基于物联网电力监控与维护系统在交通行业的应用研究

摘 要：本文以广州珠江黄埔大桥建设有限公司的实践为背景，采取实证分析与理论探讨相结合的研究方法，就交通行业如何利用当前物联网技术结合运营过程中碰到的问题开展管理创新的具体方法进行探讨。本文首先提出了物联网技术作为先进管理理念和方法的集成体，结合电力设施的运营管理，可以满足企业管理创新的要求。在此基础上结合当前交通行业的管理现状，提出了适用于行业的应用模式和策略，并运用在广州珠江黄埔大桥建设有限公司成功的案例来论证了这一模式的可行性和具体实效。

关键词：物联网；电力设施监控；交通电力设施

中图分类号：TN929.5；TP391.44文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）11-0183-04

Application Research of Power Monitoring and Maintenance System Based on

Internet of Things in Transportation Industry

DENG Hui

（Huangpu Bridge of Pearl River in Guangzhou，Guangzhou 511434，China）

Abstract：Based on the practice of Huangpu Bridge of Pearl River in Guangzhou，this paper adopts the method of combining empirical analysis with theoretical discussion，and discusses how the transportation industry can make use of the current internet of things technology combined with the problems encountered in the operation process to carry out management innovation. In this paper，the internet of things technology as an integration of advanced management concepts and methods，combined with the operation and management of power facilities，can meet the requirements of enterprise management innovation. On this basis，combined with the current management situation of the transportation industry，the application model and strategy suitable for the industry are put forward，and the feasibility and concrete effect of this model are demonstrated by a successful case in Huangpu Bridge of Pearl River in Guangzhou.

Keywords：internet of things；power facilities monitoring；traffic power equipment

1 交通行业电力设施的现状及存在的问题

当前我国交通经过三十多年的大力发展，截至2015年底，我国高速公路里程增至12.54万公里，成为世界高速公路总里程第一的国家。由于我国高速公路运营模式与国外相比不同，如美国的收费高速公路比例不到10%，而我国的高速公路中有95%属于收费公路[1]；同时，近年来，随着经济的发展和社会的进步，我国汽车数量持续增加，这些都给道路的建设和运营带来了巨大的压力。主要体现在以下两个方面：第一是道路的建设与运营跟不上汽车数量的增长，速度相比有较大的差距。第二是当前主要还是采取落后的人工运营模式，必然耗费大量的资源，并且造成通车速度慢，效率低下，高峰期拥堵严重等社会问题。

对于整个交通行业的运营而言，电力设施是其运营资产中很重要的一部分，而这部分也是整个运营环节较薄弱的一环。当前由于电力设施涉及电力行业的专业特性，几乎所有交通运营企业都会把这部分的资产运营外包给社会上专业的队伍来承担，在公路运营养护实践中存在以下三个问题。

1.1 传统的电力设施运维管理技术落后

随着交通运营对可靠用电的要求越来越高，一次小范围的停电，都会给用户的生产、生活带来不便，甚至造成巨大损失。电力设施是电能生产、输送、供应的载体，是电力安全的基础，要保障电力的可靠供应，必须加大对电力设施监控监测，实时了解设备的健康安全状态，而公路（桥梁）运行的传统电房及路灯设备运维管理技术落后，现有的维保设备运行多年，时有故障，而故障修复的检测过程长，修复流程时间长，人工投入大，使现有的机电保障部门承担了很大的工作量。

1.2 交通电力设施运维管理责任的认识意识不够强、落实不到位

在交通日常电力设施维护及管理过程中，必须以电力行业的管理要求和相应规范来实施，而在传统的公路（桥梁）运营养护过程中，其运营单位对电力设施运维管理责任的认识意识不够强、落实不到位，运营单位急需建立一套与电力专业相符的标准化维护体系和管理流程，将管理责任落实到位。

1.3 智能电力的技术研究为智能交通的发展创造有利条件

我国智能交通行业整体上仍处于其生命周期的成长期，而智能电力设施是构成智能交通重要的组成部分，通过在交通行业对智能电力技术的研究为智能交通的发展创造有利条件。

鉴于此，广州珠江黄埔大桥建设有限公司于2018年1月启动电力监控及维护系统的研究项目，经过6个月的努力，完成系统的研发及上线部署。同时，在此基础上梳理了当前电力设施运营管理的流程，通过物联网手段建立与完善日常电气设备运营维护体系和规范，建立一套电气设备监控、监测系统，主要意义及目标包括以下三个方面：（1）建立一套电气设备日常运营维护体系，为公路运营管理的科学实践提供研究理论依据，为广大的公路运营者提供科学的运营管理方法，为机电信息管理体系提供安全解决方案。（2）通过建立一套可视化、智能化、标准化的电气设备智能维护、设备在线监测和远程遥控的互联网管理平台系统，提高电气设备维护的智能化、规范化水平，提高生产管理效率，提高运营管理水平，为公路运营者信息化建设、信息化管理提供思路和参考。（3）通过本项目的研究和实践应用，应用大数据分析预测电气设备的运行状态及实时告警事件，不仅能更准确、更及时地排解电气设备存在的隐患和故障问题，还能奠定能耗管理基础，因此，本项目的研究具有很好的应用前景，研究成果必然为提高公路运营的信息化、科学化、规范化管理水平提供参考和依据。

2 当前物联网技术的特点及在电力设施上的应用

1999年美国麻省理工学院Auto-ID提出了“万物皆能通过网络相互联结”的观点，并对物联网的基本含义进行了阐述。ITU提出了物联网的基本定义为“通过RFID、红外传感器、GPS、激光扫描设备、气体感应器等传感设备，按照规定的一系列协议，将任意物品连接到互联网中，从而达到信息交换和通讯，用来实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理为目的的网络[2]。”物联网中的交互实体是时间或空间上可移动的物理实体或虚拟物体，采用近场无线通信、无线传感与执行网络与RFID等技术的融合，连接物理世界与虚拟世界[3]。

和传统互联网相比，物联网有其鲜明技术特征。物联网（Internet of Things，缩写IOT），顾名思义就是连接物品的网络。它是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它的主要特点：（1）它是各种感知技术的广泛应用。（2）它是一种建立在互联网上的泛在网络（包括移动互联网）。（3）物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制[4]。

电力的整个网架具有电压等级多、配电设备多、支线较多、网络结构复杂、事故几率高、事故原因查找困难、变动频繁等特征。在配电网运行自动化操作过程中包括数据采集与监控、故障自动隔离及恢复供电和电压无功及无功管理；而对设备的管理、检修管理、停电管理和规划设计管理包括在配电网管理自动化中。在配网通信中，主要采用的通信方式有光纤以太网、配电载波、GPRS、LORA或3G等。在这些通信方式中光纤以太网采用EPON或GPON较多，但是由于光纤施工难度较大、综合成本较高；GPRS、LORA等无线技术得到了广泛的应用，并与移动互联网结合效果非常好。通过分析物联网技术可知，对于存在于配网终端与通信的问题可以使用物联网技术很好地解决，仅需在配网设备及附件中加入传感器并将其联入互联网将其联入互联网即可，通过对数据的采集与监控即可实现“三遥”（遥测、遥信、遥控）等自动化技术。图1是一个典型的物联网技术在电力设施中的应用实例。

3 系统整体架构及功能特点

电力监控与维护系统包括三部分的功能，它们分别是电力设施日常维护、电力设备实时监控和路灯的实时控制，电力设施日常维护主要包括几种日常维护的业务类型，包括日常巡检、设备维修，设备抢修和设备试验四种方式，这些业务类型在电力行业均有明确的规范和要求，系统把这些要求标准化到实际的业务中，建立了一整套设备运营及维护体系；同时为了实时监控设备的运行和健康状态，系统利用物联网技术原理建立了一套设备监测体系，主要包括设备的实时监测、设备的告警和预警及监测点的实时维护；针对交通行业的特点，系统还建构了一套路灯实时控制的模块，包括路灯规则的设置，路灯开关控制及开关状态的查询等。对于以上所有的功能模块，系统在移动互联上构建了相应的APP应用，以方便企业人员远程操作。系统整体架构如图2所示。

3.1 电力设施维护模块

建立一套标准化的作业模式，严格遵循电力行业的标准；巡检功能包括平台的自动排程、标准化巡检过程、标准化巡检服务报告等，目的是做到巡检业务流程的标准化，量化人员绩效；维修功能是电气设备正常运行的一种关键业务，包括维修单的生成、确认、维修服务报告的生成等，目的是做到业务有据可循，及时提醒、量化确认人员绩效。

3.2 电力设施实时监测模块

（1）电参量监测：采集和计算电量、电流、电压、负荷等交流量。（2）实现每天用电的监测、分时电流、分时电压、分时电荷的实时监测。（3）预警告警：检测设备用电回路异常时，立即向主站上报数据进行告警；实现电压逆相序、电流反极性、终端停电、终端上电、过负荷、过电流、过电欠电压、电流不平衡、无功过补偿、无功欠补偿等信息告警。（4）用电分析：通过对各个电参量的大数据分析，展示每天峰平谷电量曲线、电压畸变指数曲线、综合功率因素数值、电通最大、最小、平均负荷等。（5）电能质量和能效分析：通过大数据模型电能分析，为企业提供用电质量的实时监测，包括功率因素、电流不平衡度、电压不平衡度、用电负载率、峰谷平电量分析率，提供企业安全用电、节能用电的辅助决策。

3.3 路灯智能控制

利用物联网技术，通过远程终端与电房开关的电气连接，实现手机APP、远程电脑对各个开关的控制。同时，可根据需要设置开关闭合的规则，自动触发开关的闭合，实现对开关状态的实时掌控。

4 实际应用案例

广州珠江黄埔大桥建设有限公司利用物联网手段建立与完善日常电气设备运营维护体系和规范，建立一套电气设备监控、监测系统。该系统采用模块化设计，对电气设备进行数据采集、设备运行监视、负荷分析、能量管理、事故预警、事故记录和分析、电能质量监视和控制等自动控制功能，提供连续可靠的供电保障，保障电力设备运行稳定、安全与高效。系统增加远程设备操控开关，使用全新网页和手机APP管理，分配维护人员管理权限，实时监测系统中各电气设备状态，做到电气设备巡检、维修、在线监测一体化操作，提供详尽的巡检、维修过程标准化模板，规范了管理报告及工单处理流程。应用功能见图3。

通过对广州珠江黄埔大桥建设有限公司电力监控及维护系统的实施与应用，公司实现了对电力设施资产的高效支撑，取得了较为明显的应用成效，促进了企业精益化管理水平和设备运营维护能力的提升，主要体现在三个方面。

4.1 主动式运维

通过物联网技术可实现对关键设备进行实时监测，对设备参数实现可视化监视；此外，还可通过远程实时巡检，对异常预警快速响应，从而摆脱传统依靠人工巡检的粗放被动式运维模式，使得设备运行状态评价有据可依，极大提升运维效率。

4.2 精细化管理

通过提供完整、相互关联、实时获取的资产信息，科学评估健康水平，可在人机界面、移动端等标准化运维管理平台提供全面且随时可查的电子台账，以实现对资产的全生命周期运维管理。

4.3 未来增值可能

通过对设备拓扑结构的梳理、负载状态和电能质量的实时监测，可提供对企业用电经济运行的建议和指导、对三相不平衡问题提供科学的调整建议，借助物联网平台，真正实现电力设施的线上线下维护与监测，有效提升能效管理水平。

5 结 论

在这个快速变化的时代，企业正在经历前所未有的冲击和变革，并正在向智能化转型。智能交通的复杂性和成本压力要求企业必须由被动式维护战略转变为具有全面预测性和预防性的主动运维模式，确保资产的安全可靠运行。通过对关键资产的实时监测，以及基于数据分析的投资策略释放资产潜能。智能化的资产管理、运维管理和能效管理在广州珠江黄埔大桥建设有限公司电力监控及维护系统中的探讨与实践，助力企业在智能交通和数字化转型中稳步前行。

参考文献：

[1] 钟国.高速公路建设对区域经济发展促进作用分析 [J].财经界（学术版），2013（2）：25-26.

[2] ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things-Executive Summary [EB/OL].www.itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/InternetofThings_summary.pdf，2005.

[3] Suho Jeong，Seong Hoon Kim，Minkeun Ha，et al. Enabling Transparent Communication with Global ID for the Internet of Things [C]// Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing （IMIS），2012 Sixth International Conference on. S.l.：s.n.，2012：695-701.

[4] 屈军锁.物联网通信技术 [M].北京：中国铁道出版社，2011.

作者简介：邓辉（1980-），男，湖南常德人，本科。研究方向：主要从事物联网电力监控与维护系统在交通行业的应用与研究。