远程可视化交互式管理系统在水电企业中的应用

付 根

(华电金沙江上游水电开发有限公司苏洼龙分公司，四川 成都 610000)

0 引 言

国内水电企业大多地处交通不便的偏远山区，生产现场点多、面广、线长、人员分散，再加上地质条件差、交通不便等因素，导致企业有限的技术和管理精英难以做到对流域电站作业点的实时督导，特别是在面对突发自然灾害和设备故障应急处理时，电站现场技术资源有限，而相关技术人员又无法迅速到位，这些现象在一定程度上造成了偏远地区流域电站安全生产保障体系和监督体系的短板。如何充分发挥水电企业有限技术和管理人才的作用，使他们的能力和经验更快捷、更广泛、更深入地在作业一线释放出来，切实加强水电企业一线安全生产保障体系和监督体系的管理，正是目前力求解决的问题。

1 无线传输的优势

在做好安全措施的前提下，无线传输可以应用于电力行业[1]。WiFi作为当今使用最广的一种无线网络传输技术之一，它具有以下优势：

(1)传输速度快，最新的WiFi 6版本最高速率可达11Gbps，理论速度相较WiFi 5提升近3倍；

(2)布线简单、灵活，安装方便，易于扩展；

(3)费用低廉，WiFi技术成熟；

(4)数据带宽高，WiFi 6支持MU-MIMO技术，有效解决大量设备连接网络导致的网络拥堵问题。

第五代移动通信技术，已经于2020年底在全球多个国家实现商用化[2]，5G具备以下特点：

(1)高速率，5G可以工作在6GHz以下的分米波以及28GHz以上的毫米波，更大的带宽能带来更大的通信速率[3]，5G数据传输峰值速度约为4G技术的20倍[4]；

(2)低时延，5G采用短帧、新波形以及先进的编码技术，实现网络扁平化，提升了网络传输可靠性，网络时延仅有4G的十分之一；

(3)容量大，5G网络具备千兆赫兹的频谱带宽，能提供设备的高密度连接和大容量传输，实现真正意义上的万物互联；

(4)安全性高，5G通过网络分层、分域的安全网络架构，采用服务化架构、隐私保护、认证授权等方法，提供了标准化的解决方案和更强的安全保障机制，通过已有通信基础设备组建的公共网络完成电力物联网业务数据的传输将是一个趋势[5]。

本项目采用基于WIFI/5G嵌入式可穿戴移动语音图像传输设备，实现电站作业现场和远程专家(指挥者、管理者或指挥中心等)之间的影像实时传输，迅速将分散于流域各站甚至更远的专业技术人员、管理人员汇聚到一个平台，实时进行监督、交流和指挥。系统还具备自动上传和存储现场作业人员巡回、检修作业、重要操作、应急处置等具体工作的实时影像信息、历史影像信息查询回放、用户权限分级控制等功能，同时客户端可运行于电脑和手机等各类平台，极大地提升了系统平台应用便捷性。此项目的有效实施，加强了监督管理，提升了工作人员巡回检查质量，强化了安全监督，对运行操作、维护作业实施全过程监护管理。通过远程指挥支援，实现了现场安全生产远程指挥协调、应急技术支援的技术目标，为水电企业安全生产提供保障。

2 项目的重点及难点

2.1 无线网络无缝覆盖

水电站建筑结构复杂，厂房间大小不一，设备众多，要实现厂区无线信号无缝覆盖，实现终端设备在厂区范围能正常接收信号且信号强度满足视频传输要求，是无线网络覆盖的难点和重点。

2.2 终端设备自动切换无线信号

水电站厂房搭建以AC+AP+POE交换机为整体架构无线网络和基于5G的无线传输网络，满足视频信号可靠、有效传输。通过设置终端设备接收信号强度阈值，在众多无线AP信号和5G信号中，实现自动切换至发射功率最强的无线信号，视频信号传输获得最优路径，也是项目难点。

2.3 现场终端设备的佩戴方式

现场工作人员对设备进行巡视或开展某项具体工作，一般要持续几个小时或更长时间，长时间的佩戴终端设备，会造成员工疲劳，不正确的佩戴方式会提高不安全事故发生概率，如何设计一个安全、舒适、牢固、便捷的终端设备，是项目长期、有效执行的关键。

2.4 电磁兼容性

无线信号会对水电厂一些电气设备存在一定的电磁干扰，造成监控系统数据错误，如何有效避开对电磁兼容有明确要求的设备，合理布置无线信号发射点，是项目实施重点关注的问题。

2.5 网络安全性

现阶段网络环境越发复杂，网络不安全事件频发，各企业对网络安全要求越来越高，安全通信网络是通信安全的首要问题，新建信息系统通过设置合理的网络架构，采用身份鉴别、访问控制、安全审计、入侵防范、数据鉴别、备份及恢复等手段提升网络安全环境，以保证网络通信的安全。新建信息系统布署在管理信息大区，与生产控制大区之间进行物理隔离，有效实现硬件、软件、网络等多方面全方位防护。

2.6 与现有信息系统深度融合

中国华电提出了建设数字华电的总目标，数字电厂建设是新时代主动适应能源革命和数字革命融合发展的必由之路。新建的信息系统应符合中国华电集团有限公司平台建设及数据规范以及数字化电厂建设相关要求，实现数字电厂模式、参数和实时数据的分系统维护和横向系统共享，与现有信息系统深度融合，是本项目重点关注的地方。

3 项目的实施

3.1 实施内容

基于WLAN/5G平台的水电站现场作业实时远程可视化交互式监督指挥系统作为一种智能可视化系统，具有实时声像交互、影像存储、过程回放等基本功能，平台能迅速汇聚水电企业精英力量，及时提出解决问题方案。WLAN/5G平台的水电站现场作业实时远程可视化交互式监督指挥系统结构图见图1。

图1 实时远程可视化交互式监督指挥系统结构图

基于WLAN/5G平台的流域电站现场作业实时远程智能可视化交互式监督指挥系统主要由系统终端设备、网络传输和服务器及管理平台组成。

3.1.1 系统终端设备

开发符合人体工程学的嵌入式WIFI/5G可穿戴移动语音图像传输终端设备，工作人员携带终端设备开展工作，对过程进行视频记录，视频文件保存在终端设备并能通过WIFI/5G自动上传至后台服务器，终端设备能与远程电脑或者手机客户端进行实时视频通信，同时具备照明、定位等辅助功能。

3.1.2 传输系统

由AC+AP+POE交换机为整体架构实现无线方案的搭建，通过合理设置AP位置，实现区域蜂窝全覆盖。AC作为旁路模式部署在网络架构中，通过AC实现对全厂AP统一管控，AC管控相邻AP间漫游阈值，读取终端设备信号强度，实现终端设备无缝漫游。利用5G网络的超大容量、超高速率、超低时延、超密集组网、可靠性高的特点，在通信机制上做到兼容5G、4G，并支持网络优选，实现数据安全传输。

3.1.3 服务器及管理平台

服务器用于存储音频、视频文件，通过系统管理平台软件可实现远程视频交互及系统平台管理等功能。

3.2 实施方案

3.2.1 搭建软硬件功能平台

构建基于WLAN/5G平台的水电站现场作业实时远程可视化交互式监督指挥系统平台以及支撑服务器。根据电厂实际需求，搭建基于WLAN/5G平台的水电站现场作业实时远程可视化交互式监督指挥系统以及支撑服务器软、硬件平台。系统管理平台按照功能采用模块化的思路设计，如历史任务查询、视频存储、多点视频交互等功能。

3.2.2 建立覆盖全厂的无线信号网络

根据电厂实际情况，科学规划，无线信号配置符合电磁兼容相关要求，合理设置AP位置，实现区域WIFI信号蜂窝覆盖。AC管控各相邻AP间漫游阈值，终端设备根据信号强度自动切换，实现终端设备在相邻AP间无缝漫游。构建覆盖全厂的5G网络，通过布署室外5G宏基站或者室内微基站的方式，做到全厂室内外覆盖，终端设备通过公网基站接入运营商网络，系统后台与公网互联，将终端设备采集到的各类信号，通过公网传输至系统服务器。

3.2.3 嵌入式WIFI/5G可穿戴移动终端设计

设计符合现场作业要求可穿戴音频视频终端设备，终端设备应具备便携性好、安全性高、可靠性强等特点，同时电池电力供应时间符合现场工作需要。在WinCE或Linux等操作系统环境下，设计终端设备应用软件，终端应用软件应符合结构清晰、逻辑性强、操作便捷等要求。终端设备能自动或手动切换传输网络，综合考虑传输要求与使用成本，选择最优传输通道。

3.2.4 电脑及手机客户端

开发基于当今主流移动手机操作系统(Android、IOS)的客户端软件和基于windows操作系统电脑客户端软件，能实现手机端、电脑端、系统管理平台以及可穿戴式移动终端设备视频交互等功能，提升系统使用便捷性。

3.3 实施效果

流域水电站多处交通条件较差地方，在远程可视化交互式管理系统投入运行前，因技术及管理人员分散，需经常派遣车辆来往于各站之间，不仅消耗大量的人力、物力、财力，还增加安全风险。远程可视化交互式管理系统的实施，大幅提升了流域电站人员利用率，降低了人力资源成本。在安全生产管理方面，因流域电站相关专业技术人员无需到达现场，就能远程实时指导现场工作人员开展消缺工作，使缺陷遗留情况大幅减少，电站缺陷消除率大幅提升，技术改造、重大操作、检修管理、应急指挥等监督管理得到有效实施；同时流域电站间派出车辆次数大幅减少，不仅有效降低生产经营成本，也降低不安全事件发生概率，为流域电站安全生产管理提供可靠保障。

4 结 语

针对电力安全生产环节中现场巡检、检修、消缺、重大操作、事故处理以及应急处置遇到的问题，利用WIFI/5G为传输通道的无线网络在水电厂中的优势，克服信息系统建设过程中的难点和重点，整合WIFI/5G网络通信技术和可穿戴嵌入式设备技术。根据实际情况，制订出远程可视化交互式管理系统在电力安全生产中监督指导方案，并予以实施，有效提升了水电企业缺陷消除率，缩短故障处置时间，强化应急处置能力与效率，降低不安全事件发生概率和生产经营成本。