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摘要：当前国内外针对地下电缆隧道水位在线实时监测、反馈并主动排水的解决通信和能源难题的研究相对较少，在物联网技术普及应用下，为隧道水位监测工作提供新的技术支撑，使监测技术得到优化创新。在此背景下，将物联网、边缘计算技术等引入电缆隧道水位监测与排水研究中，可使现存的积水问题得到良好解决。对此，本文针对电缆隧道中积水问题设计水位在线监测与主动排水系统，对该系统的构成进行分析，并阐述系统的主要功能、数据传输与多源无线组网、单元实现等内容。力求通过本文研究，使电缆隧道中的水位情况能够得到实时准确的监测，避免严重的电缆安全事故发生，保障用户与从业者的生命财产安全。
关键词：电缆隧道工井水位;在线监测;主动排水;混合组网
引言：当前城市化建设如火如荼，人们生产生活用电需求增加，对电网设施建设提出更高要求，加上地下电缆建设与投运规模逐渐扩大，对电缆安全运行、水位在线监测等要求也逐渐提升。在此背景下，应将物联网、边缘计算技术等引入其中，对电缆隧道水位进行科学监管，并针对混合组网电缆隧道创建一套水位在线监测与自动排水系统，可在超水位线时向责任人及时预警，同时现场自动排水，使积水问题得到及时和有效的解决。
一、在线监测与主动排水现状与最优方案确定
在社会生产生活中，电力作为基础设施与能源，在国民经济发展中具有不可替代的位置。当前城市化进程不断深入，用电需求量也随之增加。电力电缆作为电网设施之一，在电网设施建设中得到广泛应用。在地下电缆建设与投运规模日益扩大的基础上，对电缆安全运行提出更高要求。虽然在电缆隧道敷设中做了防水、排水等处理，避免电缆长期浸泡在水中，使电缆接头与水接触发生安全事故。但在实际应用中，仍然因结构渗漏水、敞口雨水等因素影响，使隧道积水情况时有发生，在线监测与主动排水现状不够乐观。如若积水未能及时排除，很容易淹没电缆，对电缆巡检与维修工作带来较大不便，甚至引发严重的电缆安全事故，影响人员安全与各项工作的顺利开展。据调查，厦门地区地下水位较高，个别电缆隧道、接头位置很容易出现积水情况，对电缆本体、排水设施等构成较大威胁[1]。当前，电缆井与隧道积水以人工巡视为主，无法及时发觉积水情况，需要设置水位在线监测装置，从而实时掌握隧道低洼地区积水情况，并在积水上升到指定位置时及时发出报警。在此背景下，物联网与边缘计算技术应运而生，成为该项问题最佳解决措施，可借助物联网与边缘计算技术，对隧道水位进行有效监管，并与实际情况相结合，创建数据采集语境系统，在隧道地理空间基础上进行定位导航，使隧道安全运维手段更加完善，全面提高隧道管理水平。
当前国内外重点对电缆层、隧道水位监测、自动排水原理进行研究，将其分为浮力法、浮力磁力法、浮力重力法等，将信号传输分成直流信号、交流信号、无线信号三种。其中，浮力法的原理是利用浮体监测水位，使浮体连杆作用到开关上，采集水位信号;重力法原理在于利用浮体监测水位，借助滑轮钢丝绳牵动重陀，将其作用到微动开关上，由此采集隧道内的水位信息;磁力法是借助浮体监测水位，将磁铁安装到浮体上，二者共同作用于干簧管，由此采集水位信号;还对传感器电路法进行研究，即利用传感器监测水位，将水位信息传递到电路内，由电路做出相应反应，进而获得隧道内水位信号。每种信号传输方式都有各自的优缺点，方案对比如下表1所示。通过归类对比分析，坚持高可靠性原则，将系统设计成两个独立部分，即用传感器电路法进行自动排水控制，与220V低压交流电系统相连接进行控制，采用非接触式传感进行水位告警信号传输，将信号接入4G无线通信网，实时传送给责任人[2]。
二、在线监测与主动排水系统设计与实现
（一）系统构成
当前自动化水平逐渐提升，电缆隧道敷设方式成为潮流趋势，可使电缆实际载流量得以提升，运行寿命得以延长。随着电缆隧道规模逐渐扩大，许多隧道穿过含水量较多的地层，地表水顺着覆盖层缝隙、孔洞等渗透到隧道之中，加上排水设施不够完善，很容易导致隧道内部积水，使电缆长期浸泡在水中，中间接头受潮，形成水树枝放电，造成电缆故障等安全事故。本文联合应用了4G传输技术以及近年来新兴的LORA网络传输技术，设计了电缆隧道工井水位在线监测和主动排水系统。该系统主要包括三项内容，即水位传感监测、管理系统、边缘计算控制器系统。
1.水位传感监测。该设备的作用在于井下水位监测，依靠非接触式电容监测技术，可对积水情况定性测量;水位传感器可顺着电缆隧道设置在凹陷区域，为隧道内全部水位情况获取提供便利，且内部设置锂电池，无需外界电源供应，且安全可靠;
2.管理系统。该系统作用在于井下水位动态的实时监测;由专业管理者对整个系统用户进行管理，并根据用户角色不同设置相应的使用权限，提供实时告警、水位监测、历史监测、排水设施工况监测登功能，用户在登录系统后可使用自身权限对应的功能，还可自由查询和修改基本信息;
3.边缘计算控制器安装到隧道的水泵控制箱或通风井位置，有助于直接对接排水设施和连接内部LORA信号与外部4G信号进行信息传输。边缘计算控制器作用在于现场水泵联动与预警分析，在靠近数据源头的一侧，利用网络、计算与应用能力为一体的开放平台，提供最近端服务，系统框架如图1所示。
（二）技术机理
该系统的液位传感器利用不同介质中电容变化原理，对水位进行监测。采用拟合差分边缘计算技术，可有效避免因介质不同导致水位失准的情况发生，且由锂电池供电，无需充电，安装简便，最低可使用5年，且支持多种环境应用。通过液位监测标签可收集实时监控信息，结合隧道现场需求，可采用LORA/2.4G/NB-loT/4G等多样化通信方式。在通信网络覆盖过程中，可借助运营商NB/GPRS/4G网络，当无法接收运营商信号时，可利用自建LORA基站进行一对多组网通信，可将1000m范围内的信号传输给监测主站，实现预警信息传递、告警等功能。同时，利用云計算分析物联网实时信息，对监测点液位变动情况进行预判，为隧道积水监控提供全面的数据支持[3]。 （三）主要功能
该系统的整体功能如图2所示。主要包括基础管理、监测及边缘计算、业务管理等内容。整体功能如下。
1.传感设备管理。主要作用是管理设置在井下的传感器，重点管理设备名称、位置等信息;
2.GIS地图。在GIS地图中可实时获取监测点位置信息、状态信息、告警等，还可通过文本形式获得水位信息、告警状态以及历史记录等相关信息;
3.数据统计与管理。在数据统计方面，该系统可根据设备名称、位置以及告警信息等进行报表查询，并通过图文方式呈现出来。可对实时上传的监测数据进行管理、查询。在数据管理中，可将井下水位超过告警模型时的预警情况记录下来，并由系统自动发送信息给值班人员;
4.微信小程序。在小程序中用户可查看GIS地图，接收定位与告警信息，享受导航定位服务等，系统管理人员可实时了解井下水位变化情况，便于及时处理异常问题，避免积水和安全事故发生[4]。
（四）软件开发
边缘计算控制器程序启动会等待监测点信号，边缘计算控制器的控制指令分为启动、数据采集、关闭三种。在监测点信号获取后，进行模型分析，并根据结果判断是否发送启动指令后，系统会向水泵发布命令，并将A/D转换后的电流互感器信息上传;在接收数据采集指令后，系统会自动上传水位传感器信息;在接收关闭指令后，可向水泵发出控制命令。将P0口与拨码开关相连，拨码开关数据即变送器地址。监控软件依靠人机界面使值班人员能够迅速准确的把握隧道中各水位监测点的运行数据和水泵动作信息，对隧道水患预防运行状态进行灵活控制与调节，软件开发可实现以下功能。
1.水位监测功能。系统可对隧道中积水深度进行实时监测，一旦水位超过某个指标，便会发出警报，并同时发出水泵启动信号[5];
2.日常采集功能。在日常运行中，通过周期采集与水位变化情况分析，将相关水位信息进行采集和展示，并实时与客户端联动，用户可对历史数据进行查询，如电子地图、表格界面等。在表格界面中包括数据类、报警类、故障类等多种形式，可将每日水位情况进行排列，单机表格中任意一点，可弹出测点数据窗口，对其详细查询和设置，便可直观形象的看到报警与故障情况，还可通过图表形式将水位信息表格内容展现出来;
（五）硬件支撑
该系统以AT89S52单片机为核心，由RS485接口电路、A/D转换电路、看门狗以及电流互感器等内容构成，结构如图3所示。控制器利用水位传感器信号进行水位监测，通过指令设定水泵控制器参数。一旦隧道中水位变动大于设定值，边缘计算控制器可向控制器发出启动指令。利用A/D转换电路将水泵三相电源、电流值转变为数字信号，传递到单片机内，完成水泵状态检测目标。在系统运行期间，水泵控制器通过电流互感器检测水泵运行电流，对水泵状态进行判断。当水泵发生故障时，对其发布停止工作的指令，并向监控站发送故障信号。
该系统中水位传感器选用非接触式电容式，将其设置在隧道内水位最低点。该设备两侧由完全封闭的筒体构成，内部设置有非接触式电容传感器和控制电路，可根据非接触式电容传感器的电容变化值分别获取预警水位、报警水位、高/低水位，如图4所示[6]。
传感器一侧利用螺塞设置在固定装置上，当隧道内水位发生改变时，因不同水位接触的电容量有所区别，导致传感器开闭回路数量不尽相同。以水位传感器开关回路数值为参考，对水位高度进行判断。该传感器的技术原理在于水的导电性，传感器整体设计按照工业类产品，在-20—70℃环境下运行，与隧道内温度情况相适宜。该设备选用ABS材料，抗腐蚀性较强，且螺塞、绝缘套以及本体等部件相互配合，形成柱形結构，具有质量佳、结构简单、使用寿命长等特点。
（六）程序实现
1.感应式水位采集器。为满足高可靠性、低成本、长寿命的要求，采用基于感应原理的传感器作为基础单元。该采集器主要采用电容变化原理实现水位检测，无机械结构、无需与水直接接触，采用全密闭方式安装。此种开关优势在于密封良好，电气与外部绝缘，不会受到液体侵蚀。在水位点测量中，将多个感应式水位采集器安装在不同水位监测点上，更可形成互为备份和校验的水位传感器矩阵，更加可靠稳定了解隧道中积水情况。
2.边缘计算控制器。该设备可对水位传感器状态进行实时监测，将其变为监测点水位值后，依靠本地计算进行水泵控制，再利用内部逻辑计算，得出水泵当前状态。一旦发生异常情况，及时发布告警信息，避免出现较大安全事故;在监测系统设计中，有关人员将边缘计算控制器、水位传感器结合起来，形成一个工作单元，并与系统后台之间进行数据传输，提高了水位监测的可靠性。在实际控制中，边缘计算控制器的主要作用是监控水位传感器工作状态。同时，系统支持内部逻辑运算，可对水泵进行监测，当出现异常后，能够在第一时间发出警报信息，防止出现二次风险[7]。数据传输采用了LORA自组网和4G混合组网技术，相关方式具有成本低、技术成熟，在使用过程中不产生其他费用。此外，混合组网技术也能够对通信进行全覆盖，可做到根据实际工作环境，对不同的传输方式进行选择，极大提高了在线监测和主动排水系统的性能，为电缆隧道积水监控提供了技术保障。
三、在线监测与主动排水系统在线安装问题与解决措施
（一）安装问题
该系统安装之前，应在测量水位的隧道合适位置采用膨胀螺栓将固定卡口固定，再将感应式水位采集器固定在卡口上，感应式水位采集器位置以水位标示线对准水位线为准。感应式水位采集器是根据不同介质中电容发生改变的原理进行水位监测，由锂电池供电，装置安装便利，使用寿命长，且能够采用LORA自组网技术将自身采集的信号向外传送，可在水下5m内正常运行。本系统引入物联网技术，感应式水位采集器与边缘计算控制器无需有线连接且可以根据实际需要进行一对一、一对多多种部署方式，在现场安装时如何完成设备自动组网，需要一个简单有效的方法。 （二）解决措施
针对上述问题，系统设计了对码按钮，在现场安装完成后，可通过对码按钮按下开始现场自组网检测，如边缘计算控制器检测到附近的感应式水位采集器信号，将会进行展示并等待确认，确认后，即完成自组网。
在感应式水位采集器安装完毕后，对于水位低于正常测量值的情况，自动进入低功耗非警戒状态下运行，减少设备损耗。例如，当实际水位没有达到正常水位值，或者虽然有所提升但仍未达到设置值时，自动进入低功耗非警戒状态;如若遇到连续降雨天气，当隧道水位达到最高警戒值时，感应式水位采集器自动进入侦测模式，发出报警，直至水位低于警戒值，如若隧道水位仍然处于警戒值，则一直处于侦测模式，直至水位恢复到警戒线下方位置。
（三）系统试运行
该系统采用4G技术与LORA组网相结合的方式，后者拥有终端模块成本低，且无其他日常费用等优势。现场设备与后台系统间的数据可利用4G/NB-IOT通信，十分成熟可靠，覆盖面积较大，可根据实际传输需求灵活调整。在该系统运行中，水位采集器可将所处位置的水位值实时传递给控制器中，由控制器将组内全部水位值打包后，集中传递到后台系统，并将电源状态、水泵状态等信息一同上传。后台在接收到无线指令后，可完成水位信息展示、告警、水泵工况监测等。
该系统在厦门供电公司电缆中心安装上线以来，运行状态良好，实际解决了电缆隧道长期困扰的水患监测难题。取得的成效包括以下：
1.完成对现有的排水设施供电情况、水泵故障的实时监测、解决了现场因电源故障、水泵故障带来的水患二次灾害;
2.实现了对于现场水位的实时监测、超限水位的告警，为水患灾害的及时响应提供了有效准确的数据支撑，大大降低了一线作业人员的巡检压力，提升了电缆中心对于水患灾害的预防和处置能力;
结论：综上所述，当前城市电缆地下建设范围逐渐扩大，电缆隧道的积水问题很容易引发安全事故，威胁人员生命安全。对此，在结合物联网、边缘计算技术等关键技术支持下设计的水位在线监测与主动排水系统。通过该系统的应用，当水位超过限定值时能够自动排水，在必要的情况下人工辅助排水，使电缆隧道中长期积水问题得到妥善解决，充分保障了电缆安全与用户用电需求，大力推动电缆建设工作顺利高效开展。
参考文献：
[1]王明磊.基于物联网技术的电力电缆隧道积水水位在线监测和主动排水系统[J].物联网技术，2019，009（008）：28-30.
[2]曹华.电力电缆隧道综合监控系统研究与应用[D].华北電力大学，2019.
[3]刘俊俊，黄新波，赵隆，等.电缆隧道环境综合监测系统设计与应用[J].广东电力，2020（3）：8.
[4]张焕云.220kV香铁线电缆隧道综合智能监控系统的研究[D].山东大学，2019.
[5]杨联宇.变电站电缆层，电缆隧道进水告警及排水系统的设计与应用[J].中国产业，2019（9）：012-014.
[6]王博.电缆隧道水位控制器的设计与实现[J].才智，2020，000（025）：203-203，204.
[7]刘彬.电力隧道视频监控系统设计与实现[D].电子科技大学.2019.
关键词：电缆隧道工井水位;在线监测;主动排水;混合组网
引言：当前城市化建设如火如荼，人们生产生活用电需求增加，对电网设施建设提出更高要求，加上地下电缆建设与投运规模逐渐扩大，对电缆安全运行、水位在线监测等要求也逐渐提升。在此背景下，应将物联网、边缘计算技术等引入其中，对电缆隧道水位进行科学监管，并针对混合组网电缆隧道创建一套水位在线监测与自动排水系统，可在超水位线时向责任人及时预警，同时现场自动排水，使积水问题得到及时和有效的解决。
一、在线监测与主动排水现状与最优方案确定
在社会生产生活中，电力作为基础设施与能源，在国民经济发展中具有不可替代的位置。当前城市化进程不断深入，用电需求量也随之增加。电力电缆作为电网设施之一，在电网设施建设中得到广泛应用。在地下电缆建设与投运规模日益扩大的基础上，对电缆安全运行提出更高要求。虽然在电缆隧道敷设中做了防水、排水等处理，避免电缆长期浸泡在水中，使电缆接头与水接触发生安全事故。但在实际应用中，仍然因结构渗漏水、敞口雨水等因素影响，使隧道积水情况时有发生，在线监测与主动排水现状不够乐观。如若积水未能及时排除，很容易淹没电缆，对电缆巡检与维修工作带来较大不便，甚至引发严重的电缆安全事故，影响人员安全与各项工作的顺利开展。据调查，厦门地区地下水位较高，个别电缆隧道、接头位置很容易出现积水情况，对电缆本体、排水设施等构成较大威胁[1]。当前，电缆井与隧道积水以人工巡视为主，无法及时发觉积水情况，需要设置水位在线监测装置，从而实时掌握隧道低洼地区积水情况，并在积水上升到指定位置时及时发出报警。在此背景下，物联网与边缘计算技术应运而生，成为该项问题最佳解决措施，可借助物联网与边缘计算技术，对隧道水位进行有效监管，并与实际情况相结合，创建数据采集语境系统，在隧道地理空间基础上进行定位导航，使隧道安全运维手段更加完善，全面提高隧道管理水平。
当前国内外重点对电缆层、隧道水位监测、自动排水原理进行研究，将其分为浮力法、浮力磁力法、浮力重力法等，将信号传输分成直流信号、交流信号、无线信号三种。其中，浮力法的原理是利用浮体监测水位，使浮体连杆作用到开关上，采集水位信号;重力法原理在于利用浮体监测水位，借助滑轮钢丝绳牵动重陀，将其作用到微动开关上，由此采集隧道内的水位信息;磁力法是借助浮体监测水位，将磁铁安装到浮体上，二者共同作用于干簧管，由此采集水位信号;还对传感器电路法进行研究，即利用传感器监测水位，将水位信息传递到电路内，由电路做出相应反应，进而获得隧道内水位信号。每种信号传输方式都有各自的优缺点，方案对比如下表1所示。通过归类对比分析，坚持高可靠性原则，将系统设计成两个独立部分，即用传感器电路法进行自动排水控制，与220V低压交流电系统相连接进行控制，采用非接触式传感进行水位告警信号传输，将信号接入4G无线通信网，实时传送给责任人[2]。
二、在线监测与主动排水系统设计与实现
（一）系统构成
当前自动化水平逐渐提升，电缆隧道敷设方式成为潮流趋势，可使电缆实际载流量得以提升，运行寿命得以延长。随着电缆隧道规模逐渐扩大，许多隧道穿过含水量较多的地层，地表水顺着覆盖层缝隙、孔洞等渗透到隧道之中，加上排水设施不够完善，很容易导致隧道内部积水，使电缆长期浸泡在水中，中间接头受潮，形成水树枝放电，造成电缆故障等安全事故。本文联合应用了4G传输技术以及近年来新兴的LORA网络传输技术，设计了电缆隧道工井水位在线监测和主动排水系统。该系统主要包括三项内容，即水位传感监测、管理系统、边缘计算控制器系统。
1.水位传感监测。该设备的作用在于井下水位监测，依靠非接触式电容监测技术，可对积水情况定性测量;水位传感器可顺着电缆隧道设置在凹陷区域，为隧道内全部水位情况获取提供便利，且内部设置锂电池，无需外界电源供应，且安全可靠;
2.管理系统。该系统作用在于井下水位动态的实时监测;由专业管理者对整个系统用户进行管理，并根据用户角色不同设置相应的使用权限，提供实时告警、水位监测、历史监测、排水设施工况监测登功能，用户在登录系统后可使用自身权限对应的功能，还可自由查询和修改基本信息;
3.边缘计算控制器安装到隧道的水泵控制箱或通风井位置，有助于直接对接排水设施和连接内部LORA信号与外部4G信号进行信息传输。边缘计算控制器作用在于现场水泵联动与预警分析，在靠近数据源头的一侧，利用网络、计算与应用能力为一体的开放平台，提供最近端服务，系统框架如图1所示。
（二）技术机理
该系统的液位传感器利用不同介质中电容变化原理，对水位进行监测。采用拟合差分边缘计算技术，可有效避免因介质不同导致水位失准的情况发生，且由锂电池供电，无需充电，安装简便，最低可使用5年，且支持多种环境应用。通过液位监测标签可收集实时监控信息，结合隧道现场需求，可采用LORA/2.4G/NB-loT/4G等多样化通信方式。在通信网络覆盖过程中，可借助运营商NB/GPRS/4G网络，当无法接收运营商信号时，可利用自建LORA基站进行一对多组网通信，可将1000m范围内的信号传输给监测主站，实现预警信息传递、告警等功能。同时，利用云計算分析物联网实时信息，对监测点液位变动情况进行预判，为隧道积水监控提供全面的数据支持[3]。 （三）主要功能
该系统的整体功能如图2所示。主要包括基础管理、监测及边缘计算、业务管理等内容。整体功能如下。
1.传感设备管理。主要作用是管理设置在井下的传感器，重点管理设备名称、位置等信息;
2.GIS地图。在GIS地图中可实时获取监测点位置信息、状态信息、告警等，还可通过文本形式获得水位信息、告警状态以及历史记录等相关信息;
3.数据统计与管理。在数据统计方面，该系统可根据设备名称、位置以及告警信息等进行报表查询，并通过图文方式呈现出来。可对实时上传的监测数据进行管理、查询。在数据管理中，可将井下水位超过告警模型时的预警情况记录下来，并由系统自动发送信息给值班人员;
4.微信小程序。在小程序中用户可查看GIS地图，接收定位与告警信息，享受导航定位服务等，系统管理人员可实时了解井下水位变化情况，便于及时处理异常问题，避免积水和安全事故发生[4]。
（四）软件开发
边缘计算控制器程序启动会等待监测点信号，边缘计算控制器的控制指令分为启动、数据采集、关闭三种。在监测点信号获取后，进行模型分析，并根据结果判断是否发送启动指令后，系统会向水泵发布命令，并将A/D转换后的电流互感器信息上传;在接收数据采集指令后，系统会自动上传水位传感器信息;在接收关闭指令后，可向水泵发出控制命令。将P0口与拨码开关相连，拨码开关数据即变送器地址。监控软件依靠人机界面使值班人员能够迅速准确的把握隧道中各水位监测点的运行数据和水泵动作信息，对隧道水患预防运行状态进行灵活控制与调节，软件开发可实现以下功能。
1.水位监测功能。系统可对隧道中积水深度进行实时监测，一旦水位超过某个指标，便会发出警报，并同时发出水泵启动信号[5];
2.日常采集功能。在日常运行中，通过周期采集与水位变化情况分析，将相关水位信息进行采集和展示，并实时与客户端联动，用户可对历史数据进行查询，如电子地图、表格界面等。在表格界面中包括数据类、报警类、故障类等多种形式，可将每日水位情况进行排列，单机表格中任意一点，可弹出测点数据窗口，对其详细查询和设置，便可直观形象的看到报警与故障情况，还可通过图表形式将水位信息表格内容展现出来;
（五）硬件支撑
该系统以AT89S52单片机为核心，由RS485接口电路、A/D转换电路、看门狗以及电流互感器等内容构成，结构如图3所示。控制器利用水位传感器信号进行水位监测，通过指令设定水泵控制器参数。一旦隧道中水位变动大于设定值，边缘计算控制器可向控制器发出启动指令。利用A/D转换电路将水泵三相电源、电流值转变为数字信号，传递到单片机内，完成水泵状态检测目标。在系统运行期间，水泵控制器通过电流互感器检测水泵运行电流，对水泵状态进行判断。当水泵发生故障时，对其发布停止工作的指令，并向监控站发送故障信号。
该系统中水位传感器选用非接触式电容式，将其设置在隧道内水位最低点。该设备两侧由完全封闭的筒体构成，内部设置有非接触式电容传感器和控制电路，可根据非接触式电容传感器的电容变化值分别获取预警水位、报警水位、高/低水位，如图4所示[6]。
传感器一侧利用螺塞设置在固定装置上，当隧道内水位发生改变时，因不同水位接触的电容量有所区别，导致传感器开闭回路数量不尽相同。以水位传感器开关回路数值为参考，对水位高度进行判断。该传感器的技术原理在于水的导电性，传感器整体设计按照工业类产品，在-20—70℃环境下运行，与隧道内温度情况相适宜。该设备选用ABS材料，抗腐蚀性较强，且螺塞、绝缘套以及本体等部件相互配合，形成柱形結构，具有质量佳、结构简单、使用寿命长等特点。
（六）程序实现
1.感应式水位采集器。为满足高可靠性、低成本、长寿命的要求，采用基于感应原理的传感器作为基础单元。该采集器主要采用电容变化原理实现水位检测，无机械结构、无需与水直接接触，采用全密闭方式安装。此种开关优势在于密封良好，电气与外部绝缘，不会受到液体侵蚀。在水位点测量中，将多个感应式水位采集器安装在不同水位监测点上，更可形成互为备份和校验的水位传感器矩阵，更加可靠稳定了解隧道中积水情况。
2.边缘计算控制器。该设备可对水位传感器状态进行实时监测，将其变为监测点水位值后，依靠本地计算进行水泵控制，再利用内部逻辑计算，得出水泵当前状态。一旦发生异常情况，及时发布告警信息，避免出现较大安全事故;在监测系统设计中，有关人员将边缘计算控制器、水位传感器结合起来，形成一个工作单元，并与系统后台之间进行数据传输，提高了水位监测的可靠性。在实际控制中，边缘计算控制器的主要作用是监控水位传感器工作状态。同时，系统支持内部逻辑运算，可对水泵进行监测，当出现异常后，能够在第一时间发出警报信息，防止出现二次风险[7]。数据传输采用了LORA自组网和4G混合组网技术，相关方式具有成本低、技术成熟，在使用过程中不产生其他费用。此外，混合组网技术也能够对通信进行全覆盖，可做到根据实际工作环境，对不同的传输方式进行选择，极大提高了在线监测和主动排水系统的性能，为电缆隧道积水监控提供了技术保障。
三、在线监测与主动排水系统在线安装问题与解决措施
（一）安装问题
该系统安装之前，应在测量水位的隧道合适位置采用膨胀螺栓将固定卡口固定，再将感应式水位采集器固定在卡口上，感应式水位采集器位置以水位标示线对准水位线为准。感应式水位采集器是根据不同介质中电容发生改变的原理进行水位监测，由锂电池供电，装置安装便利，使用寿命长，且能够采用LORA自组网技术将自身采集的信号向外传送，可在水下5m内正常运行。本系统引入物联网技术，感应式水位采集器与边缘计算控制器无需有线连接且可以根据实际需要进行一对一、一对多多种部署方式，在现场安装时如何完成设备自动组网，需要一个简单有效的方法。 （二）解决措施
针对上述问题，系统设计了对码按钮，在现场安装完成后，可通过对码按钮按下开始现场自组网检测，如边缘计算控制器检测到附近的感应式水位采集器信号，将会进行展示并等待确认，确认后，即完成自组网。
在感应式水位采集器安装完毕后，对于水位低于正常测量值的情况，自动进入低功耗非警戒状态下运行，减少设备损耗。例如，当实际水位没有达到正常水位值，或者虽然有所提升但仍未达到设置值时，自动进入低功耗非警戒状态;如若遇到连续降雨天气，当隧道水位达到最高警戒值时，感应式水位采集器自动进入侦测模式，发出报警，直至水位低于警戒值，如若隧道水位仍然处于警戒值，则一直处于侦测模式，直至水位恢复到警戒线下方位置。
（三）系统试运行
该系统采用4G技术与LORA组网相结合的方式，后者拥有终端模块成本低，且无其他日常费用等优势。现场设备与后台系统间的数据可利用4G/NB-IOT通信，十分成熟可靠，覆盖面积较大，可根据实际传输需求灵活调整。在该系统运行中，水位采集器可将所处位置的水位值实时传递给控制器中，由控制器将组内全部水位值打包后，集中传递到后台系统，并将电源状态、水泵状态等信息一同上传。后台在接收到无线指令后，可完成水位信息展示、告警、水泵工况监测等。
该系统在厦门供电公司电缆中心安装上线以来，运行状态良好，实际解决了电缆隧道长期困扰的水患监测难题。取得的成效包括以下：
1.完成对现有的排水设施供电情况、水泵故障的实时监测、解决了现场因电源故障、水泵故障带来的水患二次灾害;
2.实现了对于现场水位的实时监测、超限水位的告警，为水患灾害的及时响应提供了有效准确的数据支撑，大大降低了一线作业人员的巡检压力，提升了电缆中心对于水患灾害的预防和处置能力;
结论：综上所述，当前城市电缆地下建设范围逐渐扩大，电缆隧道的积水问题很容易引发安全事故，威胁人员生命安全。对此，在结合物联网、边缘计算技术等关键技术支持下设计的水位在线监测与主动排水系统。通过该系统的应用，当水位超过限定值时能够自动排水，在必要的情况下人工辅助排水，使电缆隧道中长期积水问题得到妥善解决，充分保障了电缆安全与用户用电需求，大力推动电缆建设工作顺利高效开展。
参考文献：
[1]王明磊.基于物联网技术的电力电缆隧道积水水位在线监测和主动排水系统[J].物联网技术，2019，009（008）：28-30.
[2]曹华.电力电缆隧道综合监控系统研究与应用[D].华北電力大学，2019.
[3]刘俊俊，黄新波，赵隆，等.电缆隧道环境综合监测系统设计与应用[J].广东电力，2020（3）：8.
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