CN111726409A - 一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的属于城市建设技术领域，具体为一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，该系统自下而上由感知层、网络层、平台层和应用层组成，所述应用层包括数据分析单元、业务应用展示单元、统计分析单元和远程控制单元，所述平台层与网络层上的电力光纤网络连接，所述感知层上的物联终端安装在沟道内，本申请文件基于配电物联网系统架构及边缘计算等技术对监测系统进行优化，设计了边缘物联智能终端，依托边缘计算技术解决现场海量数据采集计算面临的实时性和安全性等问题，并在边缘计算框架下通过融合人工智能、机器学习等算法，提升设备异常状态监测和预警的准确率。

Description

一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置

技术领域

本发明涉及城市建设技术领域，具体为一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置。

背景技术

近年来，随着城市规划建设的不断发展，配电线路在城市核心区、新建开发区更多采用了地埋电缆，将架空线路逐渐改造为电缆线路，同时配套建设的电缆沟道也不断增加。然而，配电电缆运行维护人员不足，电缆及其沟道日常运维管理模式粗放，难以保证电缆运行维护质量，因此在沟道内安装综合监控设备是完善运行维护的有效手段。西安、上海、深圳、大连等地区电力公司较早开始探索研究并建设了城市电力电缆及隧道综合监测系统，主要实现了电缆温度监测、沟道内环境监控、护层接地电流监测、视频监控、井盖状态监控等功能。

目前，尚没有针对10kV配电电缆及沟通监测技术要求和管理规范，电力电缆及通道在线监测技术标准主要针对110(66)kV及以上的高压电力电缆及其隧道监测。在运的电力沟道监测系统多采用传统的“云-端”模式，现场电缆及沟道监测基于简单的嵌入式终端，通过现场总线通信采集电缆本体和沟道环境状态传感器信息，数据通过电力通信网络上传主站监测系统。随着数据接入规模和类型不断增加，云端主站数据处理时间长、业务实时性差，大量现场传感器数据不经终端处理上报，运行过程中频繁出现无效告警、重复告警也给监视人员的分析诊断带来极大干扰。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有电缆中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，能够依托边缘计算技术解决现场海量数据采集计算面临的实时性和安全性等问题，并在边缘计算框架下通过融合人工智能、机器学习等算法，提升设备异常状态监测和预警的准确率。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，该边缘代理装置自下而上由感知层、网络层、平台层和应用层组成，所述应用层包括数据分析单元、业务应用展示单元、统计分析单元和远程控制单元，所述平台层包括企业中台和物联管理平台，所述网络层由电力光纤网络、无线网络和网络设备组成，所述感知层由物联终端、沟道内部本地通信网络、传感器和监控终端组成，所述平台层与网络层上的电力光纤网络连接，所述感知层上的物联终端安装在沟道内，所述物联终端包括终端统一接入单元、多应用接入单元、边缘计算单元和区域自治单元，所述沟道内部本地通信网络包括EPON光网络单元、RS485网络单元和CAN有线单元，所述边缘计算单元包括应用域、数据域、网络域和设备域，所述应用域、数据域、网络域和设备域均与云端连接。

作为本发明所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置的一种优选方案，其中：所述网络层中无线协议对上采用MQTT和CoAP，对下采用698.45、1376、modbus、101、104和DL/T645协议。

作为本发明所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置的一种优选方案，其中：所述感知层内传感器主要包括温湿度传感器、气体传感器、水浸传感器和烟雾传感器，所述监控终端包括水泵控制系统、风机控制系统、照明控制系统和门禁监控系统。

作为本发明所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置的一种优选方案，其中：该装置的监测范围包括电缆本体监测、沟道环境监测和视频监控。

作为本发明所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置的一种优选方案，其中：多个所述物联终端与传感器均匀的安装在沟道内。

作为本发明所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置的一种优选方案，其中：所述本地通信网络包括远程通信接口和本地感知通信接口。

作为本发明所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置的一种优选方案，其中：所述物联终端内还安装有电源管理单元、安全加密单元和告警单元。

与现有技术相比：本申请文件基于配电物联网系统架构及边缘计算等技术对监测系统进行优化，设计了边缘物联智能终端，依托边缘计算技术解决现场海量数据采集计算面临的实时性和安全性等问题，并在边缘计算框架下通过融合人工智能、机器学习等算法，提升设备异常状态监测和预警的准确率，同时通过边缘计算可以有效的减少传输带宽的开支，提高了实时的信息分析和智能化处理，以及数据的安全性，实现物与物之间传感、交互和控制，实现控制在边缘、管理决策在云端的计算构架。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置的总体架构示意图；

图2为本发明一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置的边缘物联终端应用结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，请参阅图1-2，该边缘代理装置自下而上由感知层、网络层、平台层和应用层组成，所述应用层包括数据分析单元、业务应用展示单元、统计分析单元和远程控制单元，所述平台层包括企业中台和物联管理平台，所述网络层由电力光纤网络、无线网络和网络设备组成，所述感知层由物联终端、沟道内部本地通信网络、传感器和监控终端组成，所述平台层与网络层上的电力光纤网络连接，所述感知层上的物联终端安装在沟道内，所述物联终端包括终端统一接入单元、多应用接入单元、边缘计算单元和区域自治单元，边缘计算单元包括四个域，分别为应用域、数据域、网络域和设备域，这些域都有与云平台的架构所对应，操作系统对应的是物联网的PaaS平台，网络域对应的是PaaS平台的连接功能，数据域的数据分析对应云平台上也有相关的数据分析，应用域对应的是平台上的SaaS软件。边缘计算的功能与云计算的功能也可以对应上，但边缘计算更多的处理的是要求响应速度快、海量异构连接、边缘侧智能、数据优化、一些有保密要求的应用，所述沟道内部本地通信网络包括EPON光网络单元、RS485网络单元和CAN有线单元，其中，应用层主要为配电电缆及沟道综合在线监测系统原主站业务应用，包括数据分析、业务应用展示、统计分析以及远程控制等核心功能，实现一定区域范围内电力电缆隧道监测信息的汇集、存储、报警和控制等功能的系统。对于数据存储、计算分析等占用系统资源较大的业务通过边缘物联终端进行解耦和释放，交由平台层、边缘层进行；

平台层通过接入电网统一物联管理平台，对下实现各现场边缘物联终端节点数据的统一汇集，对上向中台、业务应用提供标准化数据与服务。通过接入电网企业中台，实现业务聚合和数据融通共享。平台层的引入极大地减轻了原系统主站的数据存储压力并降低硬件扩容成本。主站端可以专心于业务应用的融合和拓展，不必考虑基础资源的限制，通过平台架构，使得运检大数据共享成为现实；

网络层用于实现现场边缘物联终端与物联管理平台间数据的远程传输，为系统提供可靠、安全、高带宽的数据传输通道；

感知层就是现场级的沟道电缆及其环境监测系统，由具有边缘计算功能的物联终端、沟道内部本地通信网络、传感器或监控终端组成。边缘物联终端部署在沟道内，集成原沟道内站控终端全部功能，实现电力电缆本体监测和隧道环境监测信息的采集、存储、报警和控制等部分或全部功能的系统，同时具备网管、存储和计算功能。向下支持各类感知设备的接入，向上与平台或应用对接，实现跨专业数据就地集成共享和云边协同业务处理。

其中，所述网络层中无线协议对上采用MQTT和CoAP，对下采用698.45、1376、modbus、101、104和DL/T645协议。

其中，所述感知层内传感器主要包括温湿度传感器、气体传感器、水浸传感器和烟雾传感器，所述监控终端包括水泵控制系统、风机控制系统、照明控制系统和门禁监控系统，实现对电缆及环境运行状态的深度感知。

其中，该装置的监测范围包括电缆本体监测、沟道环境监测和视频监控，具体的，电缆本体监测为电缆局部放电监测、电缆温度监测、电缆接头导体测温监测、护层接地电流监测及安防环境监测；

沟道环境监测：井盖监测、温湿度、有毒有害气体及水浸、烟感等监测，以及动力装置控制：水泵控制、风机控制、照明控制、门禁监控等；

视频监控系统：对电缆沟道出入口和隧道内重要设备和设施进行实时图像监视。

其中，多个所述物联终端与传感器均匀的安装在沟道内，具体的，边缘物联终端位于感知层，通常与传感器一起，采用分布式的方式部署于沟道环境内。边缘物联终端的硬件设计必须根据应用的需求，以功耗、成本、体积、可靠性、处理能力等指标来进行综合考虑和器件选型。

由于沟道内环境复杂，需要部署多种类型的传感器进行诸如环境、电气等数据的采集。不同功能和厂家的传感器在结构形式和通信接口上可能存在较大差异。因此，边缘物联终端硬件设计时必须能够同时支持多种形式的传感器接口，以降低对传感器接入规范的要求。

边缘物联终端上行通过接入网连接物联平台。现阶段下，各类电力终端的通信接入网技术主要包括电力光纤、无线专网、无线公网等主要形式。在实际应用中，由于并没有统一的规划，不同地区对接入网的建设形式可能存在较大不同。因此，边缘物联终端硬件设计时，必须能够同时支持当前所有通信接入形式，以满足实际应用中与物联平台的协同需求。

其中，所述本地通信网络包括远程通信接口和本地感知通信接口，具体的，远程通信接口实现与远端监测主站的物理连接，支持工业以太网接口、4G/5G无线接口以及光纤接口等多种连接方式，可以灵活的适配当前主流骨干网接入需求。感知接口单元实现与感知单元的各种传感和控制机构的物理连接，支持RS485接口、LoRa无线接口、以太网接口、摄像头接口等多种连接方式，以适应多种形式的传感器接入的需求。

其中，所述物联终端内还安装有电源管理单元、安全加密单元和告警单元，具体的，电源管理单元采用双电源自动切换设计，以满足设备供电的高可靠性要求，安全加密单元采用国网安全芯，满足通信和网络接入控制的安全性要求。

另外，边缘物联终端配置的告警单元实现对异常状态的告警，以达到对现场工作人员的安全提示目的。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，其特征在于：该边缘代理装置自下而上由感知层、网络层、平台层和应用层组成，所述应用层包括数据分析单元、业务应用展示单元、统计分析单元和远程控制单元，所述平台层包括企业中台和物联管理平台，所述网络层由电力光纤网络、无线网络和网络设备组成，所述感知层由物联终端、沟道内部本地通信网络、传感器和监控终端组成，所述平台层与网络层上的电力光纤网络连接，所述感知层上的物联终端安装在沟道内，所述物联终端包括终端统一接入单元、多应用接入单元、边缘计算单元和区域自治单元，所述沟道内部本地通信网络包括EPON光网络单元、RS485网络单元和CAN有线单元，所述边缘计算单元包括应用域、数据域、网络域和设备域，所述应用域、数据域、网络域和设备域均与云端连接。

2.根据权利要求1所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，其特征在于：所述网络层中无线协议对上采用MQTT和CoAP，对下采用698.45、1376、modbus、101、104和DL/T645协议。

3.根据权利要求1所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，其特征在于：所述感知层内传感器主要包括温湿度传感器、气体传感器、水浸传感器和烟雾传感器，所述监控终端包括水泵控制系统、风机控制系统、照明控制系统和门禁监控系统。

4.根据权利要求1所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，其特征在于：该装置的监测范围包括电缆本体监测、沟道环境监测和视频监控。

5.根据权利要求1所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，其特征在于：多个所述物联终端与传感器均匀的安装在沟道内，所述物联终端连接有网关。

6.根据权利要求1所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，其特征在于：所述本地通信网络包括远程通信接口和本地感知通信接口。

7.根据权利要求1所述的一种电缆沟道综合监测物联网边缘代理装置，其特征在于：所述物联终端内还安装有电源管理单元、安全加密单元和告警单元。

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