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0 背景
目前城市电力电缆分布广、数量庞大，如何保证电力电缆不受外力破坏、长期稳定运行是当前电力部门的重要工作。随着城市建设改造或扩建，时常需要对地面进行开挖，但施工方往往不能拿到最新的地下管道信息，无法准确掌握地下电缆的位置和深度等相关信息，从而盲目开挖导致各种事故屡有发生，特别是地下电缆被挖断，会导致片区停电，甚至还会发生人员伤亡等重大事故，这不但给供电公司带来重大损失，也给居民生活带来许多不便，社会影响较为严重[1] 。机壳
另外，许多城市内原有架空线路经过工程建设改造，均改为入地电缆，同时增加了很多电缆检查井。一些通信光缆也由原来的架空改为通过电缆通道入地，但在实际运行中可以发现，电缆检查井存在一些安 全隐患[2]。随着城市建设不断升级，轨道交通和市政工程道路开挖频繁，造成多起电缆通道被外力破坏、10 kV 电缆被挖断的事故，大量用户因外破恶性事件而停电[3]。目前，为保障地下电缆可以安全、可靠地运行，运行管理部门主要采取人工巡检的方式。但对异常多发地区，运维管理部门即使加强人员巡视，也无法实时巡视，发生异常情况也无法做到提前预警及高效、快速反应[4]，传统人工巡检和简单信息化监测已不能满足配网电缆精益化管控要求。 1 系统架构
平台设计通过现有电缆管道信息采集智能机器人采集的地理信息位置数据，通过光纤振动监测仪采集电缆通道震动数据，通过环境传感器采集电缆井运行环境数据，通过电缆接头温度传感器采集电缆接头温度数据，利用广域低功耗网关实现数据汇聚，再利用4G/5G 通信技术将数据传送至云平台。同时，前端搭建三维城市地图的数智中压电缆立体全景可视化监控平台，该平台将地理信息采集技术和地下电缆立体全景可视化技术融合在一起，通过智能化管理模式实时获取区域内电缆通道的运行数据，通过地下电缆通道地理信 息位置采集和基于地理位置的多维度信息采集建立规范的地下电缆多维感知的数据采集标准，通过可视化方式实现地下电缆及其管道设施的“图数智慧”采集，达到基于云边管端的“缆-管-井”贯通的数据管理以及地下电力管线管理自动化、业务流程互动化的目标，为电缆运行及管理人员提供决策支持，全面支撑地下电缆日常运维工作的开展，具体系统架构如图1所示。
多维信息感知的三维可视化电缆通道
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俞沛宙 陈德军 杨 继辉 章栩华
（国网浙江宁波市鄞州区供电有限公司，浙江 宁波 315000）
摘 要：随着城市建设的不断升级，轨道交通和市政工程道路开挖频繁，然而由于施工方往往不能及时、准确地
掌握开挖区域内地下电力电缆的位置和深度等相关资料，因此容易造成电缆通道被外力破坏、10 kV 电缆被挖断等事件，该文引入电缆通道震动监测、电缆井运行环境监测以及电缆接头异常监测等多维感知技术，建立基于多维感知传感技术的地下电缆入侵监测、预警、模式识别及三维可视化展示平台，实时全景管控地下电缆的状况，实现电缆通道安全监控从被动防御到主动预警的转变。关键词：电缆井入侵；物联网技术；管控平台中图分类号：TM 75 文献标志码：A
基金项目：国网浙江省电力有限公司科技项目“电缆通道多维感知信息三维可视化展示研究” （项目编号：5211N6210006）。
图1 系统架构图
PC 监控大屏云平台
光纤振动主机光纤振动监测仪
系统架构图
电缆井
蚁人机器人
广域、低功耗网关
温湿度传感器烟雾报警器
光敏传感器
红外传感器
有害气体
传感器电缆接头温度传感器
光纤
4G、5G
手机报警
短信定位
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2 主要功能
2.1 基于分布式光纤振动监测防外破精准定位与预警
对地下电缆外破进行监测，需要同时监测多点振动，经比较后选择Mach-Zehnder 干涉结构的光纤传感器。滤除采集到的原始信号数据中的噪声和其他无用信息，提取有用信息，降低原始信号的维度。同时，从经过预处理的数据中提取信号的特征向量，将复杂的时域/频域信号转化为易于被分类器接受和识别的信号特征。通过监测、采集环网80 km、直线40 km 的传感光缆中的振动信号，根据光纤感知和传输外界变化，用光电探测、弱信号检测以及数字信号处理等技术实现对外界变化的调制与解调。由光源发出的激光进入光纤，当外界温度、湿度、振动、应变、气体以及压力等多种物理量变化作用于光纤时，入射光的特征参量（例如光强度、波长、相位以及偏振态等）参数将发生改变，反射光或后向散射光沿着入射光的反方向传输至光电探测与解调系统，最终计算、反演各物理量的变化[5]
复合柴油。在配电开关站部署光纤振动监测主机，利用铺设在电缆通道中光缆的备用芯监测采集电缆管道附近或上方挖掘、打桩等威胁电缆安全的事件，使用光纤双折射效应来探测光缆无损弯曲位置，通过设备采集光信号，建立断点信号模型，运维人员只需要在测试点稍微弯曲光缆，仪器即可给出故障点与测试点的距离和方向，从而引导运维人员到达故障点。实现通信光缆路由核查与故障现场实时快速追踪定位的功能，定位精度小于5 m，自适应运算开展深度学习，实现人工智能预警与定位，解决了OTDR 智能测量出故障点光纤距离，而无法引导维修人员到故障点的痛点。
2.2 电缆井多维感知技术实现电缆井防盗及接头监控
预警
应用电缆井及电缆接头多维感知技术实现电缆井防盗开及电缆接头监控管理的功能，实现对电缆井复杂环境多维数据的采集，数据采集层主要对井盖的压力、位移和井下的光敏、毒害气体浓度以及中间接头温度进行在线监测和异常情况上报，完成采集井盖相关信息的任务，通信层主要是采集终端通过NB-IoT 模块将采集到的数据上传到至NB-IoT ，进而上传到服务器，应用服务层主要负责对采集到的数据进行处理、存储和发布，用户层主要通过PC 端或者手机端从服务器获取数据，进行显示异常报警等信息，如图3所示。采用大数据分析、边缘计算等技术建立电缆运行和智能识别模型，以实现对电缆及通道资源的多维实时监控、状态自我感知以及全寿命周期管理等功能，通过优化传统以人力投入为主的运维管理模式，实现基层班组减负，提升配网电缆的智能化管理水平。
2.3 三维可视化电缆通道全景管控平台
考虑到地下电缆管理的功能需要，该文设计的电缆立体全景可视化监控平台可以实现线缆及通道在网页上的可视化地图展示，可建立基于城市地图的电缆线路及通道三维模型，管理人员可在后台电脑实时查看基于三维模型的电缆运行状态信息，运维人员可通过终端设备在巡检现场实时查询预警信息，根据定位信息快速到异常点并对其进行勘察。平台主要采用 J2EE 架构和 SOA 架构模式进行开发、设计，多层架构构成一个统一的 B/S 系统，数据集成建立在 Hibernate 和 Spring 的基础上：1） 根据多位感知数据对电缆及通道进行标记和编码，建立电缆状态信息库。2） 将建立的信息库数据叠加在三维城市模型上，建立基于三维城市的地
图2 电缆井实时监测预警
安装测温标签电缆实时温度监控
温度超限监控/温升过快监控
系统及时报警，推送告知运维人员
处理并上传故障原因和处理结果
中间头温度监控高温/温升报警现场查看/处理
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下电缆通道可视化模型。3） 在地下电缆通道可视化模型的基础上，融合地下电缆的多维度感知数据。4） 开发电缆可视化展示与预警模块。
开发三维可视化电缆通道全景管控平台对监测电缆所在区域、电缆管道进行三维可视化建模，在系统主界面中显示相关监测区域地下电缆的实时运行信息，可以对入侵行为进行快速定位和跟踪，能够对各种入侵行为产生语音警告和声光报警。同时，在系统主界面地下电缆可视化模型中显示报警信息，并通过人工智能算法判别异常行为的种类及等级，为快速采取应对方案提供辅助支撑。平台实现了对地下电缆地理信息采集、运行监测、故障监测以及维护检修等环节的全过程闭环管理功能。平台还可以对各种入侵行为模式进行管理，并提供报表统计功能，对历史事件进行追溯。同时，利用历史数据对人工智能算法进行更新。该平台的开发实现了地下电缆的管理自动化、业务流程互动化，为电缆运行及管理人员提供决策支持，大大提高了地下电缆的精细化管理水平。
耐热钢焊接3 结语
目前，电力设施数量越来越多，尤其是地下电缆，它们纵横交错构成了十分复杂的地下电缆设施系统。对这样一个庞大系统进行管理，如果采用手工管理的方式，效率很低，会给地下设施建设、管理与维护带来极大的困难。另外，由
于资料残缺不全，因此地下设施事故频发，造成的直接与间接经济损失不可估量，该文研发了电缆通
道多维感知信息三维可视化展示，该成果融合多维感知信息，实现电缆通道安全监控从被动防御到主动预警的转变，提升因降低电缆通道的维护成本所带来的收益，通过三维实时可视电缆通道监控平台可以节省人力巡检的成本收益，同时也因为电缆通道具有防外破的高精度实时预警机制，所以可以大规模降低因电缆外破故障而造成的停电时户数，从而提升社会效益和电网运行安全效益。
参考文献
[1]林国洲，方静，魏占朋.基于物联网和移动互联的电缆防外破管理新模式[J].产业创新研究，2020（22）：64-65.[2]王悦怡，夏凡，张晗，等.基于NB-IoT 的市政智能井盖系统[J].现代信息科技，2020，4（7）：165-167.
[3]李静，宋浩，何凯，等.地下电缆及通道精细化管理平台的设计与应用研究[J].自动化与仪器仪表，2019（10）：245-248.
[4]胡丛飞.一种电缆防外破预警装置的应用[J].农村电工，2021，29（4）：31-32.
[5]项恩新，王科，聂鼎，等.基于电缆振动信号特征的智能防外破监测技术研究[J].云南电力技术，2021，49（3）：57-64.
图3 三维全景可视化电缆通道模型示意图
数智中压电缆通道全景可视化管控平台
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