基于物联网的智能电力抄表保障平台研究

（中国移动通信集团海南有限公司，海南 570100）

1 引言

随着智能电网技术和物联网技术的发展，使用2G/4G/NBIOT网络进行电网抄表数据传输业务发展迅速。由于电网抄表终端分布区域广，经常出现因终端断电、终端异常、网络弱覆盖等问题，导致远程电力抄表设备无法正常传输数据，影响抄表数据及时回传。目前缺乏有效的监测和管理手段，导致物联网卡掉线故障诊断效率低下，严重影响了电网抄表点设备的运维保障质量[1-3]。

为此，本文设计并实现一种电力抄表物联网卡智能保障平台，运用大数据技术，提升在物联网终端管理、业务质量监测、异常问题诊断和故障抢修督办等方面信息化、自动化和智能化程度，提升电力抄表物联网卡掉线故障发现能力、故障排查响应速度，确保电网抄表数据回传的及时性和完整性。

2 系统设计与实现

2.1 系统实现方案

本文搭建基于云计算的电力抄表物联网卡智能保障平台，采集运营商网络运营域、业务域、管理域信息，通过大数据分析，在终端管理、业务质量监测、异常问题诊断和故障抢修督办四个方面提供支撑，提升电力抄表物联网业务保障能力。建设方案主要包括两个部分：第一部分，网络基础数据采集；第二部分，保障平台开发建设。

第一部分，网络基础数据采集。在网络信令数据方面，部署分光器、探针和服务器等设备，进行信令数据的采集、解析和关联回填，实现全量电力抄表物联网卡分析和诊断；在网管数据方面，采集网络告警、性能、MR和业务拨测信息，实时动态感知端到端网络运行状态；在位置信息方面，采集基站经纬度和用户MR信息，提供物联网终端位置定位能力；在签约信息方面，获取码号、资费、业务等信息，为抄表业务异常问题排查提供支撑。

第二部分，保障平台开发建设。本部分包括应用软件开发和云计算平台基础设施建设。其中，应用软件开发，采用“云、管、端”模式，“云”端基于云计算、大数据和人工智能技术，通过数据、算法、算力三要素不断产出服务能力，支持各功能模块定制化服务，并为“端”赋能。该模式可平滑扩展支持水务、燃气和车联网等物联网应用，便于不同行业、企业快速无缝接入；云计算平台硬件的建设，包括采集接口机、数据库、服务器和路由器等设备，构建云计算服务平台。

2.2 网络架构

电力抄表物联网卡智能保障平台网络连接结构如图1所示。

电力抄表物联网卡智能保障平台放置于运营商数据机房，包含接口机、数据库和服务器等设备，通过运营商网管网采集网络信令、物联网卡签约信息、网络告警数据等动态数据进行分析诊断。平台分别通过网管网、数据专线与运营商网管服务器、电网服务器连接，实时传送抄表业务分析数据，运营商维护人员和电网维护人员分别通过网管网和互联网访问，查看业务运行情况并受理抢修工单。

图1 网络连接结构图

2.3 平台设计

本平台采用数据采集层、数据解码层、共享层、应用层和访问层的五层架构体系，技术功能架构图如图2所示。

数据采集层：在2G/4G/NB-IOT网络的S1-MME、S1-U、S6a、S1-Lite等接口部署分光器、探针设备，实现电力抄表网络信令数据的接入和采集解析；部署自动拨测系统，实现对终端、网络、平台的仿真拨测，实时获取网络质量信息。

数据解码层：实现对数据采集层上报的数据进行分析、关联、回填及合成。

共享层：长时间存储数据聚合之后的多维分析数据。共享层与运营商经分系统对接，获取经分系统物联网卡签约及资费数据；共享层与运营商网管系统对接，获取运营商网管系统告警、性能和MR数据等。

应用层：通过大数据分析，实现终端管理、业务保障、故障诊断和工单派发等功能，实现从问题发现到解决的闭环管理，保障电力抄表业务质量。

访问层：提供Web、手机客户端等方式展示。

图2 平台功能结构图

2.4 平台功能

平台功能主要包含终端管理模块、业务保障模块、故障诊断模块、和工单派发模块等，各功能模块具体功能描述如下。

终端管理模块：提供每个终端位置信息、签约信息、业务质量和维护人员信息等，为客户进行海量物联网终端管理、业务质量监测和故障抢修提供信息支撑。

业务保障模块：提供不同市县、区域的业务量、业务分布、业务指标、网络错误码、业务趋势等信息，通过可视化方式了解业务使用情况，为进一步数据挖掘和隐患排查提供支撑。

故障诊断模块：提供业务使用异常问题全量自动诊断能力。针对物联网卡掉线、网络指标异常、数据传送中断等异常问题，结合电力抄表行业特性，在抄表终端、物联网卡签约信息、无线网、核心网和物联网平台等环节自动进行问题定界定位，自动诊断异常原因并给出故障抢修建议，提升故障抢修的效率和速度。

工单派发模块：提供业务异常问题、设备故障问题等任务派发、督办能力。根据诊断结果，按照物联网终端、网络设备与维护人员、维护区域的对应关系派发抢修工单，工单内容包含问题描述、位置信息、诊断结果和处理建议等。同时，能够根据不同工单的处理时限，派发一级、二级、三级督办工单，分别对维护人员、管理人员和负责人员进行督办。

3 应用效果分析

基于物联网的电力抄表业务智能保障系统能够缩短抄表业务抢修的时长、提高抢修的效率。

（1）及时发现业务故障和异常问题。通过7*24小时全量网络告警、性能指标、业务量、网络错误码等监控，实时对故障和异常问题进行预警。

（2）缩短故障抢修时长。在投诉信息收集、问题定位、抢修工单派发等环节引入信息化、自动化、智能化工具和方法，大幅缩短抢修时长。

（3）提高电力抄表数据回传质量。通过分析终端、区域、时段、指标、网络设备和信令错误码等信息，及时发现网络隐患和共性问题，通过聚类、决策树等方法，挖掘影响数据回传质量的关键因素并解决。

（4）提高电力抄表物联网业务运维效率。在电力抄表终端管理、故障告警管理、维护队伍管理、业务报表等方面提供数据和手段，提升运维管理效率。

4 结束语

随着4G广泛应用，5G快速推进，以NB-IoT、eMTC等为代表的新一代物联网技术顺势而生。当前，物与物连接规模急剧扩张，连接应用日新月异，物联网技术可以说已深度嵌入多个垂直行业。但物联网终端往往分布较为分散，如农村、森林、楼道、室内、地下等，不仅安装环境复杂，而且网络信号往往难以得到保障，物联网业务日常管理和异常问题排查及其困难。

本文基于电力抄表物联网卡保障的痛点，引入大数据和云计算等新技术，搭建了一个从故障发现到问题跟踪解决的智能保障平台，提供终端管理、业务保障、故障诊断和工单派发等能力，提升电网抄表物联网卡掉线故障发现能力、故障排查响应速度，确保电网抄表数据回传质量。同时，该平台、方法能够应用水务抄表、燃气抄表等众多垂直行业，具有较高的生产使用价值。