基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電力抄表保障平臺(tái)研究

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)海南有限公司，海南 570100）

1 引言

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使用2G/4G/NBIOT網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電網(wǎng)抄表數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)發(fā)展迅速。由于電網(wǎng)抄表終端分布區(qū)域廣，經(jīng)常出現(xiàn)因終端斷電、終端異常、網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋等問(wèn)題，導(dǎo)致遠(yuǎn)程電力抄表設(shè)備無(wú)法正常傳輸數(shù)據(jù)，影響抄表數(shù)據(jù)及時(shí)回傳。目前缺乏有效的監(jiān)測(cè)和管理手段，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)卡掉線故障診斷效率低下，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)抄表點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)維保障質(zhì)量[1-3]。

為此，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種電力抄表物聯(lián)網(wǎng)卡智能保障平臺(tái)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，提升在物聯(lián)網(wǎng)終端管理、業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、異常問(wèn)題診斷和故障搶修督辦等方面信息化、自動(dòng)化和智能化程度，提升電力抄表物聯(lián)網(wǎng)卡掉線故障發(fā)現(xiàn)能力、故障排查響應(yīng)速度，確保電網(wǎng)抄表數(shù)據(jù)回傳的及時(shí)性和完整性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

本文搭建基于云計(jì)算的電力抄表物聯(lián)網(wǎng)卡智能保障平臺(tái)，采集運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)域、業(yè)務(wù)域、管理域信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，在終端管理、業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、異常問(wèn)題診斷和故障搶修督辦四個(gè)方面提供支撐，提升電力抄表物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)保障能力。建設(shè)方案主要包括兩個(gè)部分：第一部分，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集；第二部分，保障平臺(tái)開(kāi)發(fā)建設(shè)。

第一部分，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集。在網(wǎng)絡(luò)信令數(shù)據(jù)方面，部署分光器、探針和服務(wù)器等設(shè)備，進(jìn)行信令數(shù)據(jù)的采集、解析和關(guān)聯(lián)回填，實(shí)現(xiàn)全量電力抄表物聯(lián)網(wǎng)卡分析和診斷；在網(wǎng)管數(shù)據(jù)方面，采集網(wǎng)絡(luò)告警、性能、MR和業(yè)務(wù)撥測(cè)信息，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知端到端網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)；在位置信息方面，采集基站經(jīng)緯度和用戶MR信息，提供物聯(lián)網(wǎng)終端位置定位能力；在簽約信息方面，獲取碼號(hào)、資費(fèi)、業(yè)務(wù)等信息，為抄表業(yè)務(wù)異常問(wèn)題排查提供支撐。

第二部分，保障平臺(tái)開(kāi)發(fā)建設(shè)。本部分包括應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)和云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。其中，應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，采用“云、管、端”模式，“云”端基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)、算法、算力三要素不斷產(chǎn)出服務(wù)能力，支持各功能模塊定制化服務(wù)，并為“端”賦能。該模式可平滑擴(kuò)展支持水務(wù)、燃?xì)夂蛙嚶?lián)網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，便于不同行業(yè)、企業(yè)快速無(wú)縫接入；云計(jì)算平臺(tái)硬件的建設(shè)，包括采集接口機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器和路由器等設(shè)備，構(gòu)建云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

電力抄表物聯(lián)網(wǎng)卡智能保障平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電力抄表物聯(lián)網(wǎng)卡智能保障平臺(tái)放置于運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)機(jī)房，包含接口機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)器等設(shè)備，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)管網(wǎng)采集網(wǎng)絡(luò)信令、物聯(lián)網(wǎng)卡簽約信息、網(wǎng)絡(luò)告警數(shù)據(jù)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷。平臺(tái)分別通過(guò)網(wǎng)管網(wǎng)、數(shù)據(jù)專線與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)管服務(wù)器、電網(wǎng)服務(wù)器連接，實(shí)時(shí)傳送抄表業(yè)務(wù)分析數(shù)據(jù)，運(yùn)營(yíng)商維護(hù)人員和電網(wǎng)維護(hù)人員分別通過(guò)網(wǎng)管網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)，查看業(yè)務(wù)運(yùn)行情況并受理?yè)屝薰巍?/p>

圖1 網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)圖

2.3 平臺(tái)設(shè)計(jì)

本平臺(tái)采用數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)解碼層、共享層、應(yīng)用層和訪問(wèn)層的五層架構(gòu)體系，技術(shù)功能架構(gòu)圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)采集層：在2G/4G/NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的S1-MME、S1-U、S6a、S1-Lite等接口部署分光器、探針設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電力抄表網(wǎng)絡(luò)信令數(shù)據(jù)的接入和采集解析；部署自動(dòng)撥測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)的仿真撥測(cè)，實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量信息。

數(shù)據(jù)解碼層：實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集層上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、關(guān)聯(lián)、回填及合成。

共享層：長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)聚合之后的多維分析數(shù)據(jù)。共享層與運(yùn)營(yíng)商經(jīng)分系統(tǒng)對(duì)接，獲取經(jīng)分系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)卡簽約及資費(fèi)數(shù)據(jù)；共享層與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)接，獲取運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)管系統(tǒng)告警、性能和MR數(shù)據(jù)等。

應(yīng)用層：通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)終端管理、業(yè)務(wù)保障、故障診斷和工單派發(fā)等功能，實(shí)現(xiàn)從問(wèn)題發(fā)現(xiàn)到解決的閉環(huán)管理，保障電力抄表業(yè)務(wù)質(zhì)量。

訪問(wèn)層：提供Web、手機(jī)客戶端等方式展示。

圖2 平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖

2.4 平臺(tái)功能

平臺(tái)功能主要包含終端管理模塊、業(yè)務(wù)保障模塊、故障診斷模塊、和工單派發(fā)模塊等，各功能模塊具體功能描述如下。

終端管理模塊：提供每個(gè)終端位置信息、簽約信息、業(yè)務(wù)質(zhì)量和維護(hù)人員信息等，為客戶進(jìn)行海量物聯(lián)網(wǎng)終端管理、業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)和故障搶修提供信息支撐。

業(yè)務(wù)保障模塊：提供不同市縣、區(qū)域的業(yè)務(wù)量、業(yè)務(wù)分布、業(yè)務(wù)指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤碼、業(yè)務(wù)趨勢(shì)等信息，通過(guò)可視化方式了解業(yè)務(wù)使用情況，為進(jìn)一步數(shù)據(jù)挖掘和隱患排查提供支撐。

故障診斷模塊：提供業(yè)務(wù)使用異常問(wèn)題全量自動(dòng)診斷能力。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)卡掉線、網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)異常、數(shù)據(jù)傳送中斷等異常問(wèn)題，結(jié)合電力抄表行業(yè)特性，在抄表終端、物聯(lián)網(wǎng)卡簽約信息、無(wú)線網(wǎng)、核心網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等環(huán)節(jié)自動(dòng)進(jìn)行問(wèn)題定界定位，自動(dòng)診斷異常原因并給出故障搶修建議，提升故障搶修的效率和速度。

工單派發(fā)模塊：提供業(yè)務(wù)異常問(wèn)題、設(shè)備故障問(wèn)題等任務(wù)派發(fā)、督辦能力。根據(jù)診斷結(jié)果，按照物聯(lián)網(wǎng)終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與維護(hù)人員、維護(hù)區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系派發(fā)搶修工單，工單內(nèi)容包含問(wèn)題描述、位置信息、診斷結(jié)果和處理建議等。同時(shí)，能夠根據(jù)不同工單的處理時(shí)限，派發(fā)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)督辦工單，分別對(duì)維護(hù)人員、管理人員和負(fù)責(zé)人員進(jìn)行督辦。

3 應(yīng)用效果分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的電力抄表業(yè)務(wù)智能保障系統(tǒng)能夠縮短抄表業(yè)務(wù)搶修的時(shí)長(zhǎng)、提高搶修的效率。

（1）及時(shí)發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)故障和異常問(wèn)題。通過(guò)7*24小時(shí)全量網(wǎng)絡(luò)告警、性能指標(biāo)、業(yè)務(wù)量、網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤碼等監(jiān)控，實(shí)時(shí)對(duì)故障和異常問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警。

（2）縮短故障搶修時(shí)長(zhǎng)。在投訴信息收集、問(wèn)題定位、搶修工單派發(fā)等環(huán)節(jié)引入信息化、自動(dòng)化、智能化工具和方法，大幅縮短搶修時(shí)長(zhǎng)。

（3）提高電力抄表數(shù)據(jù)回傳質(zhì)量。通過(guò)分析終端、區(qū)域、時(shí)段、指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和信令錯(cuò)誤碼等信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隱患和共性問(wèn)題，通過(guò)聚類、決策樹(shù)等方法，挖掘影響數(shù)據(jù)回傳質(zhì)量的關(guān)鍵因素并解決。

（4）提高電力抄表物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)維效率。在電力抄表終端管理、故障告警管理、維護(hù)隊(duì)伍管理、業(yè)務(wù)報(bào)表等方面提供數(shù)據(jù)和手段，提升運(yùn)維管理效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著4G廣泛應(yīng)用，5G快速推進(jìn)，以NB-IoT、eMTC等為代表的新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)順勢(shì)而生。當(dāng)前，物與物連接規(guī)模急劇擴(kuò)張，連接應(yīng)用日新月異，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以說(shuō)已深度嵌入多個(gè)垂直行業(yè)。但物聯(lián)網(wǎng)終端往往分布較為分散，如農(nóng)村、森林、樓道、室內(nèi)、地下等，不僅安裝環(huán)境復(fù)雜，而且網(wǎng)絡(luò)信號(hào)往往難以得到保障，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)日常管理和異常問(wèn)題排查及其困難。

本文基于電力抄表物聯(lián)網(wǎng)卡保障的痛點(diǎn)，引入大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新技術(shù)，搭建了一個(gè)從故障發(fā)現(xiàn)到問(wèn)題跟蹤解決的智能保障平臺(tái)，提供終端管理、業(yè)務(wù)保障、故障診斷和工單派發(fā)等能力，提升電網(wǎng)抄表物聯(lián)網(wǎng)卡掉線故障發(fā)現(xiàn)能力、故障排查響應(yīng)速度，確保電網(wǎng)抄表數(shù)據(jù)回傳質(zhì)量。同時(shí)，該平臺(tái)、方法能夠應(yīng)用水務(wù)抄表、燃?xì)獬淼缺姸啻怪毙袠I(yè)，具有較高的生產(chǎn)使用價(jià)值。