上海电力基建管控系统网络支撑应用分析

章 飞

（上海电力通信有限公司，上海 201204）

近几年电力安全事故频发，如2020 年陕西风机倒塔事故、2022 年上海外高桥电厂布袋除尘器坍塌事故等，都给安全生产带来极大的压力。上海电力系统内，每天都有大量的高危施工作业工程发生，为了保证安全生产，降低事故发生率，必须利用可靠的信息安全技术及现有的网络资源，建立一套强有力的施工作业管控技术措施，来管控每天的施工作业过程。

智慧工地系统就是根据已经覆盖全市的电力通信承载网及主流的人工智能技术，秉承强中心、弱边缘、强网络的设计理念部署一套千路高清实时视频同时接入分析的工地安全管控支撑系统。前端采用超高清的枪球一体机、移动布控球等感知层设备进行全场景覆盖、中心采用堆叠流媒体服务器、存储矩阵、智能分析服务器等组件进行架构。由于未采用边缘计算技术，故前端感知层设备至监控中心之间的数据交互，必须借助大带宽的网络传输通道，才能实现。文章主要介绍针对不同的基建现场，如何利用不同的网络接入技术，实现感知层设备与监控中心的互联互通目标，并根据接入应用效果，对几种网络接入技术进行应用分析总结，给后续工程项目提供参考案例。

1 智慧工地系统整体设计

智慧工地系统主要负责上海市内电力基建工程的施工作业监控工作，对电力安全生产管控、工程质量管控具有十分重要的作用。根据当前人工智能技术的发展，监控中心设计为千路高清视频同时运行分析、违章自动辨识、风险违章自动上报的应用功能。同时结合国网公司推行的E 基建管控平台，需要将工地前端施工器械（如挖掘机、切割机、吊车、运输卡车、气体检测仪、接地线、带电作业车、发电机、抽水机、排风机等）、个人防护装置（安全帽、安全带、个人保安线、带电作业防护服）的状态信息传输至国网E基建物联网管理平台，与上海电力基建管控监控中心共同管控施工安全作业行为。

根据上述应用需求，智能分析视频监控中心主要有堆叠流媒体服务器、视频实时智能分析服务器、大容量存储矩阵、监控大屏、物联网设备管理平台、值班中心、大容量传输网络、前端各类摄像机、前端存储、感知层采集设备等组成。

前端所有的感知层设备，通过网络高速传输通道实时传输至监控中心，监控中心堆叠流媒体服务器接入、存储、分发视频数据流，智能分析服务器调取堆叠流媒体服务器的视频数据流进行切片，与自身采集存储的标准作业参考图片，利用YOLO-V3 神经网络深度算法进行分析比对，并输出分析结果推送给视频监控大屏。另外施工器械、个人防护装置等其他感知层设备，通过物联网网络或电力承载网网络将设备状态信息传输至监控中心内的国网E 基建物联网设备管理平台。

监控中心内的值班人员根据分析比对推送的违章分析结果或人工值班发现的违章结果，与E 基建物联网平台设备状态台账、E 基建APP 系统内的工作票等信息，共同管控前端在建工地的安全作业行为。同时监控中心设计为共享数据、分级值班管控的管理制度，通过网络传输通道，将视频数据流推送给国网总部、各个建管、总包、监理、分包等数据流需求的单位，实现多级管理、共同管控的目标。

该套监控中心的特别之处，主要体现在电力违章的自动风险辨识方面。智能分析服务器内，采样保存了大量的安全带正确使用、安全帽正确佩戴、施工人员人脸数据库、施工车辆信息、坑洞识别、火源识别等正确使用的标准样式图片。前端传输的大量视频数据流切片后与智能分析服务器数据库内的标准图片，通过比对，对不符合安全施工的作业行为，及时推送告警信息给监控中心大屏展示端，减少监控中心人机盯屏的工作量。另外监控中心内，结合国网E 基建APP 系统，辅助建立一套前端施工装备的物联网设备管理平台台账，帮助值班人员更好地掌控前端作业工程现状。

图1 监控中心整体结构情况图

随着人工智能技术的逐渐发展、监控中心的智能识别技术，根据电力安全生产的需要不断完善与发展。如施工人员或器械与不同电压等级线路的安全施工距离的自动告警与风险预报功能，对防止人员触电可以起到十分重要的作用。

2 基建工程接入网络应用

经过多年的政商企业务发展，目前已建设完成一张覆盖上海全域的1 万多公里电力通信承载网。该网络骨干核心层采用OTN 波分复用设备进行组网，传输容量可达1 600 G，汇聚层容量可达200 G，节点机房已覆盖2 000 多个，这些基础网络资源的存在，为大量的在建工地有线光缆接入提供了前提条件。在解决最后一公里光缆建设工作后，接入层借助裸纤、PTN、接入层交换机等设备，将市内各个施工工地的需求点，就近接入承载网。

智慧工地服务器机房部署于上海小陆家嘴地区，采用不同路由的裸纤线路，将监控中心核心交换机与电力通信承载网汇聚层不同节点机房内的设备互联，目前总头接入带宽为60 G，后期根据流量实际运行情况，可随时扩容发展。

上海电力基建工程主要分两类，第一类：固定场所的土建+变电施工现场；第二类：移动式施工的线路工程或室内电器安装工程施工现场。针对这两种工地类型，根据承载网现状及当今主流的通信技术，主要采用如下几种网络接入方案：

2.1 有线传输建设方案

针对110 kV 及以上电压等级的土建+变电工程项目工地，都有一个固定的施工地点，施工作业面约3 500 m2，且施工周期较长，500 kV 以上的变电站工程，施工周期甚至可达到3 年以上。此类工程，优先选择有线光缆传输方案，此方案的难点在于从周边的机房节点，如何利用电力管道、架空杆路资源，将最后1 公里的光缆线路，敷设至作业现场通信机柜内。

项目工地四周安装部署4~8 个高清枪球一体机、出入口安装双舱抓拍机，对施工工地实现全场景覆盖，摄像机实时图像先汇聚至项目部NVR 存储设备上，该NVR 设备再通过高带宽传输电路与监控中心服务器对接。

图2 链接拓扑情况如图

该有线传输方案具有十分突出的优点，信号传输稳定，前端感知层设备可大量扩展、传输带宽最高可扩展至1 G，安全可靠、智能分析应用效果最好等优点。

缺点是最后1 公里很多路段，不具备光缆敷设条件，无法实现有线光缆建设工作；另外成本投资较大，给工程前期的投资带来一定的压力。目前在项目实施过程中，在投资可控的前期下，优先采用有线光缆实施方案。

2.2 有线+无线补充的传输建设方案

固定施工地点的项目工地，优先使用有线光缆传输方案，但由于各种原因，光缆无通道资源敷设就位，如架空电线杆需要入地、电力排管尚未建设到位、工地附近三通一平尚未就位等等，造成视频监控光缆无法敷设延伸到位。为解决此类问题，往往需要采用有线光缆+无线网桥补充的方案，来解决最后1 公里通道建设问题。

图3建设方案利用无线网桥短距离、高速实时传输效果，结合有线光缆传输的优点，将有线光缆敷设至可达的地方，架空安装无线网桥和供电设备，利用开阔的可视空间，将信号传输至工地处的接收端网桥。方案施工的关键点，在于光缆末端无线网桥的选址与供电方案解决问题，一般在网桥之间无大型遮挡物、可解决网桥供电（就近取路灯电源或装设太阳能电池板）的情况下，可应用此方案。目前此方案已得到广泛应用，并取得了良好的实际应用效果，下一阶段将逐步提高网桥的可靠性，确保在较长的阴雨天等环境下，依然可以稳定运行。

图3 有线+无线网络传输建设方案

2.3 无线传输建设方案

部分固定施工地点的项目工地，有线传输、有线+无线均无法解决通信传输问题。同时大量的电力线路工程，室内电气安装等不断移动的作业面工程，也需要接入智慧工地系统。针对这些需求，就必须借助运营商的移动网络资源来解决上述应用需求。

为解决移动终端实时监控信号的传输问题，同时满足国网信息网络安全防护要求，监控中心网络核心节点前期与运营商蜂窝移动城域网机房节点内的PE边界路由器搭建万兆互联的三层APN 隧道专线电路。另外申请注册大量的4G/5G 定向拨号SIM 卡，应用于移动布控球、环境监测、负载监测、无线拨号路由器等感知层设备上，打造前端感知层设备至监控中心之间的无线内网定向传输通道。

因智慧工地系统内有智能分析处理需求，对前端传输的实时图像有一定的要求（最小需达到4M 码流），一台布控球+4G 无线传输模块，完全可以满足监控中心日常管理要求。但对于大流量，多摄像头的固定场地传输，4G 传输通道就显得捉襟见肘。此类案例，就必须借助更高带宽的5G 传输通道或者有线传输方案，才能解决实际应用需求。此网络建设方案详见图4。

图4 智慧工地系统无线网络应用场景示意图

目前4G/5G+移动布控球监控终端在电力基建工程项目上得到大面积应用，可满足日常管控需求，但是随着国网公司管理要求的不断提高，对移动作业布控球的开关机记录、信号强度、电池情况、设备远程操控、设备前端人脸识别、实时图像的清晰度等需求，逐步提上日常管理要求。这些需求的应用，对网络的时延、带宽、QoS 优先级等提出了新的要求，作为电力通信网络供应商，必须根据新的应用需求，与时俱进提供一揽子通信解决方案，才能不断满足电力安全生产管理的日常运行。

2.4 施工装备物联网无线传输方案

施工机械装备、个人安全防护装备等等，都属于工地上不可缺少的移动安全工器具物品，为了完成智慧工地的深度建设目标，纳入工地全要素管理范畴，可以采用物联网技术，将这些物品纳入智慧工地监控中心的日常管理范围。目前，施工车辆、电动机械等设备，通过加装RFID 电子标签模块+物联网通信模块的方式，与E 基建物联网管理平台交互认证。个人安全工器具等无源设备通过RFID 电子标签+手机终端扫描上传至国网E 基建物联网平台的方式，进行日常管理。E 基建系统内，通过工程每日工作票执行机制为主轴，关联工程信息、工作票三种人、施工人员、再通过物联网管理平台API 接口调用扫描认证上传的施工机械、安全工器具等信息，监控中心平台的在线实时视频，综合形成完整的施工日志。

3 结语

上海电力基建管控监控系智慧工地统投入运行已经三年有余，目前利用各种网络接入方案已完成200多个固定场地的变电工程接入，500 多个移动工程监控点的接入工作。通过运行结果分析来看，有线传输效果最好、但是施工进度较慢且后期搬迁移位较为频繁；无线传输方案部署最快、但传输效果较差。根据三年多的众多实际案例分析，应优先推广有线光缆传输方案，辅助发展无线传输方案，扩展电力通信承载网资源，为电力生产、政商企业务的发展做好基础资源覆盖工作。随着国网公司深化推进E 基建系统（智慧工地）的管理应用，工程现场的全要素管理、智能化管理，甚至后台管控无人化管理，是未来工程管理的主要发展方向。如何利用物联网、信息安全、网络通信、人工智能等技术实现工程现场的深度智能化管理，是未来工程管理工作提升的重要方向。作为网络通信方案提供方，必须紧跟着时代发展的方向，结合实际需求、不断创新、不断实践，才能跟得上时代发展的步伐。