上海電力基建管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)支撐應(yīng)用分析

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(fēng)機(jī)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(shù)及現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，建立一套強(qiáng)有力的施工作業(yè)管控技術(shù)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(shù)，秉承強(qiáng)中心、弱邊緣、強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)理念部署一套千路高清實(shí)時(shí)視頻同時(shí)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(jī)、移動(dòng)布控球等感知層設(shè)備進(jìn)行全場(chǎng)景覆蓋、中心采用堆疊流媒體服務(wù)器、存儲(chǔ)矩陣、智能分析服務(wù)器等組件進(jìn)行架構(gòu)。由于未采用邊緣計(jì)算技術(shù)，故前端感知層設(shè)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(luò)傳輸通道，才能實(shí)現(xiàn)。文章主要介紹針對(duì)不同的基建現(xiàn)場(chǎng)，如何利用不同的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)感知層設(shè)備與監(jiān)控中心的互聯(lián)互通目標(biāo)，并根據(jù)接入應(yīng)用效果，對(duì)幾種網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用分析總結(jié)，給后續(xù)工程項(xiàng)目提供參考案例。

1 智慧工地系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

智慧工地系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)上海市內(nèi)電力基建工程的施工作業(yè)監(jiān)控工作，對(duì)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(dāng)前人工智能技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控中心設(shè)計(jì)為千路高清視頻同時(shí)運(yùn)行分析、違章自動(dòng)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)違章自動(dòng)上報(bào)的應(yīng)用功能。同時(shí)結(jié)合國網(wǎng)公司推行的E 基建管控平臺(tái)，需要將工地前端施工器械（如挖掘機(jī)、切割機(jī)、吊車、運(yùn)輸卡車、氣體檢測(cè)儀、接地線、帶電作業(yè)車、發(fā)電機(jī)、抽水機(jī)、排風(fēng)機(jī)等）、個(gè)人防護(hù)裝置（安全帽、安全帶、個(gè)人保安線、帶電作業(yè)防護(hù)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(tái)，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(yīng)用需求，智能分析視頻監(jiān)控中心主要有堆疊流媒體服務(wù)器、視頻實(shí)時(shí)智能分析服務(wù)器、大容量存儲(chǔ)矩陣、監(jiān)控大屏、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理平臺(tái)、值班中心、大容量傳輸網(wǎng)絡(luò)、前端各類攝像機(jī)、前端存儲(chǔ)、感知層采集設(shè)備等組成。

前端所有的感知層設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)高速傳輸通道實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心堆疊流媒體服務(wù)器接入、存儲(chǔ)、分發(fā)視頻數(shù)據(jù)流，智能分析服務(wù)器調(diào)取堆疊流媒體服務(wù)器的視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行切片，與自身采集存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)參考圖片，利用YOLO-V3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度算法進(jìn)行分析比對(duì)，并輸出分析結(jié)果推送給視頻監(jiān)控大屏。另外施工器械、個(gè)人防護(hù)裝置等其他感知層設(shè)備，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)或電力承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將設(shè)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(shè)備管理平臺(tái)。

監(jiān)控中心內(nèi)的值班人員根據(jù)分析比對(duì)推送的違章分析結(jié)果或人工值班發(fā)現(xiàn)的違章結(jié)果，與E 基建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)備狀態(tài)臺(tái)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(shí)監(jiān)控中心設(shè)計(jì)為共享數(shù)據(jù)、分級(jí)值班管控的管理制度，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，將視頻數(shù)據(jù)流推送給國網(wǎng)總部、各個(gè)建管、總包、監(jiān)理、分包等數(shù)據(jù)流需求的單位，實(shí)現(xiàn)多級(jí)管理、共同管控的目標(biāo)。

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(dòng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方面。智能分析服務(wù)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(shí)別、火源識(shí)別等正確使用的標(biāo)準(zhǔn)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(wù)器數(shù)據(jù)庫內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)圖片，通過比對(duì)，對(duì)不符合安全施工的作業(yè)行為，及時(shí)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(jī)盯屏的工作量。另外監(jiān)控中心內(nèi)，結(jié)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(shè)備管理平臺(tái)臺(tái)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(jié)構(gòu)情況圖

隨著人工智能技術(shù)的逐漸發(fā)展、監(jiān)控中心的智能識(shí)別技術(shù)，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(jí)線路的安全施工距離的自動(dòng)告警與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)功能，對(duì)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(luò)應(yīng)用

經(jīng)過多年的政商企業(yè)務(wù)發(fā)展，目前已建設(shè)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(luò)骨干核心層采用OTN 波分復(fù)用設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，傳輸容量可達(dá)1 600 G，匯聚層容量可達(dá)200 G，節(jié)點(diǎn)機(jī)房已覆蓋2 000 多個(gè)，這些基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)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(shè)工作后，接入層借助裸纖、PTN、接入層交換機(jī)等設(shè)備，將市內(nèi)各個(gè)施工工地的需求點(diǎn)，就近接入承載網(wǎng)。

智慧工地服務(wù)器機(jī)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(jī)與電力通信承載網(wǎng)匯聚層不同節(jié)點(diǎn)機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備互聯(lián)，目前總頭接入帶寬為60 G，后期根據(jù)流量實(shí)際運(yùn)行情況，可隨時(shí)擴(kuò)容發(fā)展。

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

2.1 有線傳輸建設(shè)方案

針對(duì)110 kV 及以上電壓等級(jí)的土建+變電工程項(xiàng)目工地，都有一個(gè)固定的施工地點(diǎn)，施工作業(yè)面約3 500 m2，且施工周期較長(zhǎng)，500 kV 以上的變電站工程，施工周期甚至可達(dá)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(diǎn)在于從周邊的機(jī)房節(jié)點(diǎn)，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(shè)至作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信機(jī)柜內(nèi)。

項(xiàng)目工地四周安裝部署4~8 個(gè)高清槍球一體機(jī)、出入口安裝雙艙抓拍機(jī)，對(duì)施工工地實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景覆蓋，攝像機(jī)實(shí)時(shí)圖像先匯聚至項(xiàng)目部NVR 存儲(chǔ)設(shè)備上，該NVR 設(shè)備再通過高帶寬傳輸電路與監(jiān)控中心服務(wù)器對(duì)接。

圖2 鏈接拓?fù)淝闆r如圖

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

缺點(diǎn)是最后1 公里很多路段，不具備光纜敷設(shè)條件，無法實(shí)現(xiàn)有線光纜建設(shè)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(xiàng)目實(shí)施過程中，在投資可控的前期下，優(yōu)先采用有線光纜實(shí)施方案。

2.2 有線+無線補(bǔ)充的傳輸建設(shè)方案

固定施工地點(diǎn)的項(xiàng)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(shè)就位，如架空電線桿需要入地、電力排管尚未建設(shè)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(shè)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(bǔ)充的方案，來解決最后1 公里通道建設(shè)問題。

圖3建設(shè)方案利用無線網(wǎng)橋短距離、高速實(shí)時(shí)傳輸效果，結(jié)合有線光纜傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，將有線光纜敷設(shè)至可達(dá)的地方，架空安裝無線網(wǎng)橋和供電設(shè)備，利用開闊的可視空間，將信號(hào)傳輸至工地處的接收端網(wǎng)橋。方案施工的關(guān)鍵點(diǎn)，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(shè)太陽能電池板）的情況下，可應(yīng)用此方案。目前此方案已得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果，下一階段將逐步提高網(wǎng)橋的可靠性，確保在較長(zhǎng)的陰雨天等環(huán)境下，依然可以穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 有線+無線網(wǎng)絡(luò)傳輸建設(shè)方案

2.3 無線傳輸建設(shè)方案

部分固定施工地點(diǎn)的項(xiàng)目工地，有線傳輸、有線+無線均無法解決通信傳輸問題。同時(shí)大量的電力線路工程，室內(nèi)電氣安裝等不斷移動(dòng)的作業(yè)面工程，也需要接入智慧工地系統(tǒng)。針對(duì)這些需求，就必須借助運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源來解決上述應(yīng)用需求。

為解決移動(dòng)終端實(shí)時(shí)監(jiān)控信號(hào)的傳輸問題，同時(shí)滿足國網(wǎng)信息網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)要求，監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)前期與運(yùn)營(yíng)商蜂窩移動(dòng)城域網(wǎng)機(jī)房節(jié)點(diǎn)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(qǐng)注冊(cè)大量的4G/5G 定向撥號(hào)SIM 卡，應(yīng)用于移動(dòng)布控球、環(huán)境監(jiān)測(cè)、負(fù)載監(jiān)測(cè)、無線撥號(hào)路由器等感知層設(shè)備上，打造前端感知層設(shè)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(duì)前端傳輸?shù)膶?shí)時(shí)圖像有一定的要求（最小需達(dá)到4M 碼流），一臺(tái)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(duì)于大流量，多攝像頭的固定場(chǎng)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(shí)際應(yīng)用需求。此網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案詳見圖4。

圖4 智慧工地系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景示意圖

目前4G/5G+移動(dòng)布控球監(jiān)控終端在電力基建工程項(xiàng)目上得到大面積應(yīng)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(duì)移動(dòng)作業(yè)布控球的開關(guān)機(jī)記錄、信號(hào)強(qiáng)度、電池情況、設(shè)備遠(yuǎn)程操控、設(shè)備前端人臉識(shí)別、實(shí)時(shí)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(yīng)用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、帶寬、QoS 優(yōu)先級(jí)等提出了新的要求，作為電力通信網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商，必須根據(jù)新的應(yīng)用需求，與時(shí)俱進(jìn)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(yùn)行。

2.4 施工裝備物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸方案

施工機(jī)械裝備、個(gè)人安全防護(hù)裝備等等，都屬于工地上不可缺少的移動(dòng)安全工器具物品，為了完成智慧工地的深度建設(shè)目標(biāo)，納入工地全要素管理范疇，可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(dòng)機(jī)械等設(shè)備，通過加裝RFID 電子標(biāo)簽?zāi)K+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(tái)交互認(rèn)證。個(gè)人安全工器具等無源設(shè)備通過RFID 電子標(biāo)簽+手機(jī)終端掃描上傳至國網(wǎng)E 基建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的方式，進(jìn)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(jī)制為主軸，關(guān)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(tái)API 接口調(diào)用掃描認(rèn)證上傳的施工機(jī)械、安全工器具等信息，監(jiān)控中心平臺(tái)的在線實(shí)時(shí)視頻，綜合形成完整的施工日志。

3 結(jié)語

上海電力基建管控監(jiān)控系智慧工地統(tǒng)投入運(yùn)行已經(jīng)三年有余，目前利用各種網(wǎng)絡(luò)接入方案已完成200多個(gè)固定場(chǎng)地的變電工程接入，500 多個(gè)移動(dòng)工程監(jiān)控點(diǎn)的接入工作。通過運(yùn)行結(jié)果分析來看，有線傳輸效果最好、但是施工進(jìn)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(shí)際案例分析，應(yīng)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(kuò)展電力通信承載網(wǎng)資源，為電力生產(chǎn)、政商企業(yè)務(wù)的發(fā)展做好基礎(chǔ)資源覆蓋工作。隨著國網(wǎng)公司深化推進(jìn)E 基建系統(tǒng)（智慧工地）的管理應(yīng)用，工程現(xiàn)場(chǎng)的全要素管理、智能化管理，甚至后臺(tái)管控?zé)o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(luò)通信、人工智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)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(luò)通信方案提供方，必須緊跟著時(shí)代發(fā)展的方向，結(jié)合實(shí)際需求、不斷創(chuàng)新、不斷實(shí)踐，才能跟得上時(shí)代發(fā)展的步伐。