基建現(xiàn)場物聯(lián)感知平臺功能與架構設計

王軍燕 吳 松 姚蘭波 張永奈

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥230000）

隨著國家電網(wǎng)公司“十四五”的開局, 電網(wǎng)發(fā)展對安全作業(yè)提出了更高的要求。電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)具備范圍更廣、類型更多、精密度更高、應用價值更高的安全信息?，F(xiàn)場安全監(jiān)測設備可全方位提高電力現(xiàn)場作業(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)場作業(yè)的監(jiān)督、分析、預警功能, 是電網(wǎng)安全作業(yè)智能化的重要支撐技術。長期以來,國家電網(wǎng)公司一直沿用安規(guī)制度和現(xiàn)場人為監(jiān)督的方式進行電力現(xiàn)場作業(yè)的安全管理, 主要在以下方面問題:

a.電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)安全缺乏有效監(jiān)督。安全管理規(guī)章流于形式, 事故隱患無法在源頭進行預警: 管理和人為因素占據(jù)了導致安全事故發(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、錯誤指揮等是導致安全事故發(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)場作業(yè)缺乏有效指導。電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)人員面對特殊的施工環(huán)境和情況時,缺乏實施的專業(yè)指導,容易因操作失誤發(fā)生事故。

c.電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)無環(huán)境和生理指標監(jiān)測。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(血氧.血壓、心跳、體溫等)的實時監(jiān)測,導致無法及時發(fā)現(xiàn)和處理人身事故隱患。

d.電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)人員流動性管理較弱。對于施工現(xiàn)場作業(yè)人員的進出場的監(jiān)測手段落后,導致人員調(diào)度效率低下、調(diào)度安排缺乏科學性與合理性, 難以通過智能化的管理來提高整體的工作效率。

基于這些需求, 迫切需要建設完善的基建現(xiàn)場物聯(lián)感知平臺,部署能夠感知電力施工現(xiàn)場各類情景的終端設備,實現(xiàn)對于施工現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)的實時化感知、采集、傳輸以及預警,同時建立完善的基建現(xiàn)場物聯(lián)平臺應用對采集到的數(shù)據(jù)進行綜合分析處理,實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)人員的有效監(jiān)督和指導,實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)人員科學調(diào)度,為電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)安全工作提供技術支持,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)總體架構圖

1 系統(tǒng)功能

1.1 數(shù)據(jù)采集

平臺提供智能安全帽監(jiān)測、深基坑監(jiān)測、門禁系統(tǒng)、高支模安全監(jiān)測、組塔張力架線監(jiān)測、智能手環(huán)、移動智能終端等基建現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)實時采集, 并將這些采集程序接入到邊緣物聯(lián)代理進行統(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)場數(shù)據(jù)管理中心是智慧物聯(lián)感知體系的核心。通過統(tǒng)一的邊緣代理(邊)和基建現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理中心(云)的建設,實現(xiàn)云邊協(xié)同,統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集來源,解決感知層重復建設、數(shù)據(jù)重復采集等問題。邊緣物聯(lián)代理可部署在配電站房、配電臺區(qū)、變電站、輸電線路、大用戶、居民用戶,實現(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)標準的軟硬件架構體系,主要包括硬件層、系統(tǒng)層、核心服務層、應用框架層與應用層。采用通用化的硬件設計,基于支持容器化技術的操作系統(tǒng),搭載各類APP 實現(xiàn)對各類終端的數(shù)據(jù)采集和就地控制。

1.2.1 硬件層:

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

1.2.2 系統(tǒng)層

基于安全操作系統(tǒng),實現(xiàn)支持實時調(diào)度、資源隔離、安全可信的系統(tǒng)層,同時封裝提供密碼模塊。

1.2.3 核心服務層

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

1.2.4 應用框架層

基于核心服務層對外提供靈活的模型管理、設備管理、函數(shù)計算、任務調(diào)度及規(guī)則引擎等應用框架,供上層應用調(diào)用,降低上層應用APP 對底層資源的無效請求, 提高上層應用效率。

1.2.5 應用層

通過應用框架層對外提供服務,為第三方應用提供底層硬件監(jiān)控能力,降低第三方應用對基礎硬件監(jiān)控的開發(fā)難度,有利于第三方應用更專注于本身業(yè)務的開發(fā)。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

1.3 基建現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理中心

對物聯(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, 通過遠程維護、APP 應用升級實現(xiàn)邊緣代理的數(shù)據(jù)采集、設備管理、互聯(lián)配置、運行監(jiān)視功能；對全過程系統(tǒng)提供統(tǒng)一的感知數(shù)據(jù)訪問接口。

1.3.1 設備管理

提供對接入平臺的傳感器、移動智能終端、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)配置包括設備分組、設備與采集器的關聯(lián)關系及設備處理模型等方面的配置。

1.3.3 運行監(jiān)視

平臺對數(shù)據(jù)采集服務的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控, 當數(shù)據(jù)采集服務出現(xiàn)故障或其他原因?qū)е路胀Ｖ惯\行時平臺將及時通知平臺管理員,使管理員能及時的進行處理并進行恢復。

平臺對深基坑監(jiān)測傳感器、高支模安全監(jiān)測傳感器、移動智能終端、手環(huán)、物聯(lián)代理等接入到平臺是設備進行運行狀態(tài)的實時監(jiān)控,同時平臺以數(shù)據(jù)采集服務采集到的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源,對這些數(shù)據(jù)進行整理分析,分析設備每日接收到的數(shù)據(jù)數(shù)量,最近幾日的數(shù)據(jù)從而進一步的掌控設備運行狀態(tài)。

1.3.4 現(xiàn)場數(shù)據(jù)展示與上傳

平臺對基建現(xiàn)場使用的深基坑監(jiān)測采集終端、高支模安全監(jiān)測采集終端、手環(huán)、智能移動終端等終端類設備采集到的數(shù)據(jù)在基建全過程統(tǒng)一平臺進行展示, 根據(jù)基建全過程項目需求判讀數(shù)據(jù)是否上傳。

1.3.5 數(shù)據(jù)管理

提供對接入平臺的深基坑數(shù)據(jù)、高支模檢測數(shù)據(jù)、安全帽等各類參數(shù)根據(jù)類型按標準模型進行處理并存入基建全過程統(tǒng)一平臺,并對全過程系統(tǒng)提供統(tǒng)一的感知數(shù)據(jù)訪問接口。

2 系統(tǒng)架構（圖1）

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

2.2 邊緣物聯(lián)代理:實現(xiàn)對基坑、高支模、安全帽等各類采集對象數(shù)據(jù)接入,同時實現(xiàn)基于MQTT 標準協(xié)議的上傳程序開發(fā)。

2.3 基建現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理中心:對物聯(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,通過遠程維護、APP 應用升級實現(xiàn)邊緣代理的數(shù)據(jù)采集、設備管理、互聯(lián)配置、運行監(jiān)視功能；對全過程系統(tǒng)提供統(tǒng)一的感知數(shù)據(jù)訪問接口（圖2）。

3 結論

建設一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術的基建現(xiàn)場物聯(lián)感知平臺,對物聯(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,通過遠程維護、APP 應用升級實現(xiàn)邊緣代理的數(shù)據(jù)采集、設備管理、互聯(lián)配置、運行監(jiān)視功能,實現(xiàn)基建現(xiàn)場深基坑監(jiān)測、高支模監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能手環(huán)、移動智能終端進行自動化的數(shù)據(jù)采集,為全過程系統(tǒng)提供準確、穩(wěn)定、安全有效的數(shù)據(jù)支撐。