基于前端智能感知的电力现场作业安全监督系统设计

江苏电力信息技术有限公司 赵 南 杨定坤 曹 磊

电力现场作业安全监督管理，存在以人工经验为主，效率较低的问题，为此提出基于前端智能感知的电力现场作业安全监督系统。在硬件设计上，以前端感知器的设计为基础，对安全监督系统进行架构进行设计；在软件设计上，根据前端智能感知技术，设计了电力现场作业安全监督系统模型，实现对电力现场作业时的操作监控。通过测试可知，该系统能够达成提高安全监督的效率的测试要求，该安全监督系统有着更高的可靠性以及高效性。

在电力生产作业现场，做好安全防控和风险预控具有重要意义，但是在实际电力生产过程中，由于作业人员安全意识不足等问题，易产生人身及设备安全事故。因此对电力作业现场的安全监督管理与风险控制的加强势在必行。电力现场作业主要存在的安全风险为人身安全风险、电网安全风险和设备安全风险，故提出一种基于前端智能感知的电力系统现场作业安全监督系统架构，采用前端智能感知等新技术，对各类作业现场的全过程进行实时视频监控、智能判断及预警，提升现场作业安全监督水平和效率。此次研究利用前端智能感知技术，对电力现场作业安全的监督与管理提供更加有效且高效的监督系统。

1 前端智能感知

智能感知技术是一种以生物特征、自然语言和动态图像的理解为基础的智能信息处理和控制技术。感知数据分析系统是其核心模块之一，分为前端感应器和感应器网络两部分，主要应用于前端信息的感知以及信息的收集工作。该系统能够对感知数据进行初步分析处理，实现感知数据的预处理及监控数据的实时分析，并通过智能感知数据分发和控制服务器，对感知到的数据进行集中存储和管理。

在电力现场作业安全的监督中，传统的人工监督难以适应当下电力工业的发展的水平，因此以前端智能感知技术为基础设计电力现场作业安全监督系统。在该系统的应用中，前端智能感知处理系统能够智能感知电力现场作业中存在的安全风险及漏洞，并能够通过对风险及漏洞的分析给出相应的解决措施，进而有效保证电力施工现场的作业安全，减少事故带来的损失。

2 电力现场作业安全监督系统的硬件设计

2.1 系统架构设计

本系统采用的是BS结构，系统服务端软件和服务器采用集中部署的方式，应用程序部署在web服务器上，程序采用基于Java技术的三层架构，系统的客户端采用MVC设计模式，在Android平台上进行部署。应用服务器发送数据给客户端，客户端将接收到的数据进行解析并做本地化处理。系统授权用户通过电力广域网访问本系统，系其网络拓扑图如1所示。

图1 系统网络架构

2.2 前端感知传感器设计

前端感知器是指负责传感器信息的采集和传送以及系统控制指令的传输的、为电力施工作业现场提供感知数据来源的前端感知应用系统。控制系统主要包括应急报警系统、视频监控系统、作业分析系统、人员管理系统、监督标准管理系统等。各系统能够为监督平台提供数据来源，能够使电力施工现场实现感知层的网络化和数字化，也是该监督系统实现感知的基础。

传统视频监控系统由多个独立模块组成，使用起来较为繁琐。当下的智能前端系统能够在前端采集后，将所采集到的图像信息传送给主控制器进行处理。综合考虑各方面需求和因素，主控制器采用的是美国Microship公司PIC24FJl92GBl06款单片机，前端感知节点采用了TI公司的CC2530芯片。PIC24FJl92GBl06是16位MCU，系统集成包含一组核心模块和功能，CC2530内嵌的8051单片机I/O口能够与各种传感器相连，实现数据交换。

3 电力现场作业安全监督系统的软件设计

在对基于前端智能感知的电力现场作业安全监督系统进行软件设计时，需要合理应用现有的硬软件资源，在深入研究系统需求的基础上选取适合的结构框架。在对于系统进行设计时，应遵循实用性、完备性、可靠性、经济性、规范性以及可修改性的原则对系统的软件功能进行设计。

3.1 搭建监督数据库

图2 电力现场作业安全监督系统数据表关系图

系统数据库设计分为四部分：安全监督标准化内容、基础数据、监督过程管理表、操作日志。针对数据库的设计，应该根据布局合理、数据库的标准化、数据的准确及共享性、数据的独立及安全性的原则来进行设计。此外，为了防止数据的丢失，还应对数据进行及时备份。系统数据库的总体结构与关系如图2所示。

由图2的数据表关系图可知，系统数据库的安全监督系统包括事故记录和安全监督两部分，包含事故信息、事故原因、事故附件、监督标准管理、安全监督管理以及安全监督分析。事故记录系统能够存储整合电力现场作业中的事故实例，安全监督系统能够分析事故案例，进而通过事故案例的分析结果来达到对电力作业现场的安全监督目的。

3.2 监督系统的模块设计与实现

安全监督系统主要包含系统管理、监督人员管理、监督标准管理、任务管理、安全监督管理、安全监督分析、知识库管理等八个功能模块。建立该模型，需要预先了解电力现场作业安全监督的流程，以此为基础建立以监督数据库为基础的监督系统的模块，并对其设计进行说明。

4 电力现场作业安全监督系统的测试与分析

电力现场作业安全监督系统的测试采用黑盒测试方法，以系统界面和系统功能进行测试为主。搭建仿真测试平台，通过实验分析，验证此次设计的系统处理数据的能力。实验将此次设计的系统作为实验组，将根据文献设计的系统作为对照组，利用仿真测试软件模拟一个安全监督实验。

表1 系统客户端和服务器的测试环境

首先进行系统功能测试，测试环境主要包括用户前端工作站环境、后台服务器环境。利用测试环境仿真正式运行环境，找到目前所设计系统存在的问题，因此让硬件参数和软件参数无限接近于正式环境。系统客户端和服务器的测试环境如表1所示。

根据该监督系统的验收标准分析测试结果。测试任务中应注意运行路径、内部结构等因素的影响，判断该监督系统是否能够满足需求。在同样的测试条件下，此次设计的系统具有明显的优越性。随着虚拟用户数的增加，与旧系统相比，新系统响应的最小值、最大值和平均值都有所增加，通过数量也明显增加。执行上述步骤之后可以看出系统运行良好，说明新系统具有更高的可靠性。

结束语：本文以传统的电力现场作业的安全监督为基础，通过融合前端智能感知技术，完成了电力现场作业安全监督标准化以及先进化的要求。此次设计的系统仍存在着不足之处，但通过对该系统可扩展性的利用，今后仍可根据前端智能感知技术对其进行进一步的优化，实现对电力现场作业安全的维护与监督。希望本文研究能够为后序研究提供依据。