基于物联网的电力通信机房可视化系统

李 葵，吴 非，王 韬，张 涛，郑大威

（1.国网安徽省电力有限公司信息通信分公司，合肥230022；2.中科大先研院新媒体研究院，合肥230088）

目前，大多数的电力通信机房管理模式依然是人工管理。虽然近些年电网公司针对无人值守管理投入了大量的资金，但由于通信机房设备复杂、种类多、接口不一等，最终导致无法对电力通信机房资源进行有效管理[1-2]。这就需要一种可以实时监测电力通信设备运行情况、机房动力和环境运行参数的集中监控系统，保障电力通信机房安全稳定运行。

物联网IoT（internet of things）技术已广泛应用于智能城市、智能交通等各个领域中。文献[3]基于物联网技术设计出一种船员的生理信息管理系统，并建立了船员生理信息数据库，提高了管理水平和效率。文献[4]利用先进的物联网技术中的ZigBee 网络通信技术设计出一种学生宿舍插座群用电安全监控系统，实现用电故障的及时报警和线路切断，降低用电故障隐患。文献[5]利用RFID、传感器等物联网技术研究一套符合电力通信机房特点的电力通信设备管理系统方案。综上可以看出，利用先进的物联网技术，可以有效提高各系统的管理水平和智能化水平。

为提高电力通信机房数据信息的管理能力，设计一套基于物联网的电力通信机房可视化系统，可实现换流站信息的实时监测和集中管理。本文展示基于物联网的电力通信机房可视化系统的整体设计架构，以及设计出的可视化界面。本设计应用于换流站，对保障换流站安全稳定运行具有重要的意义。

1 整体架构设计

1.1 物联网

物联网能够实现随时随地任何事物与任何人之间的连接，理想情况下能够提供任何路径或者网络下的任何服务[6]。

通常物联网架构如图1所示。感知层是通过传感器和终端等物联网设备对电网的各个设备和环境进行感知；通信层是实现普遍的物联网应用和各种异构设备之间进行信息交换的通信技术；处理层是处理设备中的配置文件，并将它们组合以反映更多信息；应用层是依托物联网相关技术，开发的大量相关应用产品，如智能交通、智能家居等。

图1 物联网架构图Fig.1 Architecture of IoT

1.2 技术架构

在电力物联网的建设背景下，运用物联网技术和5G 通信技术构建管理系统，整个系统架构如图2所示。其中，感知层是通过智能巡检装备、在线监测装置和新型物联网装置对通信机房站内各个环节进行感知。网络层通过综合采用5G+LoRa+5.8 GHz技术[7-10]宽窄带混合组网对古泉站OTN 大容量骨干传输网及数据通信网扩容改造，最终实现全站的5G、LoRa 和5.8 GHz 三种无线终端接入方式的室内室外全覆盖，为古泉站在线监测系统、智能管控系统以及其它智能化监测监控系统提供终端无线接入通道，解决高带宽和大连接业务安全可靠接入和各类智能感知业务最后1 km 通信的需求。其中，5G可以实现智能电网端到端切片、电力边缘计算、无人机、机器人智能巡检等应用；LoRa 技术可用于多种网络环境，适合于大范围的数据量小的使用场景，比如环境监测、电气监测、货物管理、人员定位等；5.8 GHz 无线专网在覆盖范围内实现无线高清视频监控、巡检机器人应用、移动办公、远程调度、应急通信等多种业务应用。平台层是构建智慧物联网管理平台实现各类数据的管理和处理。应用层是利用平台层的数据实现智能应用，如主辅设备智能联动、消防隐患主动治理、故障缺陷智能诊断、人机联合自助巡检、移动作业智能管控、指挥决策实时交互和换流站管控全景可视等，实现电力通信机房高度智能化。

图2 技术架构图Fig.2 Technical architecture

2 可视化数据系统设计

基于物联网技术的电力通信机房可视化系统融合了物联网技术、智能控制技术以及通信网络技术。整个系统由智能监测设备、物联网云服务器和通信网络组成，整个系统示意图如图3所示。智能监测设备包括各种监控设备、采集卡、传感器、变送器及现场总线等，对现场进行感知。物联网云服务器则提供灵活多变的实时数据访问方式和状态监测报警信息的实时推送。智能终端把数据汇集到数据处理中心处理，经过处理后的数据用过通信网络提供给用户进行访问。5G+LoRa+5.8 GHz 技术宽窄带混合组网、WiFi 和3G/4G 网络构成了无处不在、随时可以访问的网络系统。用户可以通过智能终端设备对站内运行状况实时监测、告警展示和处理、参数设置、数据管理等操作，实现整体架构的控制和交互，是检测系统和管理系统更加直观和便捷。

图3 可视化系统示意图Fig.3 Diagram of visualization system

2.1 可视化数据主界面

传统的电力通信机房监控和运维比较分散，给管理带来不便。本设计利用物联网技术实现集中监控，统一管理，图4 为可视化数据系统界面，图5 为可视化数据系统子界面。该系统可以展示线路拓扑、业务通道示意图、机柜详情和蓄电池数据等实时监测状态。

图4 可视化数据系统主界面Fig.4 Main interface of visual data system

图5 可视化数据系统子界面图Fig.5 Visual data system sub-interface

2.2 告警信息

如图6所示，该系统根据告警信息的严重程度将告警信息分为三类，即紧急告警、主要告警和次要告警。根据告警信息的严重性，做出不同的处理方案。当监控对象有告警产生时，系统会记录告警记录并在系统中展示出来，故障的详细情况更加直观。根据系统的告警信息，运维人员能够更快，更准确地找到故障原因和排除故障。

图6 告警信息界面Fig.6 Alarm information interface

3 三维可视化观测

如图7所示，监控大屏在可视化界面直观对信息分析及数据浏览，系统也通过监控大屏实现对值守人员的预警、报警，运维值守人员可在管理后台实现对各类数据的管理、处理等操作，管理后台主要实现角色、站点、数据收集、数据分析、事件日志、指挥调度等在线管理业务。

图7 三维可视化数据呈现流程Fig.7 Flow chart of 3D visualization data presentation

通过音视频及AR 技术，实现专家对通信系统现场作业的远程在线指导工作，未来该技术在全省各个基站充分利用的情况下，减少专家差旅行程，提升专家工作效率，缩短故障排除耗时。通过VR 技术应用，解决通信系统设计结构、设备应用布置完全依赖图纸的现状，通过沉浸式交互体验，可对通信系统目前基建各项参数进行直观了解，对通信系统的改造建设提供有效的直接的数据。

4 结语

电力通信机房设备运行提供可靠环境，保障电力通信机房重要设备安全稳定运行，减轻维护人员工作量，快速定位设备故障，提升运维效率。利用先进的物联网技术和5G 通信技术，设计的一套可视化数据系统实现了电力通信机房的数据集中展示，且高度可视化。该系统对电力通信机房使集中管理程度得到巨大的提升，为运维检修人员的现场工作提供了便利，也为换流站的安全稳定运行提供了保障。

目前该系统已在古泉站调试及工作中得到应用，并取得了较好的评价。由此可见，该系统的投入使用大大地简化了现场工作流程，在提高工作效率的同时使得现场运维检修人员能够保质保量的完成现场工作。