电力建设安全规范化管控系统设计

李 敏

(广东电网有限责任公司，广东 广州 510699)

电力施工安全事故的发生令电力行业人类社会遭到重创，根据相关统计可得，全部工程建设中常发生的为电力建设安全事故[1-2]，为解决这一问题，国家电网公司以保障电力企业的工程安全为目标出台了相关政策，其中心是通过管理人员管控电力建设施工全过程安全。但是电力建设安全的彻底完成，需要从人员、社会双方面出发，通过相关工程建设管理、参建单位保证其安全稳定。电力建设以往的安全管理策略是基于施工单位、监管单位两方面，通过施工单位对建设任务和安全事项进行下发，其应用每日站班交底的方式，过于表面形式，能实现的安全管控能力有限，主要取决于作业人员的主观意识，容易因为细节引起安全问题[3-4]；
通过监管单位去现场检查及时发现问题并给出整改的具体项目，施工单位给出回复，该方法检查的范围有限，付出与回报不呈正比，电力建设安全问题以及依旧得不到监督[5]。

随着互联网的普及与电子移动设备的发展，通过科学技术完成智能数字化电力建设安全管控将逐渐成为现实。目前，张磊等[6]构建输电通道巡视管控系统，其在电力建设工程施工前培训相关人员的安全意识，但是该行为并不能保证相关人员的施工安全，并且系统可覆盖视频范围小，施工作业安全管控滞后；
李宽宏等[7]构建变电站风险管控系统，但是该系统的功能单一，仅能对电力建设工程的相关信息进行查询，无法对电力建设工程作业现场的施工情况展开及时引导与检查。

基于上述问题，本文在管控系统管理中加入了电网建设管理体系，构建电网建设的标准化监管体系，设计电力建设安全规范化管控系统，把电力建设的安全管理引导工作代入建设作业现场，在增强电力建设安全管控能力的同时，提升相关电力建设参建人员的安全意识。

1.1 管控系统总体结构

结合B/S架构与MVC框架设计电力建设安全规范化管控系统，其具有灵活、安全、可靠的特征。通过MVC技术可以汇集业务逻辑至同一元件，防止信息交互时业务逻辑的重编，代码具有较高的可读取性与可维护性。电力建设安全规范化管控系统的整体架构如图1所示。

(1)数据采集层通过不同传感器采集电力建设过程中的各项数据，其向系统提供读写功能，所应用框架为MyBatis框架，通过该框架能够有效实现SQL定制化及高级映射，防止绝大多数的JDBC代码[8-9]，不再需要人工设定参数，极大程度的加强了系统的开发效率与灵活性。

(2)网络通信层通过接收发送数据采集层采集的各项电力建设数据，实现与客户之间的交互。

(3)支撑层是系统开发的基础，其能够支持系统的二次开发，迅速对客户需求做出响应[10]，其主要包括组织机构、角色权限、安全认证、知识库、工作流、日志等。

(4)业务层是业务逻辑层，其是通过二次开发所得，各业务模块基于接口实现交互与低耦合，在业务层全方位呈现出所采集、汇总的电力建设项目，主要是系统在运行过程中的安全指数。

(5)用户层包括政府监督、监控中心、现场实施模块、IE浏览器、移动终端设备及DLP显示屏，结合了Bootstrap、jquery以及ajax技术[11]，移动终端设备设计应用html5+原生+控件库(SUI Mobile)技术。

图1 电力建设安全规范化管控系统架构Fig.1 Power construction safety standardized control system architecture

系统以支撑层为基础，通过数据采集层采集电力建设相关数据，经无线网关传输数据至网络通信层，利用网络通信层将接受的数据输送至业务层，在业务层通过深度学习网络识别电力建设现场视频图像实现电力建设安全管控，最后在用户层与客户实现交互。

1.2 管控系统网络通信层

网络通信层是负责整个系统通信传输的环节，该层内的数据接收与发送模块的连接数据采集层的桥梁[12]。数据接收与发送模块使用CC2430晶片实现电力建设数据的传输与发送[13]。CC2430晶片闪存容量较大且具备多个引脚可连接较多的外部设备。CC2430晶片功能模块如图2所示。CC2430晶片内部署可编程I/O接口插针、控制接脚和电源插针若干个。其中可编程I/O接口插针连接ADC、计时器、USART组件等外围设备。CC2430晶片的控制插针负责晶片复位、外接设备的时钟输入等，且其可以设定偏置电阻、接收无线网络射频讯号等。电源插针与其他接脚端口相连，为CC2430晶片内所有模块供应模拟电路、数字电路等[14-15]，并可调整各模组的对应运行电压。将CC2430晶片应用到数据接收与发送模块内，主要负责接收和传输各个传感器采集到的电力建设数据[16]。

图2 CC2430晶片功能模块Fig.2 CC2430 chip function module

1.3 管控系统无线网关

无线网关是一种能够融合多种无线网络的协议转换装置，可通过整合各网络设备，使其在相同系统内协同运转，实现不同网络的数据通信，其贯穿了整个系统，主要功能为网络创建及维护，不同网络之间的连接，以及数据转换、分配、处理[17]。无线网关包含网络协调器与控制器，两者间的通信方式为USART串行接口，且两者通过数据融合与协议转换，可完成整个系统的数据传输工作。

1.4 管控系统业务层

在业务层内应用深度学习网络对现场视频模块的电力建设图像进行识别，通过判断电力建设图像内人员操作、着装等特征实现电力建设过程的安全管控。将现场视频模块的电力建设图像输入卷积神经网络，卷积神经网络是按照一定的组织层次结构，连接大量相同形式的神经元所构成的前馈多层神经网络，电力建设图像进入卷积神经网络后通过网络池化层获取同维度特征，在全连接层获取电力建设图像候选目标范围内的全连接特征，完成图像候选目标范围的回归与分类，通过网络输出值识别出目标电力建设图像内的人员行为特征以及是否合理着装。由于现场视频通常蕴含多个目标，单一卷积神经网络无法适用于多目标检测，所以通过规则方块优化对卷积神经网络，实现电力建设图像的多目标检测。

将输入的上层特征采样图利用规则的区域采样，加权求和各采样点的值与方块卷积核相应位置权限，将输入的特征图利用偏移变量卷积核进行卷积操作，利用偏移值获取最终特征图。利用梯度下降法求解候选目标区域预测子网络，预测结果通过卷积神经网络的目标区域鉴别子网络实现最终的多目标识别。

基于深度学习网络的电力建设图像多目标检测流程包括：应用目标区域的预测子网络初始化鉴别子网络，为初始化场所增加全连接层。联合训练的子网络设定学习率，经过训练降低学习率后输入待测试多目标的电力建设图像，将所得置信度结果中排序比较靠前的目标作为多目标测试结果，将交并比重叠度较大的目标检测框进行非极大值抑制，剩余目标结果则为电力建设图像多目标检测结果。

1.5 管控系统主要功能

电力建设安全规范化管控系统包括电力工程管理、施工管理、检查管理、准入管理、地图显示及实时数据统计功能。通过互联网登录管控系统浏览器，可以登录管理账户和普通账户，管理账户专属于电力建设工程管理单位，普通账户为相关单位的工作人员平时所用，通过这些人员可实现电力建设工程项目的建设、监管及通报。

系统主要功能模块如图3所示。

1.6 管控系统应用流程

使用电力建设安全规范化管控系统进行建设和检测工作，有关人员可以对任务的具体工作情况进行即时跟踪，电力建设安全规范化管控系统的应用流程如图4所示。

在系统内部建立新工程并下发其信息数据，导入并下发施工任务作业后，负责人、监察人和其他人员分别接收施工、监查以及检查任务，监管人员接收下发的检查任务，巡检人和到岗到位人分别接收巡检和到位检查任务，上述人员均根据标准检查流程完成自身任务。

图3 电力建设安全规范化管控系统主要功能Fig.3 Main functions of power construction safety standardized control system

为验证本文构建的电力建设安全规范化管控系统的优势，以某省某电力公司的电力建设工程项目为应用对象，将本文创建系统应用于该电力公司建设的工程项目中。为该电力公司管理人员提供具体施工作业，实现电力建设工程全过程管控，提升该公司电力建设全过程的智能化处理水平，该公司的电力建设安全规范化管控系统界面如图5所示。

图4 电力建设安全规范化管控系统应用流程Fig.4 Application process of electric power construction safety standardized control system

图5 电力建设安全规范化管控系统界面Fig.5 Interface diagram of power construction safety standardized control system

本文系统向用户提供了人员管理、设备管理、应急管理、安全管理、现场视频、系统管理的选项，用户可根据个人需要直接进行浏览，并在个人主页中获取通知公告，图片新闻的具体信息，并在该页面呈现出用户个人的申请事项与待办事项，使用与操作方便、便捷，系统的用户黏性大、利用率高。

通过系统界面的现场视频选项，可获取具体电力建设工程现场作业图像，结果如图6所示。通过图6可以看出，通过本文系统的视频图像可有效检测出电力建设工程施工过程中，施工人员的具体施工行为与安全设施佩戴情况，检测结果较为准确，几乎不存在漏检、误检情况，根据该选项可及时发现电力建设现场施工过程中存在的安全问题，对其进行管理，减少安全风险。

图6 现场视频检测结果Fig.6 Detection results of live video

利用本文系统对电力建设现场作业情况进行安全监查，电力建设现场全阶段安全监查结果见表1。

表1 电力建设施工现场全阶段安全监查结果Tab.1 Safety inspection results of power construction site in the whole stage

分析表1可知，本文系统可有效监查电力建设现场作业内所有施工项目的现场安全状况，该电力建设工程中线路施工、配电箱安装2个项目的监查结果为不安全，需要在电力建设作业中实时对施工情况进行调整，保证电力建设作业的安全性。

以耦合度为指标衡量本文系统各模块间的信息依赖程度，以耦合度数值低于0.4为阈值，若系统耦合度数值低于0.4，则说明系统具有较好的可读性和可维护性。随机挑选该电力建设工程中的任意3个施工项目，分析本文系统监查施工项目现场安全状况时的耦合度数值，分析结果如图7所示。分析图7可知，本文系统在监查电力建设工程内3个施工项目现场安全状况时，系统耦合度与网络链路节点比呈正比，系统耦合度的最高值分别稳定在0.31、030与0.29左右，均低于0.4。实验表明，本文系统在不同网络链路节点时的系统耦合度均低于0.4，代表本文系统的可读性与可维护性较优。

图7 系统耦合度分析结果Fig.7 Analysis results of system coupling degree

电力建设安全规范化管控系统完成了各管理层级对具体施工作业的精确监管，同时又提供了一个所有在建工程项目的信息数据平台，可以提高公司效率，推动基建信息化迅速发展。该管控系统颠覆了传统的基建安全模式，将建设施工和管理过程通过计算机网络联系到了一起，该系统可以实现当前电网建设施工的各环节安全控制要求，将基建工程的现场作业流程化，完成了施工全过程的安全控制。该系统适用于当前电力建设，它不仅提升了电力建设工程安全管理水平，也能满足电力建设智能信息数字化发展，意义重大。

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