基于物联网的智慧城市电力沟道管控平台

高莉，付荣，张伟，吕伟，龚学会

（国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司，湖北 宜昌 443000）

0 引言

城市电力沟道管理是智慧城市建设中非常重要的一环，关系着城市能源动脉和城市安全。但是由于长期以来城市电力沟道管理处于粗放状态，受限于监测手段匮乏、监测精准度低下、人工巡检方式难以被替代等因素，沟道运维一直处于以事故检修为主的工作状态[1]。

1 沟道智能化管控的必要性

响应国家数字化发展战略的必然选择。近年来，“大云物移智链”等新技术不断涌现，全球进入数字化时代，数字经济成为新的经济形态，成为驱动经济发展的新动能。开展数字化转型、保持高质量可持续发展成为各行业改革发展的基本战略，在能源行业推行数字化转型迫在眉睫。目前电网公司已实现信息系统全面覆盖，数字技术应用初具规模，但是在电力沟道管理领域仍处于传统“被动式”运维管理，沟道领域的数字化发展任重道远[2]。

随着城市电缆化率的不断增长，电缆及沟道面临的外破、违规开盖等潜在风险范围越来越广，给传统的人力巡检和运维管理带来了巨大的挑战，同时在人身安全、作业安全等方面存在隐患，现有的管理模式捉襟见肘。沟道智能管控体系的出现可以填补电力企业在沟道管理方面的不足，具有广阔的市场前景和推广效益，对推动公司整个沟道管网的智慧运营具发挥巨大的作用。

2 沟道智能化管控平台设计

2.1 平台整体框架

平台采用B/S架构开发，整体框架分为三层，分别是感知层、网络层、应用层。感知层主要是对电力沟道状态数据的感知和采集，包括沟道盖板的状态和沟道内部的巡检信息；网络层主要是数据的传输通道，采用NB-IoT窄带物联网通信协议将沟道盖板数据传输至应用层，巡检机器人收集到的沟道内部巡检信息通过无线WiFi技术传输至应用层的移动终端；应用层主要有电力沟道盖板实时监测、沟道巡检、统计分析等功能模块，分为移动端和Web端应用[3]。平台整体框架如图1所示。

图1 平台整体框架

2.2 沟道状态实时监测

城市电缆沟道经常面临着暴力破损和违规开盖的问题，容易引发行人跌落、电缆损伤及事故停电的风险。因缺乏监测手段，沟道运维，一直处于被动抢修的窘境。运维人员到达现场后需要花费大量的时间寻找故障点，运维抢修效率低。本方案通过在每块盖板上安装新型感知终端，正确识别沟道盖板开盖和破损状态，利用STM32单片机采集传感器数据；运用边缘计算装置进行盖板群体通信，精准定位异动盖板编号；基于物联网通信技术，主动上传盖板ID、异动事件，实现沟道盖板状态实时监测，提升电缆沟道运维质效[4]。

2.3 电缆沟道巡检机器人

电缆沟道智能巡检机器人整合了激光探测、红外成像技术、数字视频技术、无线信号传输技术、夜视图像采集、机电控制技术等多种高新技术手段，集机械、电子、控制、传感、材料等多学科于一体。采用无人驾驶巡检机器人进行电缆沟道智能化运维巡检，将改变电缆通道传统运维模式，有效解决沟道内人工巡检难度大、危险系数高的问题，开辟人工智能巡检新模式[5]。

其主要功能如下。

（1）自主行驶，自主越障避障。巡检机器人整合了多个高精度传感器，采用六轮驱动自动控制等技术，可实现电缆沟道全地形行驶。其具有独特的越障轮设计，结合AI算法可实现自主越障、避障，为电缆巡检打下坚实基础。

（2）巡检监测，沟道环境全面感知。实时监测电缆沟内温湿度情况、有害气体范围，并结合可见光摄像、红外摄像与热成像装置全过程、全方位记录电缆运行情况及通道环境。

（3）异常识别，自动抓拍。在识别到异常点后自主停留并作5s的详细摄像，不放过任何一处隐患。

（4）脉冲测距，精准定位故障点。脉冲测距与GPS定位相结合，将巡检时间映射为距离，准确锁定异常点位置。

（5）防抖摄像，巡检画面优质。装载六自由度云台相机，在越障过程中自动调整摄像头，保持画面稳定；

（6）自主返航，自动回传巡检视频。巡检画面可实时回传至手机APP，巡检结束，自主返航，也可在到达下一电缆井口处自动停车并回传巡检记录。

2.4 打造智慧沟道管控平台

从满足安装人员、运维人员、监管人员（领导）等不同人员的需求出发，打造沟道智慧管控平台，实现沟道全景在线监测。其功能主要有以下几个方面。

基于地理信息的盖板及沟道态势感知：系统以地图为依托，将通道地图与GIS地理信息相结合，确保每块盖板状态在地图上可以实时显示。以盖板为锚点，利用盖板地理信息将沟道联通，实现盖板及沟道的物联感知。

基于异动的实时告警及位置指引：发生盖板、沟道温度异动事件时，监测终端能够第一时间反馈告警信息，精准指引异动点位置，指引运维人员及时到达现场开展运维及抢修工作。

基于多场景的可视化展示：立足监管人员、领导等的可视化需求，基于监控大屏等应用场景，设计可视化展示界面及内容，多维度呈现电缆沟道的历史和当前状态[6-7]。

2.5 建立共享合作生态

城市地下沟道是重要的城市基础设施，承载供水、排污、供电、通信等功能，政府在城市地下沟道管理方面面临着同样的问题。通过加强政企合作与外部交流，由政府牵头，供电公司主导，沟道使用主体参与，延伸电网公司城市地下管网监测管理范围，多方合作共享，增加基于物联网新技术的对外沟道代运代维服务；梳理沟道管网内的资产，首次形成基于地下管网的资产管理，促进城市地下管网基础资源共建共享，为电网、城市基础设施建设及改造提供数据支撑[8]。

3 平台应用价值

（1）创新沟道运维模式，提升运维管控质效。打造全方位的沟道智慧管控体系，实现沟道状态的实时监测、智能运维与管理，颠覆了传统运维管理模式，变被动抢修为主动运维，极大地提升了沟道运维管控质效。

（2）促进业务数字化发展，助力电网智慧运营。以数字技术为电网沟道管理赋能，加强对电力管网的感知能力，提升沟道智能运维管理水平，降低电网安全风险，提高电力精准服务，推动电网向更加智慧的能源互联网发展。

（3）推动数据共享融合，助力智慧城市建设。强化政企合作，共享城市管网信息，与智慧城市建设深度融合，助力城市地下管网数字化运维管理，更好服务民生。

4 结语

针对城市电力沟道管理存在的问题和弊端，本文介绍了沟道管理信息化、智能化、数字化的重要意义，结合新一代信息技术，提出了沟道管理智能化解决方案，通过物联网技术实现沟道外侧盖板的开盖和外破状态监测；运用人工智能技术实现沟道内部无人操控自主巡检；打造智慧沟道管控平台实现沟道环境全面感知；建立共享合作生态，为城市及电网安全增添一份保障。