基于物联网的特高压线路工程现场管理信息系统设计

董玉震,王振明,宋洪磊（.天津送变电工程公司 ,天津 3006; . 国家电网公司交流建设分公司 ,北京 0005）

基于物联网的特高压线路工程现场管理信息系统设计

董玉震1,王振明2,宋洪磊2
（1.天津送变电工程公司 ,天津 300161; 2. 国家电网公司交流建设分公司 ,北京 100052）

摘 要：工程信息系统已经在特高压输变电工程建设管理中得到应用，但由于工程建设现场的特殊性，信息系统只能提供数据报送等辅助性功能，不能实现建设现场信息的实时在线监控。本文基于物联网技术设计了特高压线路工程的现场信息管理系统，通过信息采集系统将实时监测到的现场人员、设备、物资信息传送到服务器进行统计和识别，可以提供施工现场的安全监管和生产管理的实时准确信息，提高了现场建设的安全监控和质量管理水平。

关键词：物联网;信息系统；在线监控

0 引言

目前，信息系统已经在特高压输变电工程建设管理中得到应用，但由于工程建设现场的特殊性，信息系统只能提供数据报送等辅助性功能，不能实现建设现场信息的实时在线监控。随着我国特高压电网的大规模建设，2014～2017年我国将建设9条特高压输电通道以防治雾霾，特高压线路工程建设数量将达到20余回。在特高压电网大规模建设时期，现有的信息管理系统已不能满足建设管理的需要。

在大型工程建设项目管理中信息系统集成化程度要求较高，特别是在建设过程的重要环节中信息的集成和功能的集成，需要将信息系统化集成来实现管理的功能。随着物联网技术的迅猛发展，通过各环节物品信息的感知和汇集，将物与物通过互联网连接起来，实现实现智能化、精细化管理[1-3]。所以利用信号实时传输系统构建具有远程管理功能的信息系统，对提升工程建设现场的管理水平具有深远意义。

本文基于物联网技术设计了特高压线路工程的现场信息管理系统，通过信息采集系统将实时监测到的现场人员、设备、物资信息传送到服务器进行统计和识别，可以提供施工现场的安全监管和生产管理的实时准确信息，提高了现场建设的安全监控和质量管理水平。

1 物联网概念及关键技术

物联网（Internet of Things，简称IOT）是将卫星定位系统、感应系统、互联网等信息传感工具作为载体，按照一定的网络协议，把所有物品与互联网互通，使之能够利用信息通信与交换，实现智能化的信息控制、识别、定位、监控和分析管理的功能。

物联网使得互联网与无线、有线网络之间互通，利用传感器的数据采集功能将大量的信息快速准确地传输。但是由于数据信息量的庞大，需要利用较大量的物联网数据才能保证数据的实施准确传递。据分析，若没人附件的无线网设备有1000～5000个，则需要的物联网会达到500兆～1000兆的物体量。通过个人电子标签定位将具体信息传递到互联网，可以准确地实现个人的跟踪定位，并且物联网中的传感器具有很强的实时性，可以设定周期率实现数据的采集和更新。

1.1 RFID技术

射频识别（Radio Frequency Identifi cation，简称RFID）技术，又称无线射频识别，是一种编码识别通信技术。利用无线电信号实现对特定目标的识别，不需要通过识别系统和特定对象间构建光学或机械接触。无线电讯号利用具有无线电频率的电磁场，将标志在物品标签上的数据传输出来，通过信号的自动辨识并进行跟踪。辨识器可以根据电磁量实现目标的能量的供给，即不需要电池提供能量。目标的标示也具有电量供给，利用无线电频率发出的无线电波主动获取。物品的标签具有响应信息，在较远距离内（约数米）都能够进行辨识。但是，射频标签可以不处于监视范围内就可以实现目标物体的跟踪[4-7]。

1.2 4G网络技术

4G是第四代通讯技术的简称，G是generation（一代）的简称。4G网络可以实现每秒400Mb的下载速度，要比上网拨号速度快近2000倍，其上传速度也可以达到每秒20Mb，已经满足用户对于无线上网速度的要求。目前我国4G网络已经开始大规模的建设和商用，主要是TDD和FDD技术组网[8]。

1.3 GPS技术

全球定位系统（英语：Global Positioning System，简称GPS），又称全球卫星定位系统，GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成[9-11]。

2 特高压线路工程信息系统设计

2.1 管理信息系统架构

系统根据B/S（Browser/Server）的结构系统，利用Web浏览器或者通过手机APP广域网来实现共享信息资源。采用服务器和终端间的网络联接，实现数据的实时传输和信息处理。其管理信息系统构架由信息收集层、数据层和数据服务层三部分组成。

第1层是信息收集层，利用射频识别等技术实现对智能电网各环节的电气设备、人员等相关信息的采集和捕获功能。本系统是通过RFID、GPS技术将工地现场采集的数据信息，通过4G网络实时传输到上位机管理数据库。

第2层是数据层，将第1层的信息收集层的数据，通过对数据的智能化加工处理，实现工地设备的有效管理、现场工作资质认证和实时监控、工勤记录和人员到岗签到等功能。作为事故责任追究的RFID信息标签，更是将读取的信息通过4G网络模块传送到服务器上，管理者利用不同工具通过客户端将服务器上需要的数据进行分析辨识，实现对线路工程的现场智能化管理。

第3层是操作层，通过浏览器、手机终端供用户群（包括业主、设计单位、总承包方等），用户可以通过HTTP网络协议在网络许可范围内（专线，VPN，甚至整个广域网）进行身份识别，并利用相应操作权限进入系统进行操作。管理者通过不同工具将服务器上需要的海量系统运行状态和管理数据进行分析辨识，实现对线路工程的现场智能化管理。

本系统通过安全帽内置模块、设备内置模块、区域监控模块等组成，安全帽内置并集成RFID标签、4G网络模块及天线，使用方便灵活，从而实现对工地现场信息的实时采集和准确高效传输。

2.2 信息收集流程

在实际的特高压线路工程施工应用中，特高压线路工程的工作区域为分塔基、分区域施工，对每个工作区域设置RFID装置。当工作人员进出施工区域时，利用RFID装置记录每个人的出入信息，根据不同工种人员的使用不同的RFID标签进行辨识，对不同人员设置不用灵敏度，以收集该工作区域的出入人员信息。

图1 特高压线路工程智能现场管理系统

现场使用的安全帽的电源供应是锂离子电池，利用4G网络中的无线模块进行传输数据，不需要考虑数据线和电源线的安装。但是由于现场很多设备都是金属材质，需要利用铆钉将抗金属屏蔽标签固定在设备上，把所有的抗金属标签正常安装后，利用安全帽上的读写模块对有效距离内的数据信息进行收集加工。实现信息的实时状态监测，并将收集的信息传输到无线传输模块，再利用4G网络技术传输到后台信息管理中心平台。

安装在安全帽的读取模块每次只能传输一个标签的信息，这不会影响到信息数据的传输冲突，并且4G网络的无线模块能够实时上传信息，通过预授权的终端系统能够获得实时数据。

3 特高压线路工地管理系统的设计

3.1 人员管理

运用RFID进行人员跟踪管理，人员无需排队靠近记录点，也能够记录上百人同时入场。管理系统可以自动记录人员进出场的信息，从而自动统计生成每日报表和每月报表，为现场人员管理提供基础信息，并可实时监测现场人员情况。

系统通过记录各参建单位的员工信息，对建设现场的数据采集和存储，然后利用4G网络无线模块作为传输介质，将获取的现场信息上传到服务器。管理端利用工作人员的运行轨迹，获取人员使用过的设备和使用时间。对于施工人员和监理人员，管理者可以利用此数据库实现更好地现场管理和调度，从而保证工地施工的安全。通过对服务器传输的信息数据，利用统计分析模块对设备的使用数据进行分析，违规操作的数据将会显示红色预警状态。通过规定时间内对工作人员个人和全体违规操作的比例查看，管理者可以依据实现现场的管理强度和力度实现有效控制，使得施工现场的安全隐患降到最低。如果存在突发事故，此数据可以作为事故责任追溯的有利依据。

3.2 设备管理

在施工现场的重要设备装设标签，可以将设备信息可录入安装设备型号、运行编号等相关信息，在设备安装过程中进行监控。通过这种方式可以实现设备安装施工状态采集，在重要节点进行管理，降低各阶段存在的安全隐患。

在现场重要施工设备均要安装RFID标签，在系统中录入基本信息，比如某吊车在何时进行年检，牵张设备是否已进行安全检测等信息系统将进行提示。

3.3 安全管理

特高压线路工程中不同分部分项工程，有很多危险等级较高的作业项目，在确定工作风险等级后，通过系统可以及时了解高危作业区域人员、施工设备状态。特别是在组塔作业工作中，可以有效区分高空作业和地面作业的作业区域。

通过在系统中融入LEC安全风险评价方法定义及计算方法数学模型，以自动算出风险等级，建立风险等级作业台账，依据工程整体进度，提示各项安全检查和措施落实，加强施工过程安全控制是保障工程本质安全的最为有效的方法。

通过系统能够对事故发生前的现场人员数量、分布区域、设备接触等进行记录。在事故后也可以通过人员行动轨迹，对事故人员进行及时搜救和处理。

3.4 进度管理

特高压线路施工放线时在牵引导线的走板上加装RFID标签，可以实现对整个放线过程和进度进行有效监控。并通过在塔基下、杆塔上及输电线路上安装地埋振动传感器、距离传感器等装置可以采集传输线路环节的状态信息，从而实现对线路施工进度的状态信息进行在线监测。

3.5 决策支持

通过本系统可为各部门及上级各层领导及时提供实时监测信息与历史对比信息及多项分析指标所需数据，为指挥决策提供重要数据支撑。也可以为施工现场的安全监管和生产管理提供实时的准确信息，实现事故责任追溯的有力数据支撑，可以实现进出工地人员和大型机具设备的远程监控和管理。

4 结论

针对大型特高压线路工程项目的安全监管技术和管理现状，设计了基于物联网技术的特高压线路工程智能现场管理系统，将会提高现场建设的安全监控和质量管理水平。通过跟踪作业人员的安全行为和定位作业人员的工作区域，进行作业流程和行为的规范管理，可以为现场的施工管理提供有效的依据和手段，也能够很大程度地提高了管理的工作效率、服务水平和管控能力。

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作者简介:董玉震（1977-），男,本科,工程师,研究方向：输变电工程管理。