地下电缆综合管理及移动应用关键技术研究

魏永, 刘发年, 陈佳, 章兵

(国网信通产业集团公司 安徽继远软件有限公司， 合肥 230088)

0 引言

随着国家电网公司设备(资产)运维精益管理系统(以下简称PMS2.0)的推广建设和营配调数据治理的工作开展，针对现有地下电缆反复开挖路面、架空线网密集、管线事故频发等问题，提出信息化管理要求，以便及时完成城市地下管线普查、城市地下老旧管网改造、综合管理信息系统建设，力争建成较为完善的城市地下电缆采集与管理体系。但基于人工的传统地下电缆采集与信息管理，存在采集效率低、准确性较低、管理成本高等诸多弊端，很难适应日益增长的地下电缆信息化管理需要[1-3]。因此，如何利用高效手段进行地下电缆数据采集和信息化管理是目前亟待解决的问题。

在采集方面，现有的采集方式大多采用人工与移动终端结合的方式[4]，由于地下电缆所处工况复杂多变，历史数据缺失，人工采集经常出现采集对象无法核对，采集人员技能参差不齐等情况，采集成果的质量取决于一线作业人员的采集水平。在采用移动作业终端进行信息采集的过程中，很难打通与现有业务系统的数据通道，导致采集成果无法对现有业务系统进行有效的支撑，操作过于复杂，加重对一线作业人员的负担[5]。电力企业主要通过PMS2.0以及各类信息化管理系统实现对现有地下电缆的综合管理[6]，以大规模集群的方式部署于电力公司内网，管理流程复杂，缺乏有效的专题图形支持，无法实现与一线作业人员的联动，对运维工作带来极大的挑战。现有的采集与信息化管理系统已无法满足日益复杂的地下电缆采集与管理需求。

本文根据文献研究成果，设计并实现了基于智能移动终端和GIS平台的地下电缆综合管理及移动应用系统，该系统将移动技术和电网GIS技术相融合，通过移动终端自带信息读取模块，实时获取待采电缆相关信息，并结合GIS技术对地下电缆信息进行智能化管理。通过地下电缆综合管理及移动应用研究，建立规范化的地下电缆数据采集标准与流程，以图形资源为核心，实现地下电缆及其管道设施的“图数一体化”采集，达到“源端维一、共维共享”的数据管理目标；以贯穿地下电缆规划设计、辅助工程建设、运行监测、运维检修等环节的全过程闭环管理为主线，实现地下电缆管理自动化、业务流程互动化，为地下一线管理人员提供决策支持，全面支撑地下电缆及管道移动业务的开展。

1 研究目的与意义

本课题通过透析国家电网公司的地下电缆采集与信息化管理趋势，本课题以地下电缆高效化采集与精益化管理为研究对象，通过分析国家电网公司地下电缆采集和管理趋势，探索智能终端采集，精益化管理模式，以移动采集、数据贯通、专题管理为切入点，提升采集效率，优化管理水平，改善用户体验，推进地下电缆采集高效化和管理精益化，具体目标如下：

1) 规范作业流程：制定地下电缆采集规范与标准，规范地下电缆移动终端操作流程。

2) 统一数据模型：统一地下电缆、管道、附属设施数据模型，建立全息数据库。

3) 提升采集效率：基于智能移动作业终端，融合物联网等技术，提升移动采集效率。

4) 优化专题图形：利用移动作业终端，实现各类专题图形的自动成图。

5) 贯通数据流程：打通与现有业务系统数据集成通道，实现数据横向融合，纵向贯通。

6) 提升管理水平：基于基础数据，提升地下电缆生产、检修、状态评价等方向上的管理水平，提升地下电缆安全性和业务可靠性。

2 地下电缆综合管理及移动应用关键技术研究

2.1 地下电缆采集与管理现状分析

通过研究分析国内外企业运维特点和新技术发展与应用趋势，发现企业信息系统运维业务均强调了集约化、扁平化、资源配置管理及自动化管理的发展目标，而集约化、扁平化、自动化管理的实现基础往往离不开信息系统软硬件的高度集中，本次调研工作就集中部署及分散式运维的差异性进行了全面的分析，梳理出集中式部署信息系统运维工作存在以下几个方面的问题与不足：

通过研究分析国内外电力企业运地下电缆采集与信息化管理趋势，发现电力企业采集管理业务均强调了现场化、高效化、自动化及集成化的发展目标，而现场化、高效化、自动化管理的实现必然涉及到移动互联以及专业化管理平台的建设，本次需求调研工作就地下电缆移动采集与综合管理的现状进行了全面的分析，梳理出现阶段地下电缆采集与管理工作存在以下几个方面的问题与不足：

1) 没有建立强大的管道(孔)与电缆一体化拓扑关系，不能体现电力管道内部资源占用情况，同时系统与电力管道设备运行状态评价工作脱离，无法根据资源使用及设备健康水平有效指导地下电缆路径优化。

2) 平台展示设备均为投运设备，规划建设及建设过程中的管道设备无法体现，缺少专题图形展示规划建设或在建电力管道图形信息，不能有效指导地下管网整体规划。

3) 现有功能缺乏对地下电缆及管道综合查询、高级分析、各类专题图(断面占用、风险管控等)的有效支撑。

4) 电力管道设备数据通过平面进行展示，主要体现在图形数据采用传统的CAD制图，无法对地下管线与热力、水务、煤气等市政管网进行三维效果的展示，不能有效防止破挖的事故发生。

为了解决上述问题，必须对所有地下电缆资源进行统一规划、统一标识和标准化数据采集，使得地下电缆台帐数据与现场实际情况相符，同时要统一地下电缆精益化管理模式，能够提供电缆地面轨迹走向、电缆中间头、电缆盘余、电缆井、以及管道资源本体及附属设施、其他辅助设备的相关信息，使地下电缆资源真正实现精益化管理，同时需要健全数据异动维护管理机制，为地下电缆精益化管理可持续性发展做好强有力的保障。

2.2 地下电缆采集与管理发展趋势研究

随着城市电缆化率的不断提升，在地下电缆信息化建设初期，采集作业主要以人工采集为主，辅以各类定位，测量设备，管理的数据也大多采用纸质文档进行收集；信息化建设中期，电力企业多采用移动作业工具进行采集，侧重于提高采集工作效率，各类采集信息转向由CAD等专业工具处理后的文档、图像等。信息化建设完成后，电力企业多采用智能移动终端、集成图像采集、 身份认证、影像处理等种功能模块，对人员、资源、规范、流程进行统筹管理与分配，形成地下电缆数据采集标准体系，促进数据采集自动化、智能化。同期，电力企业的地下电缆信息化管理也形成了专业化的管理系统，PMS2.0等一批业务管理系统逐渐走向标准化、集成化，通过这些业务系统，提供电缆地面轨迹走向、电缆中间头、电缆盘余、电缆井、以及管道资源本体及附属设施、其他辅助设备的相关信息，使地下电缆资源真正实现精益化管理，同时健全数据异动维护管理机制，为地下电缆精益化管理可持续性发展做好强有力的保障，具体体现在以下几个方面：

1) 终端化采集

为了确保地下电缆现场采集能够适应不同的工况，电力企业在现阶段的采集工程中充分利用了移动终端、电子标签、北斗定位等新技术，根据采集对象定制移动作业终端。

2) 自动化建模

通过移动作业终端完成各类专题图形的自动成像，针对采集后的进行校核验证，实现采集数据的自动建模。

3) 数据集成化

电力企业通过电力移动专网打通移动作业终端与信息内网各类业务系统的数据交互，将自建建模成果实时反馈到业务系统中，实现采集数据横向融合，纵向贯通。

4) 管理平台化

电力企业的地下电缆信息化管理基本通过建立各类地下电缆专业化管理平台进行管理，通过管理平台实现统计分析、在线监测、运维检修各类专业的统筹管控。

2.3 地下电缆综合管理及移动应用模型

未来，电缆综合管理及移动应用模型是地下电缆一体化采集与管理的新模式。通过对电力公司地下电缆及其管道数据采集、综合管理、滚动维护需求研究，建立地下电缆及其管道标准化采集流程与体系，统一电缆设备编码命名规范、数据标准、图形标准、电力电缆通道资源普查标准。结合地下电缆及其管道信息化管理方法，完成地下电缆综合管理移动应用模型的建立，通过理论和实际相结合，深化与电网GIS平台之间的集成，完成地下电缆及其管道综合管理系统的功能开发，重点实现地下电缆及其管道的数据采集、专题图管理、辅助工程建设、运维检修、运行监测等功能模块，完成模型试点应用。

1) 数据采集

采用安全可信移动作业终端，结合GPS(全球卫星定位系统)、GIS(地理信息系统)、GPRS(无线数据传输技术)、物联网信息采集等多种技术，完成地下电缆移动数据采集工具，为用户提供移动高效采集服务。

2) 专题图管理

基于移动作业终端，利用图像识别以及边缘计算方式，针对现场识别的地下电缆、通道以及各类附属设施建立各类专题应用图形，为地下电缆管理部门提供各类数据支撑。

3) 辅助工程建设

提供基础地下电缆走向外，为市政等基础设施建设部门提供施工依据，减少外力破坏带来的事故损失，同时针对地下电缆敷设提供剩余管孔分析，辅助工程建设。

4) 运维检修

为一线运维检修人员提供第一手的地下电缆数据，自动生成最佳检修路线，通过移动终端实现整个运维检修过程的综合管控，保障运维检修作业质量。

5) 运行监测

集成现有地下电缆在线监测装置，第一时间获取地下电缆故障报警数据，指导运维检修人员进行及时抢修。

3 创新与技术难点

标准化流程化管理：制定一套高效地下电缆采集规范与标准，规范地下电缆探测技术与地下电缆探测仪器操作流程，在探测经度与深度上实现提升，同时探索通过移动终端将探测信息进行实时存储，根本上解决了地下电缆台账不清、查找不便、影响抢修效率的问题，为实现地下电缆信息化、专业化、精细化管理奠定了基础。

专题图形精细化设计：充分调研一线人员地下电缆管理需求，在设计电缆及其管道专题图形展示时，采用灵活的剖面图建模功能，支持埋设单双剖面维护方式；实现电缆井、隧道、管沟、穿越管等各种工况类型的专题图展示；实现管孔信息的自动化标注功能；实现管井照片上传、查看和结构化存储功能。

可复用规则集成接口设计：从数据整体关联性的角度整合系统现有资源，实现电缆地面走向图、电缆走廊分析、电缆路径规划分析、管道专题图等功能，并充分调研现有PMS2.0、GIS以及ERP系统中对于电缆及其管道的数据管理需求，设计数据安全、系统安全专项方案，通过几口实现与其他业务系统的数据集成，实现地下电缆及其管道全息数据的重复利用。

4 总结

本课题基于电力企业地下电缆综合管理及移动应用需求，研究国内外先进的地下电缆采集以及管理发展趋势，结合电力企业地下电缆采集管理现状，打通各类业务系统数据通道，改变以往人工、低效、单一的采集与管理模式，研究各类地下电缆采集与管理差异性分析，提出地下电缆综合管理及移动应用模型，实现地下电缆高效化采集与精益化管理的要求。