電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)設(shè)計

李 敏

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510699)

電力施工安全事故的發(fā)生令電力行業(yè)人類社會遭到重創(chuàng)，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計可得，全部工程建設(shè)中常發(fā)生的為電力建設(shè)安全事故[1-2]，為解決這一問題，國家電網(wǎng)公司以保障電力企業(yè)的工程安全為目標(biāo)出臺了相關(guān)政策，其中心是通過管理人員管控電力建設(shè)施工全過程安全。但是電力建設(shè)安全的徹底完成，需要從人員、社會雙方面出發(fā)，通過相關(guān)工程建設(shè)管理、參建單位保證其安全穩(wěn)定。電力建設(shè)以往的安全管理策略是基于施工單位、監(jiān)管單位兩方面，通過施工單位對建設(shè)任務(wù)和安全事項進行下發(fā)，其應(yīng)用每日站班交底的方式，過于表面形式，能實現(xiàn)的安全管控能力有限，主要取決于作業(yè)人員的主觀意識，容易因為細節(jié)引起安全問題[3-4]；通過監(jiān)管單位去現(xiàn)場檢查及時發(fā)現(xiàn)問題并給出整改的具體項目，施工單位給出回復(fù)，該方法檢查的范圍有限，付出與回報不呈正比，電力建設(shè)安全問題以及依舊得不到監(jiān)督[5]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及與電子移動設(shè)備的發(fā)展，通過科學(xué)技術(shù)完成智能數(shù)字化電力建設(shè)安全管控將逐漸成為現(xiàn)實。目前，張磊等[6]構(gòu)建輸電通道巡視管控系統(tǒng)，其在電力建設(shè)工程施工前培訓(xùn)相關(guān)人員的安全意識，但是該行為并不能保證相關(guān)人員的施工安全，并且系統(tǒng)可覆蓋視頻范圍小，施工作業(yè)安全管控滯后；李寬宏等[7]構(gòu)建變電站風(fēng)險管控系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)的功能單一，僅能對電力建設(shè)工程的相關(guān)信息進行查詢，無法對電力建設(shè)工程作業(yè)現(xiàn)場的施工情況展開及時引導(dǎo)與檢查。

基于上述問題，本文在管控系統(tǒng)管理中加入了電網(wǎng)建設(shè)管理體系，構(gòu)建電網(wǎng)建設(shè)的標(biāo)準化監(jiān)管體系，設(shè)計電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)，把電力建設(shè)的安全管理引導(dǎo)工作代入建設(shè)作業(yè)現(xiàn)場，在增強電力建設(shè)安全管控能力的同時，提升相關(guān)電力建設(shè)參建人員的安全意識。

1 電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)

1.1 管控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

結(jié)合B/S架構(gòu)與MVC框架設(shè)計電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)，其具有靈活、安全、可靠的特征。通過MVC技術(shù)可以匯集業(yè)務(wù)邏輯至同一元件，防止信息交互時業(yè)務(wù)邏輯的重編，代碼具有較高的可讀取性與可維護性。電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

(1)數(shù)據(jù)采集層通過不同傳感器采集電力建設(shè)過程中的各項數(shù)據(jù)，其向系統(tǒng)提供讀寫功能，所應(yīng)用框架為MyBatis框架，通過該框架能夠有效實現(xiàn)SQL定制化及高級映射，防止絕大多數(shù)的JDBC代碼[8-9]，不再需要人工設(shè)定參數(shù)，極大程度的加強了系統(tǒng)的開發(fā)效率與靈活性。

(2)網(wǎng)絡(luò)通信層通過接收發(fā)送數(shù)據(jù)采集層采集的各項電力建設(shè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與客戶之間的交互。

(3)支撐層是系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，其能夠支持系統(tǒng)的二次開發(fā)，迅速對客戶需求做出響應(yīng)[10]，其主要包括組織機構(gòu)、角色權(quán)限、安全認證、知識庫、工作流、日志等。

(4)業(yè)務(wù)層是業(yè)務(wù)邏輯層，其是通過二次開發(fā)所得，各業(yè)務(wù)模塊基于接口實現(xiàn)交互與低耦合，在業(yè)務(wù)層全方位呈現(xiàn)出所采集、匯總的電力建設(shè)項目，主要是系統(tǒng)在運行過程中的安全指數(shù)。

(5)用戶層包括政府監(jiān)督、監(jiān)控中心、現(xiàn)場實施模塊、IE瀏覽器、移動終端設(shè)備及DLP顯示屏，結(jié)合了Bootstrap、jquery以及ajax技術(shù)[11]，移動終端設(shè)備設(shè)計應(yīng)用html5+原生+控件庫(SUI Mobile)技術(shù)。

圖1 電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Power construction safety standardized control system architecture

系統(tǒng)以支撐層為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)采集層采集電力建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)無線網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)通信層，利用網(wǎng)絡(luò)通信層將接受的數(shù)據(jù)輸送至業(yè)務(wù)層，在業(yè)務(wù)層通過深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)識別電力建設(shè)現(xiàn)場視頻圖像實現(xiàn)電力建設(shè)安全管控，最后在用戶層與客戶實現(xiàn)交互。

1.2 管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信層

網(wǎng)絡(luò)通信層是負責(zé)整個系統(tǒng)通信傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，該層內(nèi)的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊的連接數(shù)據(jù)采集層的橋梁[12]。數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊使用CC2430晶片實現(xiàn)電力建設(shè)數(shù)據(jù)的傳輸與發(fā)送[13]。CC2430晶片閃存容量較大且具備多個引腳可連接較多的外部設(shè)備。CC2430晶片功能模塊如圖2所示。CC2430晶片內(nèi)部署可編程I/O接口插針、控制接腳和電源插針若干個。其中可編程I/O接口插針連接ADC、計時器、USART組件等外圍設(shè)備。CC2430晶片的控制插針負責(zé)晶片復(fù)位、外接設(shè)備的時鐘輸入等，且其可以設(shè)定偏置電阻、接收無線網(wǎng)絡(luò)射頻訊號等。電源插針與其他接腳端口相連，為CC2430晶片內(nèi)所有模塊供應(yīng)模擬電路、數(shù)字電路等[14-15]，并可調(diào)整各模組的對應(yīng)運行電壓。將CC2430晶片應(yīng)用到數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊內(nèi)，主要負責(zé)接收和傳輸各個傳感器采集到的電力建設(shè)數(shù)據(jù)[16]。

圖2 CC2430晶片功能模塊Fig.2 CC2430 chip function module

1.3 管控系統(tǒng)無線網(wǎng)關(guān)

無線網(wǎng)關(guān)是一種能夠融合多種無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，可通過整合各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使其在相同系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信，其貫穿了整個系統(tǒng)，主要功能為網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建及維護，不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接，以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、分配、處理[17]。無線網(wǎng)關(guān)包含網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與控制器，兩者間的通信方式為USART串行接口，且兩者通過數(shù)據(jù)融合與協(xié)議轉(zhuǎn)換，可完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸工作。

1.4 管控系統(tǒng)業(yè)務(wù)層

在業(yè)務(wù)層內(nèi)應(yīng)用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場視頻模塊的電力建設(shè)圖像進行識別，通過判斷電力建設(shè)圖像內(nèi)人員操作、著裝等特征實現(xiàn)電力建設(shè)過程的安全管控。將現(xiàn)場視頻模塊的電力建設(shè)圖像輸入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是按照一定的組織層次結(jié)構(gòu)，連接大量相同形式的神經(jīng)元所構(gòu)成的前饋多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，電力建設(shè)圖像進入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后通過網(wǎng)絡(luò)池化層獲取同維度特征，在全連接層獲取電力建設(shè)圖像候選目標(biāo)范圍內(nèi)的全連接特征，完成圖像候選目標(biāo)范圍的回歸與分類，通過網(wǎng)絡(luò)輸出值識別出目標(biāo)電力建設(shè)圖像內(nèi)的人員行為特征以及是否合理著裝。由于現(xiàn)場視頻通常蘊含多個目標(biāo)，單一卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無法適用于多目標(biāo)檢測，所以通過規(guī)則方塊優(yōu)化對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)電力建設(shè)圖像的多目標(biāo)檢測。

將輸入的上層特征采樣圖利用規(guī)則的區(qū)域采樣，加權(quán)求和各采樣點的值與方塊卷積核相應(yīng)位置權(quán)限，將輸入的特征圖利用偏移變量卷積核進行卷積操作，利用偏移值獲取最終特征圖。利用梯度下降法求解候選目標(biāo)區(qū)域預(yù)測子網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測結(jié)果通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)區(qū)域鑒別子網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)最終的多目標(biāo)識別。

基于深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的電力建設(shè)圖像多目標(biāo)檢測流程包括：應(yīng)用目標(biāo)區(qū)域的預(yù)測子網(wǎng)絡(luò)初始化鑒別子網(wǎng)絡(luò)，為初始化場所增加全連接層。聯(lián)合訓(xùn)練的子網(wǎng)絡(luò)設(shè)定學(xué)習(xí)率，經(jīng)過訓(xùn)練降低學(xué)習(xí)率后輸入待測試多目標(biāo)的電力建設(shè)圖像，將所得置信度結(jié)果中排序比較靠前的目標(biāo)作為多目標(biāo)測試結(jié)果，將交并比重疊度較大的目標(biāo)檢測框進行非極大值抑制，剩余目標(biāo)結(jié)果則為電力建設(shè)圖像多目標(biāo)檢測結(jié)果。

1.5 管控系統(tǒng)主要功能

電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)包括電力工程管理、施工管理、檢查管理、準入管理、地圖顯示及實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。通過互聯(lián)網(wǎng)登錄管控系統(tǒng)瀏覽器，可以登錄管理賬戶和普通賬戶，管理賬戶專屬于電力建設(shè)工程管理單位，普通賬戶為相關(guān)單位的工作人員平時所用，通過這些人員可實現(xiàn)電力建設(shè)工程項目的建設(shè)、監(jiān)管及通報。

系統(tǒng)主要功能模塊如圖3所示。

1.6 管控系統(tǒng)應(yīng)用流程

使用電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)進行建設(shè)和檢測工作，有關(guān)人員可以對任務(wù)的具體工作情況進行即時跟蹤，電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)的應(yīng)用流程如圖4所示。

在系統(tǒng)內(nèi)部建立新工程并下發(fā)其信息數(shù)據(jù)，導(dǎo)入并下發(fā)施工任務(wù)作業(yè)后，負責(zé)人、監(jiān)察人和其他人員分別接收施工、監(jiān)查以及檢查任務(wù)，監(jiān)管人員接收下發(fā)的檢查任務(wù)，巡檢人和到崗到位人分別接收巡檢和到位檢查任務(wù)，上述人員均根據(jù)標(biāo)準檢查流程完成自身任務(wù)。

圖3 電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)主要功能Fig.3 Main functions of power construction safety standardized control system

2 系統(tǒng)性能分析

為驗證本文構(gòu)建的電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)的優(yōu)勢，以某省某電力公司的電力建設(shè)工程項目為應(yīng)用對象，將本文創(chuàng)建系統(tǒng)應(yīng)用于該電力公司建設(shè)的工程項目中。為該電力公司管理人員提供具體施工作業(yè)，實現(xiàn)電力建設(shè)工程全過程管控，提升該公司電力建設(shè)全過程的智能化處理水平，該公司的電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)界面如圖5所示。

圖4 電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)應(yīng)用流程Fig.4 Application process of electric power construction safety standardized control system

圖5 電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)界面Fig.5 Interface diagram of power construction safety standardized control system

本文系統(tǒng)向用戶提供了人員管理、設(shè)備管理、應(yīng)急管理、安全管理、現(xiàn)場視頻、系統(tǒng)管理的選項，用戶可根據(jù)個人需要直接進行瀏覽，并在個人主頁中獲取通知公告，圖片新聞的具體信息，并在該頁面呈現(xiàn)出用戶個人的申請事項與待辦事項，使用與操作方便、便捷，系統(tǒng)的用戶黏性大、利用率高。

通過系統(tǒng)界面的現(xiàn)場視頻選項，可獲取具體電力建設(shè)工程現(xiàn)場作業(yè)圖像，結(jié)果如圖6所示。通過圖6可以看出，通過本文系統(tǒng)的視頻圖像可有效檢測出電力建設(shè)工程施工過程中，施工人員的具體施工行為與安全設(shè)施佩戴情況，檢測結(jié)果較為準確，幾乎不存在漏檢、誤檢情況，根據(jù)該選項可及時發(fā)現(xiàn)電力建設(shè)現(xiàn)場施工過程中存在的安全問題，對其進行管理，減少安全風(fēng)險。

圖6 現(xiàn)場視頻檢測結(jié)果Fig.6 Detection results of live video

利用本文系統(tǒng)對電力建設(shè)現(xiàn)場作業(yè)情況進行安全監(jiān)查，電力建設(shè)現(xiàn)場全階段安全監(jiān)查結(jié)果見表1。

表1 電力建設(shè)施工現(xiàn)場全階段安全監(jiān)查結(jié)果Tab.1 Safety inspection results of power construction site in the whole stage

分析表1可知，本文系統(tǒng)可有效監(jiān)查電力建設(shè)現(xiàn)場作業(yè)內(nèi)所有施工項目的現(xiàn)場安全狀況，該電力建設(shè)工程中線路施工、配電箱安裝2個項目的監(jiān)查結(jié)果為不安全，需要在電力建設(shè)作業(yè)中實時對施工情況進行調(diào)整，保證電力建設(shè)作業(yè)的安全性。

以耦合度為指標(biāo)衡量本文系統(tǒng)各模塊間的信息依賴程度，以耦合度數(shù)值低于0.4為閾值，若系統(tǒng)耦合度數(shù)值低于0.4，則說明系統(tǒng)具有較好的可讀性和可維護性。隨機挑選該電力建設(shè)工程中的任意3個施工項目，分析本文系統(tǒng)監(jiān)查施工項目現(xiàn)場安全狀況時的耦合度數(shù)值，分析結(jié)果如圖7所示。分析圖7可知，本文系統(tǒng)在監(jiān)查電力建設(shè)工程內(nèi)3個施工項目現(xiàn)場安全狀況時，系統(tǒng)耦合度與網(wǎng)絡(luò)鏈路節(jié)點比呈正比，系統(tǒng)耦合度的最高值分別穩(wěn)定在0.31、030與0.29左右，均低于0.4。實驗表明，本文系統(tǒng)在不同網(wǎng)絡(luò)鏈路節(jié)點時的系統(tǒng)耦合度均低于0.4，代表本文系統(tǒng)的可讀性與可維護性較優(yōu)。

圖7 系統(tǒng)耦合度分析結(jié)果Fig.7 Analysis results of system coupling degree

3 結(jié)語

電力建設(shè)安全規(guī)范化管控系統(tǒng)完成了各管理層級對具體施工作業(yè)的精確監(jiān)管，同時又提供了一個所有在建工程項目的信息數(shù)據(jù)平臺，可以提高公司效率，推動基建信息化迅速發(fā)展。該管控系統(tǒng)顛覆了傳統(tǒng)的基建安全模式，將建設(shè)施工和管理過程通過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系到了一起，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)施工的各環(huán)節(jié)安全控制要求，將基建工程的現(xiàn)場作業(yè)流程化，完成了施工全過程的安全控制。該系統(tǒng)適用于當(dāng)前電力建設(shè)，它不僅提升了電力建設(shè)工程安全管理水平，也能滿足電力建設(shè)智能信息數(shù)字化發(fā)展，意義重大。