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基于物联网技术的电力现场作业安全管理系统设计

更新时间：2019-12-18 12:41:33 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着信息科技的发展,物联网技术、人工智能技术以及5G技术被广泛应用到了各行各业中,5G时代的到来,为电力现场作业安全性的保证提供了更加先进和可靠的通信技术支撑,将“大云物移智链”等现代信息技术、先进通信技术与专业管理充分融合,是提升国家电网公司现场作业安全性的重要突破口.因此,提出基于物联网技术的电力现场作业安全管理体系设计.通过基于管理违章工人的传感器设计与基于工器具和人员安全的服务器设计,实现了电力现场作业安全管理系统的硬件设计;通过数据库的改进设计与系统的算法优化设计,实现基于物联网技术的电力现场作业安全管理系统的软件设计;通过仿真实验,得出提出的的电力现场作业安全管理系统,能有效降低现场作业的风险系数,促进国家电网公司的发展.

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基于物联网技术的电力

现场作业安全管理系统设计

field

Design

power

based on internet of

operation safety management

system

things technology

徐越峰，冯杰，纪云鸿，游强，薛钊

We．feng，FENG Jie，JI Yun—hong。YOU Qiang，XUE

(国网陕西省电力公司，西安710000)

Zhao

摘

要：随着信息科技的发展，物联网技术、人工智能技术以及5G技术被广泛应用到了各行各业中，

5G时代的到来，为电力现场作业安全性的保证提供了更加先进和可靠的通信技术支撑，将

“大云物移智链”等现代信息技术、先进通信技术与专业管理充分融合，是提升国家电网公

司现场作业安全性的重要突破口。因此，提出基于物联网技术的电力现场作业安全管理体系

设计。通过基于管理违章工人的传感器设计与基于工器具和人员安全的服务器设计，实现了

电力现场作业安全管理系统的硬件设计；通过数据库的改进设计与系统的算法优化设计，实

现基于物联网技术的电力现场作业安全管理系统的软件设计；通过仿真实验，得出提出的的

电力现场作业安全管理系统，能有效降低现场作业的风险系数，促进国家电网公司的发展。

关键词：物联网技术；国家电网；电力现场作业；安全管理；系统设计

中囝分类号：TP391．1 文献标识码：A 文章缩号：1

009—01

1 O—04

9)08-01

34(201

感知的非电量转换成为电信号输出，由于基于物联网技

术的电力现场作业安全管理系统输出的信号都是非常弱

的，所以要通过变换电路与信号调理将信号进行放大、

调制等操作。

O引言

国家电网公司在21世纪初期就发布了“智能电网”

计划Ⅲ，现已全面覆盖各大企业运营、安全管理等各个

领域，电网运行管理水平有了显著提高。自国家电网公

司到各网省公司以及基层单位，都在不断探索和完善现

代信息技术、先进通信技术与电力系统各环节、各领域

的深度应用，致力于2024年建成泛在电力物联网。

安全一直是电网建设和发展的永恒主题，国家电网

公司始终把安全生产放在各项工作的首位，为了适应国

民经济提升、国家电网公司发展，必须确保国家供电系

统安全稳定的运行及为百姓可靠供电。本文以电力现场

作业安全管理为切入点，设计基于物联网技术的电力现

场作业安全管理系统设计，降低现场作业的风险性，提

升安全管理水平。

图1电力现场作业安全管理系统传感器结构组成图

在整个系统中，传感器感知设备为本文安全管理

系统的设计提供了物理变量、状态信息以及变化感知等

工具和手段，通过对现场作业数据信息的处理实现对现

场作业违章工人的管理，保证现场作业的安全性和规范

性，降低现场作业的风险性。

电力现场作业安全管理系统硬件设计

1．1基于管理违章工人的传感器设计

系统硬件中的传感器通常是由敏感元件和转换元

件两部分组成(结构组成图如图1所示)，有时还会加

上辅助电源，敏感元件可以直接接收系统的数据信息，

直接感受被测量，然后将数据信息传递到转换元件，转

换元件会将敏感元件的信号输出作为输入，将敏感元件

基于物联网技术的电力现场作业安全管理系统传

感器结构采用结构式传感器来接收安全管理系统发出的

信号，通过数据库系统对信号进行分析处理，保证了系

统的稳定和安全，降低了工作人员的作业风险，在现场

收稿日用：2019-01-10

作者简介；徐越峰(1973一)，男，陕西榆林人，高级工程师，硕士，研究方向为电力系统自动化，电力安全监察。

[1101 第41卷第8期2019—08

万方数据

作业过程中，如果相关工作人员没有按照国家电网公司

的相关规定进行施工作业，电力现场作业安全管理系统

当中的传感器就会发出报警信号，系统将报警信号传输

到后台管理中枢，针对这一问题，在传感器设计的基础

上，建立了现场作业风险模型(如图2所示)【2】，该模

型可以根据现场作业条件对现场的环境进行预测，如果

作业环境不符合标准作业环境，那么此项工程计划需要

进一步改进和完善。

@ @ @ @

4号场地现场作

l号场地现场作

业数据信息统计

2号场地现场作

业数据信息统计

3号场地现场作

业数据信息统计

端

终端

图3电力现场作业安全管理系统服务器构架图

理，同时还可以实时监测作业现场设备的故障问题以及

对作业现场的环境进行提前预测分析，保证了现场作业

过程中工人和作业工器具的安全。

国家电网公司基于物联网技术对电力现场作业安全

管理系统的服务器进行设计，实现实时接收数据信息、

数据实时储存、实时数据共享、历史数据查询以及历史

记录的管理H】，本文的服务器改进设计能够有效降低现

场作业的风险，保证国家电网公司现场作业相关数据能

够实时被监测。

图2现场作业风险模型

1．2基于工器具和人员安全的服务器设计

2电力现场作业安全管理系统硬件设计

物联网技术主要负责对数据信息的综合分析和处理

大量数据信息，并采用智能化的方式对现场作业风险进

行决策和管理，保证现场作业人员和工器具的安全，降

低国家电网公司工作人员的作业风险。物联网、移动互

联、大数据分析、云计算、人工智能等技术是电力现场

作业安全管理系统采用的主要技术。

2．1基于风险预警的数据库改进设计

基于管理违章工人的传感器设计的基础上，提高现

场作业风险预警功能，降低国家电网公司工作人员的作

业风险，加强对现场作业风险的预测及预警，保证电力

现场作业安全系统的稳定是国家电网公司建设的必要条

件。由于国家电网公司管理系统大多数的模块都是以数

电力现场作业安全管理系统基于物联网技术进行服务

器设计，主要解决国家电网信息处理和人与机器界面之间

的问题，基于工器具和人员安全的服务器将采集到现场作

据库作为接口，改进现场作业安全管理系统的数据库结

构是实现现场作业风险预测的前提，同时也能保证国家

电网公司信息查询效率的提高。

业数据信息分别交给现场作业故障检测服务器、工作人员

情况汇总服务器和环境监测服务器处理，然后将数据信

基于物联网技术将国家电网公司相关管理系统的

息发送到每一个现场作业数据信息统计终端，电力现场

作业安全管理系统服务器构架图如图3所示口】。

数据库进行改进设计时，首先要对数据库的结构进行改

进，即使数据库中信息数据的增删过程通常比较频繁，

且国家电网公司数据库中的数据信息变化较多，但是系

电力现场作业安全管理系统的服务器设计是基于物

联网技术，将现场作业的风险数据信息进行统计，并提

前预警，实现了对现场作业的违背规定工作人员进行管

统的数据库结构相对来说是比较稳定的，基于物联网技

术的数据库一般采用的结构设计模式为三级结构模式，

第41卷第8期2019—08

[1111

万方数据

选元素进行划分，重复此步骤直到最后得到的子集只包

含某一类型的数据为止。

这种结构模式设计可以对现场作业风险进行提前预警，

根据预警等级来判断哪一个作业现场存在风险可能性较

大，哪个时间段违章风险可能性较大，将电力现场作业

安全系统的数据库分为模式、模式以及外模式等三级轴

象模式口]，电力现场作业安全系统的数据库三级模式如

图4所示。

SLIQ算法原理：设集合N包含n个国家电网公司数

据样本，类标号属性可以用m个不同值来表示，对应的

m个类别Mi，ie(1，2，3，，m)，设Mi中包含Ni个样

本，则对于一个给定的样本分类所需要的期望信息为：

i(a。，口：，口，，，％)=一只log：(只)

设Q中有x个不同的数据值{n，，n2，n3，，n。)，

将集合A通过Q来进行划分，可以将集合A划分为X个子

集{A。，A：，A，，，A。}，其中集合A中Q的取值为Q，

的数据信息样本都会在A。中包含，如果Q是所选择的测

试属性，设A。。是子集A。中M；的样本数，那么Q划分的子

集计算结果为：

L——^j

图4电力现场作业安全管理系统的数据库三级模式图

E(Q)：窆笠鱼≠丛砒，，向，，如)

y=l

为了降低国家电网公司工作人员的现场施工作业风

险，系统的数据库采用03版本进行安全管理系统的数据

库开发，主要是根据系统在运行过程中电力现场作业数

据信息的管理以及前台数据的存储处理等工作。在基于

风险预警的数据库改进基础上，得知系统的数据库需要

建立表格，主要包括国家电网公司设备的基本信息表、

电网设备型号表、状态信息表以及用户基本数据信息表

计算公式中的尘垒』!丛表示所有子集中

的Q取Qv值的所有样本个数之和与集合A中所有样本之比。

根据期望信息计算和E(A)值的计算，可以很容

易得到国家电网公司数据信息的增益值，然后利用Q划

分管理系统中每一个分支结点，国家电网公司数据信息

增益计算公式为：

等，每一个表格之间都不是孤立存在的，是通过相关键

关联在一起的，共同构成了一个现场作业安全管理系统

数据库主体。

Gain(Q)=I(4，以，

，4)一E(o)

根据数据信息增益值可以看出，计算得到的E

(Q)值越小，Gain(Q)的计算结果就越大，也就对

每一个表都是建立在物联网技术上进行数据库改进

电力现场作业安全管理越有利。

的，从而对现场作业风险提前预警。系统中用户基本数

据信息表主要是用来储存用户的详细信息和访问权限；

电力设备的基本信息统计表是用来存放一些设备的基本

信息；电网设备型号表的内容主要有电网设备的型号编

码以及设备类型名称等相关信息。

SLIQ算法的详细步骤为：

1)从国家电网公司数据集合中随机抽取一个子

集，使子集中同时含有A和B；

2)采用SPRINT算法生成一棵该子集的决策树；

3)判断抽取子集意外的子集是否有使用步骤2)生

成的决策树，并根据电网信息，找出判定错误的子集；

4)如果有判定错误的子集，则将判定错误的子集

重复步骤1)和步骤2)操作，重新生成决策树；如果没

有判定错误的子集，说明生成的电网数据信息是可信任

的，整个算法流程结束。

2．2基于现场风险判定的系统算法优化

为了判定哪个现场存在风险可能性较大以及哪个时

间段违章风险可能性较大，本文基于工器具和人员安全

的服务器设计的基础上，提出SLIQ算法的优化设计来

实现基于物联网技术的电力现场作业安全管理系统的软

件设计。SLIQ算法是目前应用最广泛的决策树算法，

是在SPRINT算法的基础上设计的陋】，SPRINT算法的工

作流程为：首先在作业现场所有元素中筛选出作业风险

可能性最大的因素，再根据筛选的数据将国家电网公司

数据划分为若干个子集，对划分每一个子集进行逐一判

断，最后选择出一个影响力最大的因素；接着继续对所

图5为SLIQ算法的流程图，其中训练集是由X和Y

组成的，X，、x：分别是x的子集，Y。和Y：分别是Y的

子集。

3实例分析

为了证明本文改进的系统设计可以降低现场作业的

[112|

第41卷第8期2019-08

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