裝置上報(bào)的數(shù)據(jù)。

（2）檔案管理模塊

該模塊用來(lái)存儲(chǔ)和管理蓋板、電纜通道資產(chǎn)的信息，描述蓋板尺寸、蓋板形狀、電纜明細(xì)等信息，形成電纜通道資產(chǎn)臺(tái)賬。具備資產(chǎn)管理權(quán)限與人員配置等功能，維護(hù)人員及所管轄區(qū)域的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

（3）蓋板異動(dòng)模塊

當(dāng)發(fā)生蓋板外破、蓋板開啟、蓋板恢復(fù)、通道溫度超限等異動(dòng)事件，監(jiān)測(cè)終端能夠第一時(shí)間反饋告警信息，并基于物聯(lián)編碼精準(zhǔn)提供異動(dòng)蓋板的地理位置信息，同時(shí)通知地區(qū)運(yùn)維負(fù)責(zé)人，并導(dǎo)航指引運(yùn)維人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)開展運(yùn)維及搶修工作。

（4）裝置管理模塊

監(jiān)測(cè)裝置長(zhǎng)年埋入地下，需要監(jiān)測(cè)通信裝置的工作狀態(tài)，指導(dǎo)運(yùn)維人員及時(shí)處理異?；蚋鼡Q裝置，保障通信的有效性和及時(shí)性?？梢詫?shí)時(shí)采樣、測(cè)量和計(jì)算傳感器上報(bào)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，能遠(yuǎn)程配置監(jiān)測(cè)裝置的參數(shù)，如上報(bào)模式，上報(bào)頻率，手動(dòng)參數(shù)矯正等。

（5）運(yùn)維功能模塊

工單管理子模塊：根據(jù)上報(bào)的事件，將故障生成工單，分派到具體的工作人員，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、APP等多種渠道提醒各個(gè)相關(guān)人員，協(xié)調(diào)處理。

蓋板開合報(bào)警子模塊：蓋板開合會(huì)上報(bào)相應(yīng)事件，并形成警報(bào)，運(yùn)維人員可以通過(guò)web或移動(dòng)端了解蓋板狀態(tài)。

安裝管理子模塊：輔助安裝人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試監(jiān)測(cè)裝置，引導(dǎo)正確設(shè)置參數(shù)指標(biāo)，保證監(jiān)測(cè)裝置的正常安裝和工作。

（6）數(shù)據(jù)分析模塊

統(tǒng)計(jì)和分析高頻故障蓋板，故障類型，蓋板型號(hào)，揭示規(guī)律，有針對(duì)性的加強(qiáng)保護(hù)，提高蓋板的穩(wěn)固性；統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)生故障的區(qū)域，故障頻率，結(jié)合地圖情況，展示異動(dòng)發(fā)生熱點(diǎn)圖，指導(dǎo)工作人員差異化運(yùn)維；綜合分析通道內(nèi)溫度的情況，橫向?qū)Ρ炔煌ǖ赖臏囟?，縱向?qū)Ρ炔煌瑫r(shí)間的溫度，圖表結(jié)合展現(xiàn)，并在地圖上綜合展現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

（7）GIS模塊

蓋板位置、裝置位置、人員定位和通道路線都將通過(guò)實(shí)時(shí)地圖的形式直觀呈現(xiàn)，地圖可放大縮小，通過(guò)操作地圖，可以瀏覽蓋板狀態(tài)、裝置位置、通道路線概況。當(dāng)蓋板發(fā)生異常時(shí)，地圖上直接定位移動(dòng)蓋板，動(dòng)畫突出顯示，語(yǔ)音播報(bào)。當(dāng)用戶登錄App端，會(huì)自動(dòng)定位運(yùn)維人員的實(shí)時(shí)位置，并導(dǎo)航前往故障點(diǎn)的路線和時(shí)間。

2 應(yīng)用成效

第一，安全效益。及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位故障蓋板，有效避免蓋板外破或違規(guī)開蓋引發(fā)的電纜損傷、溝道火災(zāi)、電網(wǎng)停運(yùn)、行人踏空跌落等安全隱患，降低電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。第二，社會(huì)效益。為行人的道路安全提供了更堅(jiān)實(shí)的保障，探索能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧城市建設(shè)深度融合方式及場(chǎng)景應(yīng)用，運(yùn)用現(xiàn)代科技更好的服務(wù)民生，彰顯能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)風(fēng)范。

結(jié)語(yǔ)：基于物聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)時(shí)采集井蓋狀態(tài)信息，將道路交通地圖與井蓋傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合，為裝置的安裝部署、蓋板的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示、異動(dòng)蓋板的位置指引、通道的溫度環(huán)境預(yù)警等提供直觀清晰的地理信息支撐，為溝道運(yùn)維管理提供信息化監(jiān)測(cè)手段，提升城市及電網(wǎng)安全水平。