基于前端智能感知的電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)設(shè)計

江蘇電力信息技術(shù)有限公司 趙 南 楊定坤 曹 磊

電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督管理，存在以人工經(jīng)驗為主，效率較低的問題，為此提出基于前端智能感知的電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，以前端感知器的設(shè)計為基礎(chǔ)，對安全監(jiān)督系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計；在軟件設(shè)計上，根據(jù)前端智能感知技術(shù)，設(shè)計了電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)模型，實現(xiàn)對電力現(xiàn)場作業(yè)時的操作監(jiān)控。通過測試可知，該系統(tǒng)能夠達(dá)成提高安全監(jiān)督的效率的測試要求，該安全監(jiān)督系統(tǒng)有著更高的可靠性以及高效性。

在電力生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場，做好安全防控和風(fēng)險預(yù)控具有重要意義，但是在實際電力生產(chǎn)過程中，由于作業(yè)人員安全意識不足等問題，易產(chǎn)生人身及設(shè)備安全事故。因此對電力作業(yè)現(xiàn)場的安全監(jiān)督管理與風(fēng)險控制的加強(qiáng)勢在必行。電力現(xiàn)場作業(yè)主要存在的安全風(fēng)險為人身安全風(fēng)險、電網(wǎng)安全風(fēng)險和設(shè)備安全風(fēng)險，故提出一種基于前端智能感知的電力系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)架構(gòu)，采用前端智能感知等新技術(shù)，對各類作業(yè)現(xiàn)場的全過程進(jìn)行實時視頻監(jiān)控、智能判斷及預(yù)警，提升現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督水平和效率。此次研究利用前端智能感知技術(shù)，對電力現(xiàn)場作業(yè)安全的監(jiān)督與管理提供更加有效且高效的監(jiān)督系統(tǒng)。

1 前端智能感知

智能感知技術(shù)是一種以生物特征、自然語言和動態(tài)圖像的理解為基礎(chǔ)的智能信息處理和控制技術(shù)。感知數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是其核心模塊之一，分為前端感應(yīng)器和感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)兩部分，主要應(yīng)用于前端信息的感知以及信息的收集工作。該系統(tǒng)能夠?qū)Ω兄獢?shù)據(jù)進(jìn)行初步分析處理，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的預(yù)處理及監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時分析，并通過智能感知數(shù)據(jù)分發(fā)和控制服務(wù)器，對感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲和管理。

在電力現(xiàn)場作業(yè)安全的監(jiān)督中，傳統(tǒng)的人工監(jiān)督難以適應(yīng)當(dāng)下電力工業(yè)的發(fā)展的水平，因此以前端智能感知技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的應(yīng)用中，前端智能感知處理系統(tǒng)能夠智能感知電力現(xiàn)場作業(yè)中存在的安全風(fēng)險及漏洞，并能夠通過對風(fēng)險及漏洞的分析給出相應(yīng)的解決措施，進(jìn)而有效保證電力施工現(xiàn)場的作業(yè)安全，減少事故帶來的損失。

2 電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)采用的是BS結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)服務(wù)端軟件和服務(wù)器采用集中部署的方式，應(yīng)用程序部署在web服務(wù)器上，程序采用基于Java技術(shù)的三層架構(gòu)，系統(tǒng)的客戶端采用MVC設(shè)計模式，在Android平臺上進(jìn)行部署。應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶端，客戶端將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并做本地化處理。系統(tǒng)授權(quán)用戶通過電力廣域網(wǎng)訪問本系統(tǒng)，系其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2 前端感知傳感器設(shè)計

前端感知器是指負(fù)責(zé)傳感器信息的采集和傳送以及系統(tǒng)控制指令的傳輸?shù)?、為電力施工作業(yè)現(xiàn)場提供感知數(shù)據(jù)來源的前端感知應(yīng)用系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要包括應(yīng)急報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、作業(yè)分析系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)等。各系統(tǒng)能夠為監(jiān)督平臺提供數(shù)據(jù)來源，能夠使電力施工現(xiàn)場實現(xiàn)感知層的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，也是該監(jiān)督系統(tǒng)實現(xiàn)感知的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由多個獨立模塊組成，使用起來較為繁瑣。當(dāng)下的智能前端系統(tǒng)能夠在前端采集后，將所采集到的圖像信息傳送給主控制器進(jìn)行處理。綜合考慮各方面需求和因素，主控制器采用的是美國Microship公司PIC24FJl92GBl06款單片機(jī)，前端感知節(jié)點采用了TI公司的CC2530芯片。PIC24FJl92GBl06是16位MCU，系統(tǒng)集成包含一組核心模塊和功能，CC2530內(nèi)嵌的8051單片機(jī)I/O口能夠與各種傳感器相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3 電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在對基于前端智能感知的電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計時，需要合理應(yīng)用現(xiàn)有的硬軟件資源，在深入研究系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上選取適合的結(jié)構(gòu)框架。在對于系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)遵循實用性、完備性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、規(guī)范性以及可修改性的原則對系統(tǒng)的軟件功能進(jìn)行設(shè)計。

3.1 搭建監(jiān)督數(shù)據(jù)庫

圖2 電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)數(shù)據(jù)表關(guān)系圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為四部分：安全監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)督過程管理表、操作日志。針對數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，應(yīng)該根據(jù)布局合理、數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確及共享性、數(shù)據(jù)的獨立及安全性的原則來進(jìn)行設(shè)計。此外，為了防止數(shù)據(jù)的丟失，還應(yīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時備份。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的總體結(jié)構(gòu)與關(guān)系如圖2所示。

由圖2的數(shù)據(jù)表關(guān)系圖可知，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的安全監(jiān)督系統(tǒng)包括事故記錄和安全監(jiān)督兩部分，包含事故信息、事故原因、事故附件、監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)管理、安全監(jiān)督管理以及安全監(jiān)督分析。事故記錄系統(tǒng)能夠存儲整合電力現(xiàn)場作業(yè)中的事故實例，安全監(jiān)督系統(tǒng)能夠分析事故案例，進(jìn)而通過事故案例的分析結(jié)果來達(dá)到對電力作業(yè)現(xiàn)場的安全監(jiān)督目的。

3.2 監(jiān)督系統(tǒng)的模塊設(shè)計與實現(xiàn)

安全監(jiān)督系統(tǒng)主要包含系統(tǒng)管理、監(jiān)督人員管理、監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)管理、任務(wù)管理、安全監(jiān)督管理、安全監(jiān)督分析、知識庫管理等八個功能模塊。建立該模型，需要預(yù)先了解電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督的流程，以此為基礎(chǔ)建立以監(jiān)督數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的監(jiān)督系統(tǒng)的模塊，并對其設(shè)計進(jìn)行說明。

4 電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)的測試與分析

電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督系統(tǒng)的測試采用黑盒測試方法，以系統(tǒng)界面和系統(tǒng)功能進(jìn)行測試為主。搭建仿真測試平臺，通過實驗分析，驗證此次設(shè)計的系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力。實驗將此次設(shè)計的系統(tǒng)作為實驗組，將根據(jù)文獻(xiàn)設(shè)計的系統(tǒng)作為對照組，利用仿真測試軟件模擬一個安全監(jiān)督實驗。

表1 系統(tǒng)客戶端和服務(wù)器的測試環(huán)境

首先進(jìn)行系統(tǒng)功能測試，測試環(huán)境主要包括用戶前端工作站環(huán)境、后臺服務(wù)器環(huán)境。利用測試環(huán)境仿真正式運行環(huán)境，找到目前所設(shè)計系統(tǒng)存在的問題，因此讓硬件參數(shù)和軟件參數(shù)無限接近于正式環(huán)境。系統(tǒng)客戶端和服務(wù)器的測試環(huán)境如表1所示。

根據(jù)該監(jiān)督系統(tǒng)的驗收標(biāo)準(zhǔn)分析測試結(jié)果。測試任務(wù)中應(yīng)注意運行路徑、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素的影響，判斷該監(jiān)督系統(tǒng)是否能夠滿足需求。在同樣的測試條件下，此次設(shè)計的系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性。隨著虛擬用戶數(shù)的增加，與舊系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)響應(yīng)的最小值、最大值和平均值都有所增加，通過數(shù)量也明顯增加。執(zhí)行上述步驟之后可以看出系統(tǒng)運行良好，說明新系統(tǒng)具有更高的可靠性。

結(jié)束語：本文以傳統(tǒng)的電力現(xiàn)場作業(yè)的安全監(jiān)督為基礎(chǔ)，通過融合前端智能感知技術(shù)，完成了電力現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)化以及先進(jìn)化的要求。此次設(shè)計的系統(tǒng)仍存在著不足之處，但通過對該系統(tǒng)可擴(kuò)展性的利用，今后仍可根據(jù)前端智能感知技術(shù)對其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，實現(xiàn)對電力現(xiàn)場作業(yè)安全的維護(hù)與監(jiān)督。希望本文研究能夠為后序研究提供依據(jù)。