依托NB-IoT的智能井盖实时在线监测

国网宜昌供电公司 高 莉 付 荣 闫 超 余 杰 王首伟

随着城市电缆化率的不断增长，电缆井盖作为电缆的重要保护，面临着一系列安全风险问题。电力公司在沟道信息化管理方面一直处于空白，无法及时掌握沟道盖板状态，本文提出一种基于NB-IoT的井盖实时监测系统解决方案，辅助运维人员及时发现并定位异常井盖，提升沟道运维质效，降低电网安全运行风险。

外破及非法开盖等安全风险问题。电缆盖板作为电缆的重要保护，面临着破损率高、违规开盖等严重威胁电缆安全运行的风险。随着各地智慧城市建设的积极开展，许多基础设施改造施工队为赶抢工期暴力施工，造成电缆盖板损坏、电缆断裂。由于城市的电缆化率不断提升，电力公司管辖及代维的电缆通道分布广泛，给电缆偷盗团伙和偷用通道空间放置易燃线缆、物品的不法企业及个人，非法开启盖板进行不法操作，提供了利益空间，给电缆及通道带来了极大的安全隐患。从基层班组到运维管理单位都十分期待一套能够实时监测沟道盖板外破及开盖行为的实时监测体系。

行人因盖板破损或丢失发生踩空意外。城区的电缆沟修建常与市政道路配套开展，修建标准与质量无法掌控。盖板是电缆通道最薄弱环节，盖板在车辆碾压、人员踩踏情况下极易从井口滑落，运维人员无法及时发现隐患，行人一旦误入井口则直接坠入通道，造成人身伤害和财产损失。急需减少盖板破损保持时间减少人身伤害。

盖板缺乏信息化管理手段，难以及时运维。盖板工况缺乏精准监测手段导致运维人员无法及时发现故障位置有效及时处理，电力公司的抢修队伍往往在故障信息被耽搁很久之后，花费大量的时间和人力成本，寻找故障位置，且到达故障现场后需查勘盖板型号后须再次往返方能完成一 次盖板更换，影响公司的整体运营效率。

1 监测系统方案

1.1 监测原理

井盖传感器实时回传盖板的外破、开盖、合盖等信息，边缘计算装置给每一块盖板计算出一个绝对的物联网编码，井盖状态感知数据通过边缘计算结合后形成盖板的异动信息，信息通过NB-IoT物联网通信协议上传到中国电信物联网平台，系统服务器通过调用api接口接收中国电信物联网平台中的井盖数据，在监测平台形成各类相关应用并与GIS集成供web端与移动app调用。监测原理如图1所示。

图1 监测原理

1.2 系统架构

系统架构如图2所示，各层含义如下：

图2 系统架构

感知层：智能监测装置以“物理感知”方式与通道盖板连接，盖板异动时启动边缘计算精确定位异动位置，并实时向边缘计算装置传送。

边缘计算层：利用边缘计算装置计算感知采集数据，将采集信号通过NB-IoT协议上传至中国电信物联网平台，中国电信物联网平台通过api接口推送采集的数据。

应用数据层：本层将档案数据、采集数据等各类数据按规则进行解析、整理入库，实现内部数据管理协调。

数据分析层：通过盖板的精确异动信息数据与其他相关数据融合，根据实际需求目标进行相关数据分析处理。

应用展示层：在移动终端部署内部移动APP，在服务器端部署客户端软件，实现通道及盖板的资产管理、运维检修管理及业务深化应用。

1.3 功能模块

系统应用层分android手持设备、web系统两大部分。系统的设计理念将满足安装人员、运维人员、监管人员（领导）等不同人员的需求，具体如下：

（1）数据采集模块

监测装置采集井盖传感器的状态信息，包括温度、状态、盖板编号等，通过NB-IoT协议上传到电信物联网平台，服务端按平台约定的接口规范和标准获取监测装置上报的数据。

（2）档案管理模块

该模块用来存储和管理盖板、电缆通道资产的信息，描述盖板尺寸、盖板形状、电缆明细等信息，形成电缆通道资产台账。具备资产管理权限与人员配置等功能，维护人员及所管辖区域的关联关系。

（3）盖板异动模块

当发生盖板外破、盖板开启、盖板恢复、通道温度超限等异动事件，监测终端能够第一时间反馈告警信息，并基于物联编码精准提供异动盖板的地理位置信息，同时通知地区运维负责人，并导航指引运维人员及时到达现场开展运维及抢修工作。

（4）装置管理模块

监测装置长年埋入地下，需要监测通信装置的工作状态，指导运维人员及时处理异常或更换装置，保障通信的有效性和及时性。可以实时采样、测量和计算传感器上报的各项数据，能远程配置监测装置的参数，如上报模式，上报频率，手动参数矫正等。

（5）运维功能模块

工单管理子模块：根据上报的事件，将故障生成工单，分派到具体的工作人员，通过网页、APP等多种渠道提醒各个相关人员，协调处理。

盖板开合报警子模块：盖板开合会上报相应事件，并形成警报，运维人员可以通过web或移动端了解盖板状态。

安装管理子模块：辅助安装人员现场调试监测装置，引导正确设置参数指标，保证监测装置的正常安装和工作。

（6）数据分析模块

统计和分析高频故障盖板，故障类型，盖板型号，揭示规律，有针对性的加强保护，提高盖板的稳固性；统计和分析发生故障的区域，故障频率，结合地图情况，展示异动发生热点图，指导工作人员差异化运维；综合分析通道内温度的情况，横向对比不同通道的温度，纵向对比不同时间的温度，图表结合展现，并在地图上综合展现，发现规律。

（7）GIS模块

盖板位置、装置位置、人员定位和通道路线都将通过实时地图的形式直观呈现，地图可放大缩小，通过操作地图，可以浏览盖板状态、装置位置、通道路线概况。当盖板发生异常时，地图上直接定位移动盖板，动画突出显示，语音播报。当用户登录App端，会自动定位运维人员的实时位置，并导航前往故障点的路线和时间。

2 应用成效

第一，安全效益。及时发现并定位故障盖板，有效避免盖板外破或违规开盖引发的电缆损伤、沟道火灾、电网停运、行人踏空跌落等安全隐患，降低电网安全运行风险。第二，社会效益。为行人的道路安全提供了更坚实的保障，探索能源互联网与智慧城市建设深度融合方式及场景应用，运用现代科技更好的服务民生，彰显能源互联网企业风范。

结语：基于物联网通信实时采集井盖状态信息，将道路交通地图与井盖传感器采集的状态数据相结合，为装置的安装部署、盖板的实时状态显示、异动盖板的位置指引、通道的温度环境预警等提供直观清晰的地理信息支撑，为沟道运维管理提供信息化监测手段，提升城市及电网安全水平。