基于5G网络技术的电力工程安全管理应用浅析

岳贺贺

公诚管理咨询有限公司 广东 广州 510610

引言

“十四五”是向“碳达峰”目标迈进的关键阶段，电力工程项目持续密集投资建设，不断增加的作业面和施工风险，与愈发紧张工程建设监管力量的矛盾将不断加大，各项风险防范和安全管理任务繁重。

国网公司实施的“三型两网、世界一流”战略，提出将在2024年全面建成围绕电力系统各环节，充分应用 “大云物移智”（大数据、云计算、物联网、移动互联网、AI等）新技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的泛在电力物联网[1]。

传统电网领域，这些新技术主要在计量、运维、计费等常规领域有着广泛而成熟的应用。但在电力工程建设，尤其是安全管理方面仍有较大应用提升空间。

1 电力工程安全管理发展分析

电力工程安全管理具有影响因素繁杂、识别危险源难度大、安全事故后果严重、产生效益较为隐性等特点。随着物联网技术的发展，电力工程管理正在迈向智慧时代，基于智慧工地的应用越来越广泛。但是受重视程度、安全投入、技术差异等因素影响，电力工程安全管理的新技术应用发展缓慢。

而伴随5G技术的发展和日趋成熟，带来了通信带宽的重大突破，并以超高速、低延时的独有特性可以海量接入下游设备，从而为更加广泛的电力工程安全管理应用发展提供基础。

2 5G+新一代信息技术

2.1 5G网络技术

5G网络技术，主要优势在于超高速、低延迟、节约能源、系统容量大及低成本。其最高网速可达10GBit/s，网络延迟时间在1毫秒以内。正是这种网络特性的支持，使得高清摄像监测、AR、VR等自动控制类业务实现成为可能，也使得现场网络覆盖由传统的“人与人” 转向“物与物”，更为电力工程建设安全管理的新一代技术应用提供基础支撑。

2.2 人工智能

人工智能是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。但是由于计算机重复工作方面的强大能力，使得其相比于人工解决方案，人工智能的应用在处理大量资料并在此基础上分析和寻找规律方面优势巨大[2]。在电力工程安全管理方面，计算机以其巨大的基础数据规律分析和处理方面相比人工有巨大的优势，目前已发展出的应用包括人脸识别、电子围栏、安全巡视以及行为监测等。比如通过高清摄像头、AR、VR、无人机等前端采集的视频、音频信号进行辨识处理，可以完成现场安全监督、隐患预警等管理工作。

2.3 物联网技术

物联网技术是通过大量前端传感器设置与无线网络覆盖，实现“人”与“物”的连接，具有一线信息全面感知，数据安全准确传输交换，快速分析处理，实现智能决策与控制等特点。

随着物联网技术发展，也出现了传输网络延迟高、网络强度低、下游设备终端有限等问题。而日趋成熟的5G技术，恰好能够提供超高速、低延时、海量接入下游设备等能力，为物联网技术的应用创新提供动力，共同促进电力工程建设智能化水平的提高。

2.4 定位技术

定位技术最为常见和成熟的是基于卫星定位的GPS、北斗技术，我国在电力工程输变电线路施工、维护等领域已有该技术十几年的应用经验，但其受限于室外无遮挡场所，在室内时会被建筑物遮挡和室内复杂电波所影响。

随着技术的发展，不断出现了不完全依赖卫星的新型定位技术。比如，非接触式RFID智能定位技术，具有厘米级的高精度定位能力的UWB定位技术，能够辅助传感器实现“在什么位置发什么了什么事件”的准确信息传递的WSN定位技术等。在实际应用过程中，通过合理选择和搭配不同的定位技术，能够更为有效地实现复杂的室内环境中进行人员定位等一线迫切所需的功能。

2.5 大数据技术

大数据技术是集合了数据采集、处理、分布式存储、机器学习、并行计算、可视化等技术的复杂体系。通过在施工现场设置大量前端传感装置，将施工现场各种日常安全管理过程中产生的人员信息及状态、机械设备信息及状态、实时监控数据、违章违规数据、视频数据等进行收集，形成一个真实庞大的数据库。然后，通过挖掘分析高价值数据，进行项目建设安全动态风险分析、人员投入和高风险隐患分析，为电力工程安全管理分析和决策提供服务和支持[3]。

2.6 边缘云计算技术

伴随着5G网络技术的普及，对数据资源进行集中管控的云计算已经渐渐满足不了在边缘设备侧实现低时延的云需求。在工程建设安全管理中，包括人脸识别、VR、AR前端采集的高清视频等数据传输至云中心集中分析处理再回传至施工现场，会产生较大流量占用、较高的成本费用，甚至造成网络时延过大，影响部分功能业务的实现。而具低时延、大连接、大带宽的边缘云计算技术，能够在边缘设备侧实现对前端采集数据的实时分析、处理、转发，从而避免网络资源不合理占用，以及实现低时延需求，这也将是未来5G网络的重要发展趋势之一。

3 电力工程建设安全管理的新技术应用

通过分析近三年公开通报的电力工程领域安全事故信息，可以将电力工程安全管理问题概括为人的不安全行为（比如施工人员违规操作，技术人员违章指挥，管理人员放松监管等）和物的不安全状态（比如机械故障隐患发现延迟；危险部位的隐患预警滞后等）两类。因此探究基于5G的物联网、边缘云计算、AI、大数据等新一代信息技术在两类主要安全管理问题上的针对性应用，将能够从源头开始最大程度减少安全事故发生。

3.1 针对人的不安全行为因素的安全管理应用

3.1.1 创新培训模式。通过5G+虚拟现实（VR）与增强现实（AR）的应用改变传统培训方式，将常规的岗前培训、工序交底，以体验式、交互式的方式，让全体参建人员通过全真模拟、沉浸体验高处坠落、触电、火灾等项目常见安全事故，直观发现项目实施过程中的常见危险源，做到心中有数、提前规避。

同时真实感受不正确佩戴安全帽、安全带等频发违规行为造成危险带来的真实后果，以此从源头提高一线人员的安全防护意识及应急自救措施，避免一线管理人员出现侥幸心理、麻痹大意、“纸面”培训情况，达到安全教育培训和应急演练的目的。

3.1.2 安全监控预警。基于5G高速率等特性和人工智能、大数据处理、边缘云计算等技术，构建施工现场全方位感知体系，实时掌握现场作业状态，自动识别现场违规行为，当监控人员掌握到异常情况时，可通过人员定位系统终端设备向所有人员发出紧急指令，提示人员消除隐患或立即撤离，最大程度消除人的主观行为因素造成的安全隐患。

隐患监督。利用最新的人工智能图像识别、大数据机器学习等技术，通过施工现场固定点位视频监控实现全域覆盖，无人机巡查，集成摄像头和定位芯片的智能安全帽构成移动监控，对施工范围内作业人员的安全帽、安全带等安全防护设备佩戴情况，精神状态，涉电作业等高危环节实施过程规范化情况等进行全方位拍照摄录。

利用边缘云计算的网络低时延特点，在边缘完成实时监测数据的分析识别工作，避免作用不大的图片视频素材数据回传的同时, “低时延，低成本”的将识别的违规隐患实时传递给一线作业人员及管理人员，实现安全隐患实时发现、实时处理、实时记录，提高电力工程安全管理效率。

危险预警。通过RFID等定位技术实现人员定位及轨迹判断，结合使用已经成熟的电子围栏技术在施工现场高危区域、高风险部位设置安全距离阈值。一旦携带前端设备的现场人员靠近到危险区域，比如当日非施工区域、高风险部位及现场在运行机械设备安全距离范围，前端传感器通过信息采集、边缘分析将触发预警信号，通过前端设备或智能安全帽等个人终端，以震动或广播形式提醒人员远离危险。同时预警信号通过5G网络分发至平台系统，并告知安全管理人员，辅助采取现场制止、检查确认整改等方式做出应对措施。

3.1.3 建立经验警示。基于5G+大数据技术，采集工程一线施工现场的全面数据（现场安全隐患问题照片等），结合该电力工程建设特点，汇总分析政府部门公示的类似工程项目事故案例数据，构建电力工程数据库。通过深入挖掘、匹配与一线高度相关的数据信息，动态分析电力工程建设高危环节、安全隐患，并在工地现场设置的可视化终端、广播等循环播放，随时随地开展经验反馈和警示教育。同时对隐患高发的工序、班组、个人进行通报，督促参建人员汲取教训，自查自纠，防范典型事故隐患问题重复发生，也防范因安全管理人员麻痹大意忽视传达安全警示的情况。

3.2 针对物的不安全状态因素的安全管理应用

3.2.1 作业风险预判。施工现场物的不安全状态主要分为两类，一是物的自身质量和运行状态造成事故，二是作业面重合时管理不当发生事故。利用5G+人工智能技术开展施工过程的现场施工设备及环境监测。针对电力工程施工中的高处作业、带电作业、动火作业、有限空间作业等高风险作业环境中，利用大量前端感知设备的部署，对施工现场温湿度、有害气体浓度、天气等环境信息以及机械设备的运行状态数据，利用大数据与标准值进行对比分析，评估风险隐患等级并在必要时做出判断预警，从而提高作业风险预判能力。

比如有限空间作业时，前端感知设备集成无线传感器，对有限空间内有害气体进行实时监测，对超出安全阈值的情况，将能够做出现场告警提醒，同时向各级管理人员发出警报，给出响应处理建议，督促各级人员实时响应、实时处理、问题闭环，杜绝麻痹大意，确保安全。

比如对电力工程现场使用的升降机等机械设备，采取安装读卡器、传感器等前端感知设备，实时采集超高、超速、超载、无证上岗等违规行为数据，综合判断实时发出预警，保障机械设备安全稳定使用。同时能够采集的机械设备自身运行数据、作业范围内碰撞风险数据等，通过边缘云计算分析处理，及时判断机械设备的运行环境并发出相关解决指令，使得机械设备在运行过程中及时发现并解决安全隐患。

3.2.2 风险远程消除。基于5G和增强现实（AR）、边缘云计算等技术，能够实现现场高清画面实时传递，满足业主、专家等相关检查人员的在线检查及操作观摩，实现前端后台联动，提供远程辅助消除事故隐患。随着新技术发展，也可与云化机器人结合，实现电力管线清探、带电搭接引线等高风险作业无人实施，最大程度降低电力工程作业的安全隐患。

4 结束语

随着科技的发展，电力工程安全管理体系愈发完善，而借助5G网络技术的高速率、低时延的特性，推进基于5G的众多新技术在电力工程安全管理方面更为广泛的应用已成为电力安全治理数字化转型升级的重要发展趋势。尤其是在“十四五”这个面向“碳达峰”目标迈进的关键期和窗口期，将能够探索出更多低成本、可复制、易推广的5G电力工程安全管理创新应用，全面提升电力工程安全管理信息化水平。