陳健 錢星橋

摘要：變電站機房目前使用的視頻監(jiān)控裝置缺少自動識別、主動監(jiān)測的功能，導(dǎo)致工作人員在機房內(nèi)作業(yè)時誤入屏位誤操作的事件時有發(fā)生，嚴(yán)重影響通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。鑒于此，搭建了基于激光雷達(dá)的機房可視化預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)對機房內(nèi)人員作業(yè)位置的自動感知，同時能實時分析移動軌跡，對誤操作快速進(jìn)行預(yù)警，防范機房設(shè)備安全風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：安全風(fēng)險;激光雷達(dá);機房可視化;自動預(yù)警

中圖分類號：TN958.98;TM63? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）03-0028-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.03.008

0? ? 引言

隨著我國信息化進(jìn)程的快速推進(jìn)，關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施作為事關(guān)國家安全和社會穩(wěn)定的重要戰(zhàn)略資源的地位日益凸顯。為了更好地應(yīng)對威脅關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)入侵和網(wǎng)絡(luò)攻擊事件，貫徹落實《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》中關(guān)于提升關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)的要求，信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施需要建立全面的監(jiān)測預(yù)警機制，實現(xiàn)“全天候、全方位”感知網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢，變被動防護(hù)為主動監(jiān)測與積極防御。

根據(jù)往年變電站的網(wǎng)絡(luò)安全工作，發(fā)現(xiàn)部分機房內(nèi)作業(yè)人員因工作經(jīng)驗不足等原因，不僅未按工作計劃到相應(yīng)屏位進(jìn)行作業(yè)，還誤入其他機柜對在運行設(shè)備進(jìn)行開關(guān)、測試等誤操作，嚴(yán)重影響通信網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定性。

目前變電站視頻監(jiān)控的人機交互性差，只能被動監(jiān)視，缺乏分析處理能力，不具備主動告警功能，無法協(xié)助運維人員在第一時間對機房設(shè)備誤操作進(jìn)行響應(yīng)。為此，搭建了一種基于激光雷達(dá)的機房可視化預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于變電站機房可視化展示和監(jiān)控，通過動態(tài)、實時的智能化數(shù)據(jù)軌跡分析，對人員進(jìn)出屏位作業(yè)、機房環(huán)境變動實現(xiàn)響應(yīng)告警，提高管理人員對機房情況的響應(yīng)速度，有利于保障設(shè)備安全，防范網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險，實現(xiàn)機房運維智能化。

1? ? 基于激光雷達(dá)的機房可視化預(yù)警系統(tǒng)簡介及優(yōu)勢

使用基于激光雷達(dá)的機房可視化預(yù)警系統(tǒng)，可實現(xiàn)對機房內(nèi)計劃作業(yè)范圍的掃描測繪，同時自動識別人員進(jìn)出作業(yè)、機房環(huán)境變動，通過高覆蓋率、高精確度、高動態(tài)化、高實時性的圖像采集和分析處理，生成響應(yīng)告警，高效應(yīng)對突發(fā)情況，實現(xiàn)機房運維智能化。

1.1? ? 智能識別定位

激光雷達(dá)及UWB定位設(shè)備結(jié)合使用，可對進(jìn)入監(jiān)控范圍的作業(yè)人員進(jìn)行自動化識別及定位，精確度高，可靠性強;能自動智能核查感知環(huán)境變化，及時發(fā)現(xiàn)人員在機房內(nèi)作業(yè)誤入屏位誤操作情況;無須人工操作，能克服目前人工核查視頻監(jiān)控低效和不完整的問題。

1.2? ? 實時射線判斷

基于射線算法，對人員實時定位及預(yù)設(shè)電子圍欄等坐標(biāo)信息進(jìn)行快速處理，第一時間偵測出人員定位超出計劃作業(yè)范圍的情況。

1.3? ? 設(shè)備風(fēng)險預(yù)警

實時監(jiān)測基于射線法判斷結(jié)果，結(jié)合激光雷達(dá)所探測畫面，實現(xiàn)實時風(fēng)險評估、風(fēng)險態(tài)勢可視化展示、風(fēng)險數(shù)據(jù)管理，當(dāng)實時風(fēng)險值大于閾值時，通過多種方式快速告警，以便及時處理設(shè)備風(fēng)險。

2? ? 基于激光雷達(dá)的機房可視化預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1? ? 體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)按其功能可分為Web操作層和設(shè)備讀取層。其中，Web操作層為用戶交互層，采用B/S架構(gòu)開發(fā)，用戶通過瀏覽器直接訪問系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)操作;設(shè)備讀取層為設(shè)備交互層，通過串口連接UWB定位設(shè)備，并持續(xù)獲取定位信息，判斷位置與圍欄關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理入庫。

Web操作層前端采用jQuery作為js組件庫，Bootstrap作為界面庫進(jìn)行界面和前端邏輯開發(fā)，后端采用Python語言和flask庫進(jìn)行開發(fā);設(shè)備讀取層采用Python語言開發(fā)，用pyserial庫控制物理串口;系統(tǒng)采用MongoDB作為存儲數(shù)據(jù)庫，驅(qū)動高并發(fā)數(shù)據(jù)讀寫。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如表1所示。

本文設(shè)計的基于激光雷達(dá)的機房可視化預(yù)警系統(tǒng)可分為系統(tǒng)接口、功能模塊和操作及管理界面三大部分，架構(gòu)圖如圖1所示。

（1）系統(tǒng)接口：提供基于激光雷達(dá)的機房可視化預(yù)警系統(tǒng)與網(wǎng)管系統(tǒng)服務(wù)器及工作站系統(tǒng)間接口[1]，傳輸預(yù)警信號。

（2）功能模塊：包括底圖管理、場景管理、定位數(shù)據(jù)管理、硬件交互管理4個模塊。

（3）操作及管理界面：通過操作及管理界面完成4個功能模塊的信息展示和運維操作，實現(xiàn)檢查終端硬件信息和系統(tǒng)狀態(tài)等功能。

全界面圖管理如圖2所示，主要功能為維護(hù)位置展示的底層背景圖像。該模塊按照實際的物理環(huán)境繪制或拍攝平面圖，按照一定的比例導(dǎo)入平臺，平臺自動識別圖片分辨率、長度與寬度，計算實際大小，并維護(hù)保存和展示。

場景管理如圖3所示，主要功能為將實際需要建?；蜓惨暤奈锢韴鏊⒒鶞?zhǔn)點、圍欄坐標(biāo)等進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，建立平臺可視化場景，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實時位置展示。

該模塊通過預(yù)配置的基準(zhǔn)位置、定位標(biāo)簽信息，簡單拖放的電子圍欄操作，實時按真實坐標(biāo)展示的點位軌跡，電子圍欄清晰可見的區(qū)分和告警展示，為整個系統(tǒng)提供了完善的交互和統(tǒng)計功能。

定位數(shù)據(jù)如圖4所示，主要功能為定位數(shù)據(jù)存儲、快速搜索和統(tǒng)計，包含是否位于圍欄內(nèi)的實時判斷結(jié)果。

硬件交互如圖5所示。通過物理串口訪問UWB定位基站設(shè)備[2]，發(fā)送循環(huán)定位獲取指令，實時獲取定位信息，并通過射線算法計算定位是否位于電子圍欄內(nèi)，將結(jié)果全部存入數(shù)據(jù)庫。

2.2? ? 軟件的實現(xiàn)

技術(shù)架構(gòu)圖如圖6所示。對進(jìn)入監(jiān)測范圍的監(jiān)測對象進(jìn)行快速識別定位，自動建立監(jiān)測對象與系統(tǒng)內(nèi)定位點坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系[3]，并對超出預(yù)設(shè)電子圍欄范圍的定位發(fā)出預(yù)警。對監(jiān)測范圍同時進(jìn)行可視化管理，對人員進(jìn)出屏位作業(yè)、機房環(huán)境變動等情況進(jìn)行實時追蹤，并動態(tài)化計算風(fēng)險態(tài)勢，追蹤風(fēng)險行為，及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)險動作。

3? ? 成果展示

本硬件系統(tǒng)共包括4個模塊：光束操縱模塊、成像模塊、預(yù)警模塊和激光測距模塊。

根據(jù)設(shè)計組件進(jìn)行激光雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的組裝：

（1）首先對雷達(dá)本體進(jìn)行組裝，組裝過程圖如圖7所示。

（2）將雷達(dá)連接到轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器如圖8所示。

（3）使用以太網(wǎng)電纜將計算機和轉(zhuǎn)換器連接到路由器，再將轉(zhuǎn)換器連接到外部電源，完成組裝。激光雷達(dá)整體圖如圖9所示。

4? ? 結(jié)語

本文設(shè)計的基于激光雷達(dá)的機房可視化預(yù)警系統(tǒng)投入使用后，運維人員能夠通過該系統(tǒng)及時掌握變電站機房內(nèi)作業(yè)設(shè)備風(fēng)險情況;同時，智能化監(jiān)控能力的提升，使運維人員的作業(yè)更能滿足機房監(jiān)控需求，還能避免人力、物力資源的浪費，滿足可持續(xù)發(fā)展要求，堵塞作業(yè)漏洞，最終實現(xiàn)通信設(shè)備安全及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，防范安全風(fēng)險。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 祖琪，王丹，高明華，等.基于激光雷達(dá)的巡檢機器人導(dǎo)航系統(tǒng)研究[J].電子測試，2018（22）：32-33.

[2] 鄧凱，任志敏.基于UWB技術(shù)的室內(nèi)外一體定位系統(tǒng)設(shè)計[J].山西電子技術(shù)，2020（1）：61-64.

[3] 陳旻哲，熊誠，劉守印.基于UWB的室內(nèi)停車場高精度定位系統(tǒng)設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2018，18（4）：32-38.

收稿日期：2021-11-30

作者簡介：陳?。?986—），男，廣東清遠(yuǎn)人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：電力通信。

錢星橋（1998—），男，廣東珠海人，助理工程師，研究方向：電力通信。