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摘要：隧道电缆综合监测辅助决策系统实现了“电缆—隧道”的多变量智能关联全息在线监测，具有全面感知 边缘计算 自组织组网 多网融合 智能联动 辅助决策的优势，是泛在电力物联网在电网领域的典型应用。本文主要介绍了隧道电缆综合监测辅助决策系统的需求分析 设计和应用。
关键词：全面感知; 边缘计算; 智能联动; 辅助决策; 泛在电力物联网;
前言
随着城市的现代化和工业化水平不断提高，带动了电力电缆的高速发展。特别是特高压电力电缆在电网中占有非常重要的地位。电缆沟和电缆隧道因其维护方便 异常现象容易检测 不易被外界破坏 可容纳更多电缆而被广泛使用。然而，电缆沟和电缆隧道面临着严重的渗水问题。空气比重较大的爆炸性混合物进入隧道，将危及行车安全。它不仅给电缆的安全运行带来巨大的隐患，同时也给隧道内的维修人员带来隐患。
1 需求分析
1.1 电缆接头本体缺乏有效的带电在线监测手段
电缆在施工铺设阶段以及长期在地下电缆沟和隧道内运行阶段，都会不同程度的破坏电缆的绝缘性能，使绝缘材料的电导率及介质损耗变大，加剧电缆的绝缘老化。电缆沟和隧道内的微气象环境缺乏有效地在线监测手段。电缆沟和隧道内的水分 潮气 化学物质都会对电缆绝缘材料进行渗透，会引发电缆的绝缘老化，从而减少电缆的使用寿命。电缆沟和电缆隧道安全消防措施与监测数据缺乏智能联动。目前隧道内安装有自动排水 烟雾弹 风机等安全措施，应对不同类型的安全风险问题，但是这些措施的启动与否缺乏与隧道内的环境参数的关联，尤其是多因素的智能关联工作尚未开展。针对上述问题，研发了基于泛在电力物联网的隧道电缆综合监测辅助决策系统。整个系统采用16种智能感知传感器，感知单元就地计算决策，与全无线通讯方式相结合，并融合了传感网 WIFI 4G/5G等网络，实现了基于大数据驱动的辅助决策功能。
2 系统设计
2.1 设计原则
一是先进性原则。采用先进成熟的网络通信技术组织网络，支持数据 视频 图像等多媒体应用，采用先进的无线传感器网络技术，与高效的4G和有线网络相结合，确保整个系统能有效地应对网络的扩展和变化。二是有限开放原则。电缆监测网络的建设遵循国网及省公司相关网络安全及协议标准，采用国网及主流软硬件厂商支持的标准协议及标准接口，形成自主可控的网络传输协议，一方面可以是遵从本协议的设备可以接入网络，另一方面可以无缝接入云平台，为网络互连奠定基础。三是可管理性原则。本系统通过4G及无线WIF网络的融合，可实现与每一个数据采集终端的通讯，并修改 增加或者優化相关功能 参数等，将大大提高网络的运行速率，并可迅速简便地进行网络故障的诊断。四是安全性原则。电缆监测系统的安全是本系统的核心任务之一，一方面是通过采取现代施工工艺及加工工艺，保障隧道内人身 设备以及用电安全;另一方面通过国网认证的授权机制 数据加密和跳频机制，保障数据安全。五是灵活性和可扩充性。电缆监测系统在选择网络拓扑结构的同时考虑将来的发展，由于网络中的监测设备 中继设备不是一成不变的，如需要添加或删除一个数据采集终端，或者对一些设备进行更新换代，或变动设备的位置，因此所选取的网络拓扑结构能够容易的进行配置以满足新的需要。六是稳定性和可靠性。网络拓扑结构中至关重要的是产品的可靠性，因为电力电缆工区中经常发生无线子网节点故障或传输介质故障，这就要求一个可靠性高的网络拓扑结构除了可以使这些故障对整个网络的影响尽可能小以外，同时还应具有良好自检报警功能。
2.2 网络架构
本系统采用物联网的整体架构思想，形成了感知层 网络层 应用层的三层分布式网路架构形式，具体形式如图1所示：
感知层是物联网的核心，也是隧道电缆综合监测辅助决策系统的核心，位于系统的最底层，其功能为“感知”，主要通过不同的传感器获取电缆本体及隧道环境相关的数据信息。该系统的传感器利用无线通信技术向数据采集终端发送数据，实现传感器的智能和网络化测量。网络层位于系统架构中的第二层，其功能为“传输”，即通过通信网络进行信息传输。网络层充当感知层和应用层之间的链接。本系统通过集成无线WiFi 4G网络 互联网和有线网络，构建星型和树型混合网络传输结构，负责将感知层获取的信息通过无线WiFi和4G网络安全可靠地传输到应用层，然后进行信息发布，最后根据不同的应用要求进行处理。应用层是隧道电缆综合监测辅助决策系统的顶层。它的功能是“处理”。应用层可以对感知层采集的数据进行计算 处理和挖掘，实现对物理世界的实时控制 精确管理和科学决策。本系统主要考虑应用层的两个功能，一个是数据，另一个是应用。
2.3 应用设计
为用户提供大数据平台，实现电缆监测数据实时采集 历史数据查询 数据分析 报警阈值设置 信息推送等功能。在数据分析方面结合局放 护套环流 本体温度和环境温度综合分析电缆运行状态，形成四因素电缆故障综合判断依据，提高判断的有效性，降低误报率。同时，系统提供隧道内烟雾报警 有害气体报警 振动报警 井盖翻动记录及报警 视频/图像监控电力电缆隧道内安全状态（如人员 设备报警 水位报警），可以设置报警阈值及推送。具体的界面信息如上图。
3 结语
本系统目前已经完成了硬件研发（包括感知单元 数据采集终端 数据中继终端 数据汇聚终端）和软件研发（综合监测 辅助决策 智能联动），已经开展了试点安装和示范应用。
参考文献
[1]徐亚兵.电缆隧道多状态综合监控系统设计与研究[J].硅谷，2015（2）：20-25.
[2]董雷，刘刚，张芷艺.城市电缆隧道多状态在线监测系统设计[J].电气工程应用， 2016（2）.
关键词：全面感知; 边缘计算; 智能联动; 辅助决策; 泛在电力物联网;
前言
随着城市的现代化和工业化水平不断提高，带动了电力电缆的高速发展。特别是特高压电力电缆在电网中占有非常重要的地位。电缆沟和电缆隧道因其维护方便 异常现象容易检测 不易被外界破坏 可容纳更多电缆而被广泛使用。然而，电缆沟和电缆隧道面临着严重的渗水问题。空气比重较大的爆炸性混合物进入隧道，将危及行车安全。它不仅给电缆的安全运行带来巨大的隐患，同时也给隧道内的维修人员带来隐患。
1 需求分析
1.1 电缆接头本体缺乏有效的带电在线监测手段
电缆在施工铺设阶段以及长期在地下电缆沟和隧道内运行阶段，都会不同程度的破坏电缆的绝缘性能，使绝缘材料的电导率及介质损耗变大，加剧电缆的绝缘老化。电缆沟和隧道内的微气象环境缺乏有效地在线监测手段。电缆沟和隧道内的水分 潮气 化学物质都会对电缆绝缘材料进行渗透，会引发电缆的绝缘老化，从而减少电缆的使用寿命。电缆沟和电缆隧道安全消防措施与监测数据缺乏智能联动。目前隧道内安装有自动排水 烟雾弹 风机等安全措施，应对不同类型的安全风险问题，但是这些措施的启动与否缺乏与隧道内的环境参数的关联，尤其是多因素的智能关联工作尚未开展。针对上述问题，研发了基于泛在电力物联网的隧道电缆综合监测辅助决策系统。整个系统采用16种智能感知传感器，感知单元就地计算决策，与全无线通讯方式相结合，并融合了传感网 WIFI 4G/5G等网络，实现了基于大数据驱动的辅助决策功能。
2 系统设计
2.1 设计原则
一是先进性原则。采用先进成熟的网络通信技术组织网络，支持数据 视频 图像等多媒体应用，采用先进的无线传感器网络技术，与高效的4G和有线网络相结合，确保整个系统能有效地应对网络的扩展和变化。二是有限开放原则。电缆监测网络的建设遵循国网及省公司相关网络安全及协议标准，采用国网及主流软硬件厂商支持的标准协议及标准接口，形成自主可控的网络传输协议，一方面可以是遵从本协议的设备可以接入网络，另一方面可以无缝接入云平台，为网络互连奠定基础。三是可管理性原则。本系统通过4G及无线WIF网络的融合，可实现与每一个数据采集终端的通讯，并修改 增加或者優化相关功能 参数等，将大大提高网络的运行速率，并可迅速简便地进行网络故障的诊断。四是安全性原则。电缆监测系统的安全是本系统的核心任务之一，一方面是通过采取现代施工工艺及加工工艺，保障隧道内人身 设备以及用电安全;另一方面通过国网认证的授权机制 数据加密和跳频机制，保障数据安全。五是灵活性和可扩充性。电缆监测系统在选择网络拓扑结构的同时考虑将来的发展，由于网络中的监测设备 中继设备不是一成不变的，如需要添加或删除一个数据采集终端，或者对一些设备进行更新换代，或变动设备的位置，因此所选取的网络拓扑结构能够容易的进行配置以满足新的需要。六是稳定性和可靠性。网络拓扑结构中至关重要的是产品的可靠性，因为电力电缆工区中经常发生无线子网节点故障或传输介质故障，这就要求一个可靠性高的网络拓扑结构除了可以使这些故障对整个网络的影响尽可能小以外，同时还应具有良好自检报警功能。
2.2 网络架构
本系统采用物联网的整体架构思想，形成了感知层 网络层 应用层的三层分布式网路架构形式，具体形式如图1所示：
感知层是物联网的核心，也是隧道电缆综合监测辅助决策系统的核心，位于系统的最底层，其功能为“感知”，主要通过不同的传感器获取电缆本体及隧道环境相关的数据信息。该系统的传感器利用无线通信技术向数据采集终端发送数据，实现传感器的智能和网络化测量。网络层位于系统架构中的第二层，其功能为“传输”，即通过通信网络进行信息传输。网络层充当感知层和应用层之间的链接。本系统通过集成无线WiFi 4G网络 互联网和有线网络，构建星型和树型混合网络传输结构，负责将感知层获取的信息通过无线WiFi和4G网络安全可靠地传输到应用层，然后进行信息发布，最后根据不同的应用要求进行处理。应用层是隧道电缆综合监测辅助决策系统的顶层。它的功能是“处理”。应用层可以对感知层采集的数据进行计算 处理和挖掘，实现对物理世界的实时控制 精确管理和科学决策。本系统主要考虑应用层的两个功能，一个是数据，另一个是应用。
2.3 应用设计
为用户提供大数据平台，实现电缆监测数据实时采集 历史数据查询 数据分析 报警阈值设置 信息推送等功能。在数据分析方面结合局放 护套环流 本体温度和环境温度综合分析电缆运行状态，形成四因素电缆故障综合判断依据，提高判断的有效性，降低误报率。同时，系统提供隧道内烟雾报警 有害气体报警 振动报警 井盖翻动记录及报警 视频/图像监控电力电缆隧道内安全状态（如人员 设备报警 水位报警），可以设置报警阈值及推送。具体的界面信息如上图。
3 结语
本系统目前已经完成了硬件研发（包括感知单元 数据采集终端 数据中继终端 数据汇聚终端）和软件研发（综合监测 辅助决策 智能联动），已经开展了试点安装和示范应用。
参考文献
[1]徐亚兵.电缆隧道多状态综合监控系统设计与研究[J].硅谷，2015（2）：20-25.
[2]董雷，刘刚，张芷艺.城市电缆隧道多状态在线监测系统设计[J].电气工程应用， 2016（2）.