章 飛

（上海電力通信有限公司，上海 201204）

近幾年電力安全事故頻發(fā)，如2020 年陜西風機倒塔事故、2022 年上海外高橋電廠布袋除塵器坍塌事故等，都給安全生產(chǎn)帶來極大的壓力。上海電力系統(tǒng)內(nèi)，每天都有大量的高危施工作業(yè)工程發(fā)生，為了保證安全生產(chǎn)，降低事故發(fā)生率，必須利用可靠的信息安全技術及現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源，建立一套強有力的施工作業(yè)管控技術措施，來管控每天的施工作業(yè)過程。

智慧工地系統(tǒng)就是根據(jù)已經(jīng)覆蓋全市的電力通信承載網(wǎng)及主流的人工智能技術，秉承強中心、弱邊緣、強網(wǎng)絡的設計理念部署一套千路高清實時視頻同時接入分析的工地安全管控支撐系統(tǒng)。前端采用超高清的槍球一體機、移動布控球等感知層設備進行全場景覆蓋、中心采用堆疊流媒體服務器、存儲矩陣、智能分析服務器等組件進行架構。由于未采用邊緣計算技術，故前端感知層設備至監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)交互，必須借助大帶寬的網(wǎng)絡傳輸通道，才能實現(xiàn)。文章主要介紹針對不同的基建現(xiàn)場，如何利用不同的網(wǎng)絡接入技術，實現(xiàn)感知層設備與監(jiān)控中心的互聯(lián)互通目標，并根據(jù)接入應用效果，對幾種網(wǎng)絡接入技術進行應用分析總結，給后續(xù)工程項目提供參考案例。

1 智慧工地系統(tǒng)整體設計

智慧工地系統(tǒng)主要負責上海市內(nèi)電力基建工程的施工作業(yè)監(jiān)控工作，對電力安全生產(chǎn)管控、工程質(zhì)量管控具有十分重要的作用。根據(jù)當前人工智能技術的發(fā)展，監(jiān)控中心設計為千路高清視頻同時運行分析、違章自動辨識、風險違章自動上報的應用功能。同時結合國網(wǎng)公司推行的E 基建管控平臺，需要將工地前端施工器械（如挖掘機、切割機、吊車、運輸卡車、氣體檢測儀、接地線、帶電作業(yè)車、發(fā)電機、抽水機、排風機等）、個人防護裝置（安全帽、安全帶、個人保安線、帶電作業(yè)防護服）的狀態(tài)信息傳輸至國網(wǎng)E基建物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，與上海電力基建管控監(jiān)控中心共同管控施工安全作業(yè)行為。

根據(jù)上述應用需求，智能分析視頻監(jiān)控中心主要有堆疊流媒體服務器、視頻實時智能分析服務器、大容量存儲矩陣、監(jiān)控大屏、物聯(lián)網(wǎng)設備管理平臺、值班中心、大容量傳輸網(wǎng)絡、前端各類攝像機、前端存儲、感知層采集設備等組成。

前端所有的感知層設備，通過網(wǎng)絡高速傳輸通道實時傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心堆疊流媒體服務器接入、存儲、分發(fā)視頻數(shù)據(jù)流，智能分析服務器調(diào)取堆疊流媒體服務器的視頻數(shù)據(jù)流進行切片，與自身采集存儲的標準作業(yè)參考圖片，利用YOLO-V3 神經(jīng)網(wǎng)絡深度算法進行分析比對，并輸出分析結果推送給視頻監(jiān)控大屏。另外施工器械、個人防護裝置等其他感知層設備，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡或電力承載網(wǎng)網(wǎng)絡將設備狀態(tài)信息傳輸至監(jiān)控中心內(nèi)的國網(wǎng)E 基建物聯(lián)網(wǎng)設備管理平臺。

監(jiān)控中心內(nèi)的值班人員根據(jù)分析比對推送的違章分析結果或人工值班發(fā)現(xiàn)的違章結果，與E 基建物聯(lián)網(wǎng)平臺設備狀態(tài)臺賬、E 基建APP 系統(tǒng)內(nèi)的工作票等信息，共同管控前端在建工地的安全作業(yè)行為。同時監(jiān)控中心設計為共享數(shù)據(jù)、分級值班管控的管理制度，通過網(wǎng)絡傳輸通道，將視頻數(shù)據(jù)流推送給國網(wǎng)總部、各個建管、總包、監(jiān)理、分包等數(shù)據(jù)流需求的單位，實現(xiàn)多級管理、共同管控的目標。

該套監(jiān)控中心的特別之處，主要體現(xiàn)在電力違章的自動風險辨識方面。智能分析服務器內(nèi)，采樣保存了大量的安全帶正確使用、安全帽正確佩戴、施工人員人臉數(shù)據(jù)庫、施工車輛信息、坑洞識別、火源識別等正確使用的標準樣式圖片。前端傳輸?shù)拇罅恳曨l數(shù)據(jù)流切片后與智能分析服務器數(shù)據(jù)庫內(nèi)的標準圖片，通過比對，對不符合安全施工的作業(yè)行為，及時推送告警信息給監(jiān)控中心大屏展示端，減少監(jiān)控中心人機盯屏的工作量。另外監(jiān)控中心內(nèi)，結合國網(wǎng)E 基建APP 系統(tǒng)，輔助建立一套前端施工裝備的物聯(lián)網(wǎng)設備管理平臺臺賬，幫助值班人員更好地掌控前端作業(yè)工程現(xiàn)狀。

圖1 監(jiān)控中心整體結構情況圖

隨著人工智能技術的逐漸發(fā)展、監(jiān)控中心的智能識別技術，根據(jù)電力安全生產(chǎn)的需要不斷完善與發(fā)展。如施工人員或器械與不同電壓等級線路的安全施工距離的自動告警與風險預報功能，對防止人員觸電可以起到十分重要的作用。

2 基建工程接入網(wǎng)絡應用

經(jīng)過多年的政商企業(yè)務發(fā)展，目前已建設完成一張覆蓋上海全域的1 萬多公里電力通信承載網(wǎng)。該網(wǎng)絡骨干核心層采用OTN 波分復用設備進行組網(wǎng)，傳輸容量可達1 600 G，匯聚層容量可達200 G，節(jié)點機房已覆蓋2 000 多個，這些基礎網(wǎng)絡資源的存在，為大量的在建工地有線光纜接入提供了前提條件。在解決最后一公里光纜建設工作后，接入層借助裸纖、PTN、接入層交換機等設備，將市內(nèi)各個施工工地的需求點，就近接入承載網(wǎng)。

智慧工地服務器機房部署于上海小陸家嘴地區(qū)，采用不同路由的裸纖線路，將監(jiān)控中心核心交換機與電力通信承載網(wǎng)匯聚層不同節(jié)點機房內(nèi)的設備互聯(lián)，目前總頭接入帶寬為60 G，后期根據(jù)流量實際運行情況，可隨時擴容發(fā)展。

上海電力基建工程主要分兩類，第一類：固定場所的土建+變電施工現(xiàn)場；第二類：移動式施工的線路工程或室內(nèi)電器安裝工程施工現(xiàn)場。針對這兩種工地類型，根據(jù)承載網(wǎng)現(xiàn)狀及當今主流的通信技術，主要采用如下幾種網(wǎng)絡接入方案：

2.1 有線傳輸建設方案

針對110 kV 及以上電壓等級的土建+變電工程項目工地，都有一個固定的施工地點，施工作業(yè)面約3 500 m2，且施工周期較長，500 kV 以上的變電站工程，施工周期甚至可達到3 年以上。此類工程，優(yōu)先選擇有線光纜傳輸方案，此方案的難點在于從周邊的機房節(jié)點，如何利用電力管道、架空桿路資源，將最后1 公里的光纜線路，敷設至作業(yè)現(xiàn)場通信機柜內(nèi)。

項目工地四周安裝部署4~8 個高清槍球一體機、出入口安裝雙艙抓拍機，對施工工地實現(xiàn)全場景覆蓋，攝像機實時圖像先匯聚至項目部NVR 存儲設備上，該NVR 設備再通過高帶寬傳輸電路與監(jiān)控中心服務器對接。

圖2 鏈接拓撲情況如圖

該有線傳輸方案具有十分突出的優(yōu)點，信號傳輸穩(wěn)定，前端感知層設備可大量擴展、傳輸帶寬最高可擴展至1 G，安全可靠、智能分析應用效果最好等優(yōu)點。

缺點是最后1 公里很多路段，不具備光纜敷設條件，無法實現(xiàn)有線光纜建設工作；另外成本投資較大，給工程前期的投資帶來一定的壓力。目前在項目實施過程中，在投資可控的前期下，優(yōu)先采用有線光纜實施方案。

2.2 有線+無線補充的傳輸建設方案

固定施工地點的項目工地，優(yōu)先使用有線光纜傳輸方案，但由于各種原因，光纜無通道資源敷設就位，如架空電線桿需要入地、電力排管尚未建設到位、工地附近三通一平尚未就位等等，造成視頻監(jiān)控光纜無法敷設延伸到位。為解決此類問題，往往需要采用有線光纜+無線網(wǎng)橋補充的方案，來解決最后1 公里通道建設問題。

圖3建設方案利用無線網(wǎng)橋短距離、高速實時傳輸效果，結合有線光纜傳輸?shù)膬?yōu)點，將有線光纜敷設至可達的地方，架空安裝無線網(wǎng)橋和供電設備，利用開闊的可視空間，將信號傳輸至工地處的接收端網(wǎng)橋。方案施工的關鍵點，在于光纜末端無線網(wǎng)橋的選址與供電方案解決問題，一般在網(wǎng)橋之間無大型遮擋物、可解決網(wǎng)橋供電（就近取路燈電源或裝設太陽能電池板）的情況下，可應用此方案。目前此方案已得到廣泛應用，并取得了良好的實際應用效果，下一階段將逐步提高網(wǎng)橋的可靠性，確保在較長的陰雨天等環(huán)境下，依然可以穩(wěn)定運行。

圖3 有線+無線網(wǎng)絡傳輸建設方案

2.3 無線傳輸建設方案

部分固定施工地點的項目工地，有線傳輸、有線+無線均無法解決通信傳輸問題。同時大量的電力線路工程，室內(nèi)電氣安裝等不斷移動的作業(yè)面工程，也需要接入智慧工地系統(tǒng)。針對這些需求，就必須借助運營商的移動網(wǎng)絡資源來解決上述應用需求。

為解決移動終端實時監(jiān)控信號的傳輸問題，同時滿足國網(wǎng)信息網(wǎng)絡安全防護要求，監(jiān)控中心網(wǎng)絡核心節(jié)點前期與運營商蜂窩移動城域網(wǎng)機房節(jié)點內(nèi)的PE邊界路由器搭建萬兆互聯(lián)的三層APN 隧道專線電路。另外申請注冊大量的4G/5G 定向撥號SIM 卡，應用于移動布控球、環(huán)境監(jiān)測、負載監(jiān)測、無線撥號路由器等感知層設備上，打造前端感知層設備至監(jiān)控中心之間的無線內(nèi)網(wǎng)定向傳輸通道。

因智慧工地系統(tǒng)內(nèi)有智能分析處理需求，對前端傳輸?shù)膶崟r圖像有一定的要求（最小需達到4M 碼流），一臺布控球+4G 無線傳輸模塊，完全可以滿足監(jiān)控中心日常管理要求。但對于大流量，多攝像頭的固定場地傳輸，4G 傳輸通道就顯得捉襟見肘。此類案例，就必須借助更高帶寬的5G 傳輸通道或者有線傳輸方案，才能解決實際應用需求。此網(wǎng)絡建設方案詳見圖4。

圖4 智慧工地系統(tǒng)無線網(wǎng)絡應用場景示意圖

目前4G/5G+移動布控球監(jiān)控終端在電力基建工程項目上得到大面積應用，可滿足日常管控需求，但是隨著國網(wǎng)公司管理要求的不斷提高，對移動作業(yè)布控球的開關機記錄、信號強度、電池情況、設備遠程操控、設備前端人臉識別、實時圖像的清晰度等需求，逐步提上日常管理要求。這些需求的應用，對網(wǎng)絡的時延、帶寬、QoS 優(yōu)先級等提出了新的要求，作為電力通信網(wǎng)絡供應商，必須根據(jù)新的應用需求，與時俱進提供一攬子通信解決方案，才能不斷滿足電力安全生產(chǎn)管理的日常運行。

2.4 施工裝備物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸方案

施工機械裝備、個人安全防護裝備等等，都屬于工地上不可缺少的移動安全工器具物品，為了完成智慧工地的深度建設目標，納入工地全要素管理范疇，可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術，將這些物品納入智慧工地監(jiān)控中心的日常管理范圍。目前，施工車輛、電動機械等設備，通過加裝RFID 電子標簽模塊+物聯(lián)網(wǎng)通信模塊的方式，與E 基建物聯(lián)網(wǎng)管理平臺交互認證。個人安全工器具等無源設備通過RFID 電子標簽+手機終端掃描上傳至國網(wǎng)E 基建物聯(lián)網(wǎng)平臺的方式，進行日常管理。E 基建系統(tǒng)內(nèi)，通過工程每日工作票執(zhí)行機制為主軸，關聯(lián)工程信息、工作票三種人、施工人員、再通過物聯(lián)網(wǎng)管理平臺API 接口調(diào)用掃描認證上傳的施工機械、安全工器具等信息，監(jiān)控中心平臺的在線實時視頻，綜合形成完整的施工日志。

3 結語

上海電力基建管控監(jiān)控系智慧工地統(tǒng)投入運行已經(jīng)三年有余，目前利用各種網(wǎng)絡接入方案已完成200多個固定場地的變電工程接入，500 多個移動工程監(jiān)控點的接入工作。通過運行結果分析來看，有線傳輸效果最好、但是施工進度較慢且后期搬遷移位較為頻繁；無線傳輸方案部署最快、但傳輸效果較差。根據(jù)三年多的眾多實際案例分析，應優(yōu)先推廣有線光纜傳輸方案，輔助發(fā)展無線傳輸方案，擴展電力通信承載網(wǎng)資源，為電力生產(chǎn)、政商企業(yè)務的發(fā)展做好基礎資源覆蓋工作。隨著國網(wǎng)公司深化推進E 基建系統(tǒng)（智慧工地）的管理應用，工程現(xiàn)場的全要素管理、智能化管理，甚至后臺管控無人化管理，是未來工程管理的主要發(fā)展方向。如何利用物聯(lián)網(wǎng)、信息安全、網(wǎng)絡通信、人工智能等技術實現(xiàn)工程現(xiàn)場的深度智能化管理，是未來工程管理工作提升的重要方向。作為網(wǎng)絡通信方案提供方，必須緊跟著時代發(fā)展的方向，結合實際需求、不斷創(chuàng)新、不斷實踐，才能跟得上時代發(fā)展的步伐。