李文生

摘要：随着基础设施建设的不断加强，电力电缆井盖也在增多，电力井安全事故屡有发生，集中在行人误坠、井下起火、井内电缆被盗等方面，造成不可估量的经济损失和恶劣的社会影响。目前主要采取人工巡检，对被盗案件频发、施工频繁等地，即使加强巡视也无法完全保障电缆设备安全、实现实时监控和快速髙效管理。

关键词：电力井盖监控;智能监控;传感器

引言

随着社会发展不断进步，我国城市基础设施的建设不断增多，城市中地下管网包含了燃气、供水、电网、通信等各种公用基础设施，城市路面上面的井盖也就随之增多。当前市区各种井盖的管理不够完善，存在井盖丢失、井盖爆炸等问题，这些问题给城市居民生活带来了严重的安全隐患，一些由此导致的伤人、伤物事件频频发生。虽然有关部门一直在致力解决和改善井盖管理和维护，但是由于井盖种类多样，出现问题时，往往因井盖的权属单位而产生纠纷和责任推卸。因此如何有效地监管城市井盖成为了市政部门的重点研究对象，针对这种亟待解决的问题，本文将物联网、云计算、无线传感网络以及嵌入式系统技术在智慧城市中的井盖设施管理领域加以实施、扩展，设计了智能井盖系统监管平台，确保城市井盖管理高效和实时。

1基本原理

1.1NB通信技术

NB-IOT基于蜂窝网络低功耗广域网通信技术，信号强度可以覆盖到地下管道，更加准确及时监测井盖信息。基于该技术的新型电力井盖的监测报警系统，？实现了对电力井集中监控管理，人机交互界面良好，数字化实时监控平台极大地降低了人工巡检强度，提高了管理效率，保证了电力井盖管理的安全性。

1.2蓝牙技术

近距离无线通信技术，10m半径范围内点对点或一点对多点数据交换，低功耗低成本，不需通讯费。

1.3RF2.4G

支持子机与子机全双工（带免提）对讲，电话转接三方通话。跳频技术保密性好。座机可群呼手机。子机超距离报警、低电告警和自动关机功能。

2监管平台软件设计

智能井盖系统监管平台软件设计基于Web应用开发，同时还需要网络层的通信服务器软件配合完成井盖的实时监控管理。PC端的监管平台承担着井盖信息实时监控和其他业务。通信服务器负责与网关通信，针对系统存在大量井盖故障维护数据，系统还添加了故障数据分析进程，达到利用历史数据进行故障预测的目的，从而进一步提高井盖管理的高效性，降低了安全隐患发生的可能性。

2.1监管平台软件功能模块设计

智能井盖系统监管平台软件采用B/S架构，该平台为井盖管理人员实现了信息化办公方式，所有的井盖信息都存储在数据库中，管理人員通过浏览器登录Web后台，随时随地查看所管辖井盖的状态。

2.2通信服务器设计

根据城市智能井盖系统的需求，通信服务器与网关建立持久连接，需要接收来自网关的数据，传输的数据是帧，“帧”是通信传输的基本单元，通信协议中的数据帧是数据链路层中的协议数据单元，数据通信服务器需要对网关送来的数据进行一定的解析和处理，再将结果存入数据库中。井盖系统业务数据量小，但是可能存在大量网关并发接入的情况，要求通信服务器需要就有一定的抗高并发，高可靠的性能。设计采用IOCP完成端口模型，可以有效避免服务器在线程资源上的开销，改善了传统多线程的性能瓶颈，从而达到提高服务器抗高并发的性能。

2.3故障数据分析功能设计

对于监管平台数据库中存在的大量井盖历史故障数据和相关的运维记录，可以采用数据挖掘算法分析以上数据。本课题通过数据分析进程在后台执行，将数据分析后的结果存入单独的一张数据表中，最后通过前端页面进行请求后台获取并展示给用户人员，用户看到的是在后台经过处理后的数据分析效果。数据分析进程采用基于python语言开发，该进程在后台执行，从数据库中获取待分析和处理的数据，采用机器学习算法，对数据进行处理分析，再将数据分析的结果添加进数据库，从而在Web平台页面展示分析结果供系统管理员参考。

3监测系统管理平台

（1）设备状态监测：设备后台能够24h监测并展示井盖状态信息，当监测节点监测到的状态值超过预设阈值时提示预警信息并上报至监测平台。同时设备周期性上报监测数据至后台，包括设备故障信息、电池电量信息、设备信号强度、防盗信息等，由此来判断设备的运行情况是否正常。

（2）设备定位展示：系统支持以高德地图的形式呈现井盖网点的信息，并以不同颜色显示数据异常点位。地图支持按设备类型、设备状态、设备基本信息等选项过滤筛选，同时还能支持地图放大、缩小和平移操作。

（3）设备报警：系统会实时监测设备异常数据信息，如水位信息、气体浓度信息、温湿度信息、井盖异常开启、设备信息故障/丢失、电压过低等，当数据异常时报警，并将信息通过手机短信等方式发送给相关管理人员。

（4）井盖维护模块：管理人员根据设备异常数据发起维修流程，通知相关维护人员前往处理设备故障，并利用设备定位信息使用地图导航功能以有效降低维护人员的搜索难度。

4系统功能测试

4.1通信服务器测试

在通信服务器测试环节，先进行实验室内部模拟测试，再进行实际环境部署网关硬件和通信服务器进行测试，本文以模拟测试展开工作。模拟测试可以使用串口通信调试助手与后台运行的通信服务器进行业务数据交互，验证通信服务器处理分析数据包的功能的正确性和可靠性，也可以写测试代码进行模拟测试，除了进行功能性的验证，通信服务器更重要的验证是性能验证，验证通信服务器的高并发和高可靠性是否满足业务承载需求。

4.2故障数据分析功能测试

井盖平台在运行过程中，后台数据库服务器记录了大量的历史故障数据，对这些故障数据记录的井盖信息进行数据分析，可以给管理人员在井盖管理和维护方面提供更有帮助的价值，也可以进一步优化城市井盖建设和部署方案，对地下管网的构建有着指引作用。测试方案是通过将系统故障数据导入到Excel文件，经过数据清洗、数据预处理、特征工程，再通过结合机器学习算法进行建模，建模之后模型评估，之后反复迭代上述过程，直到模型合格，将数据处理结果输出。最后对数据分析的结果和测试数据对比，判断是否具有良好的故障预测功能。

结语

电缆火情困扰电力系统，井下环境潮湿恶劣，烟雾报警器不能及时准确发出报警，防水烟感、外挂式烟雾通道设计突破性解决了该问题。主从机设计大大降低了生产成本，满足市场需求。

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