CN112232589A - 一种电缆管廊水环境数据的处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电缆管廊水环境数据的处理方法及系统，属于电力运维技术领域；所述方法包括实时获取电缆管廊内外部的水环境数据、对获取的水环境数据进行预处理、将经预处理的水环境数据存储在数据库中、根据经预处理的水环境数据判断当前状态信息、将经预处理的水环境数据输入至预测模型，得到预测状态信息、根据当前状态信息和预测状态信息采取对应的应对措施；所述系统包括获取模块、存储模块、处理模块、传输模块和训练模块。本发明即可以对电缆管廊水环境特别是积水情况进行实时监控，又可以对未来的积水情况进行预测，便于工作人员提前采取准备措施，避免积水对电缆造成损伤，通过本发明，可以保障电缆安全稳定运行。

Description

一种电缆管廊水环境数据的处理方法及系统

技术领域

本发明属于电力运维技术领域，具体涉及一种电缆管廊水环境数据的处理方法及系统。

背景技术

我国城市化进程加快，缆化率大大提升，确保其安全可靠运行日益成为国家电网公司配网管理中的工作重点，输电、配电电缆运维单位每年都要投入大量人力物力来对输、配电电缆及其管沟进行运行维护工作。但是由于电缆沟道地势低洼，常常发生积水，尤其到了雨季，积水甚至可将管道全部淹没。

当电缆在水环境中运行时，这些电缆不可避免地会受到水环境的影响，当电缆中间接头由于受到制造工艺、现场制作水平、敷设条件等因素的影响，其绝缘性能相对于电缆其他部位较弱，容易受到水分或潮气的入侵，从而在运行电压的作用下产生水树枝现象，影响电缆绝缘性能。并且水对电缆的铠装层及铜屏蔽层的腐蚀也是相当严重，因此积水特别是污水对电缆运行影响比较重要。

为解决这些问题，目前常用方法一方面是改进电缆管廊的防水性能和排水性能，另一方面是对电缆管廊内情况进行监控，当出现积水情况时，能够及时进行排水处理。

如公布号为CN111720170A的发明专利提出一种电缆隧道环境及电缆运维信息监控系统及监控方法，所述监控系统包括气体监测单元和水位监测单元，所述气体监测单元和水位监测单元与控制器通过光纤或导线连接，控制器的输出端口分别与排气扇和排水系统的起停控制端连接，所述排水系统为排水泵，排水泵安装在水位越限处。所述监控方法包括：控制器采集本地气体监测单元和水位监测单元的检测信息；控制器根据检测信息与对应的阀值进行比较；当有毒气体超出阀值，则控制器启动相应的排气扇工作，进行排气；当水位超出阀值，则控制器控制相应的排水系统工作，进行排水。该发明在隧道内安装水位传感器，在水位越限处设置水泵，当水位越限时及时排除积水，并将水位信息上传至监控中心并发出告警。

如公布号为CN110879090A的发明专利提出一种变电站水位监测方法及装置，所述变电站水位监测方法包括获取变电站电缆沟内的水位状态参数；检测所述水位状态参数与预设水位参数是否匹配；当所述水位状态参数与预设水位参数匹配时，向监测系统发送报警信号。该发明通过对变电站电缆沟内的水位状态的检测，并将水位状态参数与预设水位参数进行匹配，水位状态参数与预设水位参数匹配表明了变电站电缆沟内的积水水位异常，即表明此时的积水水位具有进入变电站内部的趋势，需要向监测系统发送报警以便于运维人员及时发现并赶到现场进行危险排除，从而提高了变电站运行的可靠性。

上述专利均侧重于对电缆管廊或电缆沟内水环境的实时监控，当内部积水达到境界水位时，即采取人工或自动的方式进行排水。但是上述专利无法对电缆管廊内部积水情况进行预测，无法提前采取准备措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种电缆管廊水环境数据的处理方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电缆管廊水环境数据的处理方法，所述方法包括：

S1、实时获取电缆管廊内外部的水环境数据，所述水环境数据包括水位数据和降水量数据；

S2、对步骤S1中获取的水环境数据进行预处理；

S3、将步骤S2中经预处理的水环境数据存储在数据库中；

S4、根据步骤S2中经预处理的水环境数据判断电缆管廊内部水环境的当前状态信息；

S5、将步骤S2中经预处理的水环境数据输入至预测模型，得到对电缆管廊内部水环境的预测状态信息；

S6、根据步骤S4中得到的当前状态信息和步骤S5中得到的预测状态信息采取对应的应对措施。

进一步的，步骤S1中所获取的水环境数据还包括温湿度数据、水浸数据及PH数据中的任意一种或其组合。

进一步的，步骤S2中经预处理后的水环境数据中任意类型的数据均至少包括时间戳、传感器ID。

进一步的，步骤S3中所述数据库为时序数据库。

进一步的，步骤S5中所述预测模型所输入的数据还包括气象部门提供的降水量预测数据。

进一步的，步骤S5中所述预测模型由历史水环境数据训练得到。

一种电缆管廊水环境数据的处理系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取电缆管廊内外部的水环境数据；

存储模块，用于存储所述水环境数据；

处理模块，用于对所述水环境数据进行处理；

传输模块，用于将所述获取模块获取的所述水环境数据传输到所述处理模块；

训练模块，用于训练预测模型。

进一步的，所述存储模块采用时序数据库进行存储。

电缆管廊（电缆沟、电缆管）等多数电缆通道都设置在马路下，地势较低，并且多与上、下水管道距离较近，雨天雨水会顺着地势流入电缆管廊内。如果电缆管廊未进行有效的防渗处理，势必会造成上、下水和地下水通过管壁渗进电缆管廊内部。还有部分电缆管廊的井盖遭外力破坏井圈下陷，使路面积从井口流入电缆管廊内部。当电缆被积水淹没后，容易发生电缆头破裂现象，而更换电缆头或做中间接头，不仅停电时间长，影响正常供电，还会使电缆线路增加新的故障点。另一方面电缆长期浸泡在水中，不断腐蚀，不仅破坏了绝缘性，还会导致电缆进水而引起电缆爆裂。如果电缆接头进水，会造成电缆烧伤或击穿，这些后果都将不堪设想。

在这种情况下，就需要利用自动化监测系统对电缆管廊中水位进行监测报警以便及时排水，如《电力设备》2015年6期“电缆沟水位和温湿度状态监测及分布式智能控制排水技术创新性研究”文章中就介绍一种水位监测系统，系统主要由智能温湿度传感器及变送器、水位传感器、抽水泵、自动排水控制器及相应管件阀门组成，智能温湿度采集器实时采集低功耗数字温湿度传感器的温湿度值，远程控制器采集液位及泵的运行状态和启停泵的控制，当液位超过设定值时，自动启动抽水泵，当液位低于设定值时，自动停泵。

但是，这种自动化监测系统只能对电缆管廊内水位进行实时监测，无法对水位情况进行预测，如果能够对电缆管廊内积水情况进行预测，就能及时提醒工作人员提前做好防水或排水的准备工作。但目前技术对积水情况的预测，或者是如公布号CN111222698A的发明专利，是针对地面积水的预测，不适用于电缆管廊内积水的预测；或者是如公布号CN111104880A的发明专利，只对电缆管廊的整体异常状态进行预测，对电缆管廊内水环境特别是积水状态的预测功能并不完善。

本发明人在电缆管廊水环境相关项目的研究过程中，根据电缆管廊的现状及运维需求，根据现有技术的缺陷，提出了一种电缆管廊水环境数据的处理方法及系统，即可以对电缆管廊水环境特别是积水情况进行实时监控，又可以对未来的积水情况进行预测。

本发明的有益效果如下：

本发明能够实时监控电缆管廊内外部的水环境数据特别是积水情况，当出现积水情况、异常情况或紧急情况时，能够及时向工作人员发出告警信息，便于进行及时处理，避免积水淹没电缆，避免电缆因积水损伤。

本发明采用深度学习的方式，对电缆管廊的不同区段均训练一个预测模型，将获取的水环境数据输入到该预测模型，能够预测出电缆管廊该区段内未来时段的积水情况，便于提前采取准备措施，避免积水对电缆造成损伤。

本发明采用时序数据库存储收集到的水环境数据，时序数据库专门针对时间维度进行设计和优化，针对时序数据具有更高的处理效率，本发明在存储和处理水环境数据时，具有更高的效率。

本发明能够与电缆管廊内排水系统对接联动，可实现排水系统的自动开启关闭，能够排出电缆管廊内的积水。

本发明既保障了电缆线路的安全稳定运行，又能减轻了巡检、维护人员的工作量和劳动强度。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1：本发明处理方法的流程示意图。

图2：本发明处理系统的流程框图。

其中，1-获取模块，11-传感器模块，12-网络数据获取模块，2-传输模块，3-处理模块，31-预处理模块，32-状态处理模块，4-存储模块，5-训练模块。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例1：

本实施例1的目的是提供一种电缆管廊水环境数据的处理方法，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

如图1所示，电缆管廊水环境数据的处理方法包括：

1、步骤S1，实时获取电缆管廊内外部的水环境数据。

所述水环境数据包括水位数据和降水量数据。所述水位数据可由设置在电缆管廊内部的水位传感器获取，用于判断电缆管廊内部积水情况；所述降水量数据为电缆管廊所在地逐小时的降水量，可由设置在地面的降雨量传感器获取，或直接从气象部门获取，或从气象网站上获取，如国家气象科学数据中心网站（中国气象数据网）即可获取逐小时的降水量数据。

所述水环境数据还包括温湿度数据、水浸数据及PH数据中的任意一种或其组合。所述温湿度数据可由设置在电缆管廊内部的温湿度传感器获取，用于判断出电缆管廊内部的基础环境；所述水浸数据可由设置在电缆表面的水浸传感器获取，用于判断对应电缆是否被积水淹没；所述PH数据可由设置在电缆管廊内部的PH传感器获取，用于判断电缆管廊内部积水的酸碱度；因酸碱溶液具有极强的腐蚀性，如果积水具有酸性或碱性，会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀。

2、步骤S2，对步骤S1中获取的水环境数据进行预处理。

预处理过程可包括：丢弃异常数据或无效数据；使用代表数据采集时刻的时间戳标记获取的相关数据，标记了时间戳后，后续进程可以按时间顺序读取相关数据；将相关数据与传感器ID进行绑定，后续进程根据传感器ID即可定位至对应传感器，根据传感器的位置即可确定相关数据的获取位置。

在预处理过程中，如果某数据出现异常或缺失，并且该异常数据会对接下来处理步骤造成影响，可根据前期数据的线性变化规律，计算出该异常数据的预估值，随后利用该预估值进行下一步的存储或计算，随后的存储结果和计算结果必须进行特殊标识，以免和正常结果混淆，避免无法区分。当发现某传感器的数据异常或无法获取，需要及时发出报警信息，提醒运维人员及时对该传感器进行排查，进行维修或更换。

3、步骤S3，将步骤S2中经预处理的水环境数据存储在数据库中。

步骤S2中经预处理的水环境数据均为时序数据，因此可采用InfluxDB、Prometheus或OpenTSDB等时序数据库进行存储。

时序数据库主要用于处理带时间标签（按照时间的顺序变化，即时间序列化）的数据，相对于传统的关系型数据库，时序数据库专门针对时间维度进行设计和优化，针对时序数据具有更高的处理效率。

4、步骤S4，根据步骤S2中经预处理的水环境数据判断电缆管廊内部水环境的当前状态信息。

从电缆管廊内部获取的水环境数据能够直接且准确体现出电缆管廊内的积水状况，即所述水环境数据可表明电缆管廊内的积水的实时状态，从中可获得电缆管廊内部水环境的当前状态信息。

5、步骤S5，将步骤S2中经预处理的水环境数据输入预测模型，得到对电缆管廊内部水环境的预测状态信息。

电缆管廊内的积水多来自于降雨，积水量或积水深度与降水量直接相关。但因各个电缆管廊所用材料、或所在位置、或所在位置土壤渗水率等不同因素的影响，无法根据降水量直接计算出电缆管廊内部的积水量。在这种情况下，可以对历史水环境数据进行编程或计算处理，得到电缆管廊不同区段降水量与积水深度的关联模型，该关联模型即可作为对电缆管廊对应区段内积水情况预测的预测模型。

在具体实施过程中，由于电缆管廊积水情况的预测过程中的主要影响因素是现有积水深度和降水量，因此，可采用深度学习的方式，将电缆管廊对应区段的历史水位数据和降水量数据输入神经网络进行训练，并以历史水位数据作为训练目标，可以得到水位数据的预测模型，该预测模型建立了历史水位数据和历史降水量数据之间的映射关系。

在训练预测模型时，可根据实际情况将电缆管廊划分为不同的区段，针对每一个区段均训练一个预测模型。

本实施例步骤S5将预处理后水环境数据中的水位数据输入到所述预测模型，同时输入降水量的预测数据，就可以预测出对应电缆管廊未来时段的水位数据，得到对电缆管廊内部水环境的预测状态信息。

所述降水量的预测数据可从气象部门获取，也可从气象网站上获取。

本实施例中，历史数据是根据时间的推移不断增加的，如果模型只是给定短时间内的少量训练，不足以覆盖所有情况，此时就需要动态学习，在不断的新数据增加的时候，进行不断的训练，从而更新训练模型，使预测模型更加完善。

6、步骤S6，根据步骤S4中得到的当前状态信息和步骤S5中得到的预测状态信息采取对应的应对措施。

步骤S4中得到的当前状态信息中包含有现有的水位数据，如果现有水位深度超过预设的报警水位，可及时开启排水系统进行排水；当前状态信息中包含有现有的温湿度数据，如果出现高温高湿情况，可及时开启排风系统，避免高温高湿环境对电缆造成损伤；当前状态信息中包含有PH数据，如果积水具有酸性或碱性，应尽快排空积水，避免酸碱积水或酸碱蒸汽对电缆造成损伤。

步骤S5中得到的预测状态信息中包含未来时段的预测水位数据，如果预测的水位深度超过预设的报警水位，可提前安排准备措施，比如可提前安排运维人员对电缆管廊进行巡检，提前采取防水措施，提前打开排水系统，避免降雨后积水无法及时排除而对电缆造成损伤。如果预测的水位深度严重超过预设的报警水位，可提前增设排水设备，提高排水能力。

实施例2：

本实施例2的目的是提供一种电缆管廊水环境数据的处理系统，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

如图2所示，电缆管廊水环境数据的处理系统包括获取模块1、存储模块4、处理模块3、传输模块2和训练模块5。

所述获取模块1用于获取电缆管廊内外部的水环境数据，包括传感器模块11和网络数据获取模块12。所述传感器模块11用于实时获取各种水环境数据，可设置用于获取水位数据的水位传感器、用于获取温湿度数据的温湿度传感器、用于获取水浸数据的水浸传感器、用于获取PH数据的PH传感器；所述网络数据获取模块12用于从网络中获取实时的降水量数据和未来的降水量预测数据。所述的实时降水量数据也可通过在所述传感器模块11中设置降雨量传感器获取。

所述传输模块2主要用于将传感器模块11获取的各种数据传输到处理模块3，可选择传统的信号电缆、网线或光线等有线传输方式，也可选择wifi、4G/5G等无线传输方式，也可选择泛在电力物联网或能源互联网等适合于电力行业的传输方式。

所述处理模块3包括预处理模块31和状态处理模块32，预处理模块31用于接收通过传输模块2输送的水环境数据，并对所述水环境数据进行预处理。预处理过程可包括：丢弃异常数据或无效数据、使用代表数据采集时刻的时间戳标记获取的相关数据、将相关数据与传感器ID进行绑定等；预处理过程还包括对网络数据获取模块12获取数据的预处理。

经预处理后的水环境数据一方面发送到存储模块4进行存储，另一方面发送到状态处理模块32进行最终处理。所述存储模块4采用InfluxDB、Prometheus或OpenTSDB等时序数据库。所述状态处理模块32一方面用于从当前水环境数据中判断出电缆管廊内部积水状况，另一方面利用预测模型，对电缆管廊内部未来的积水状况进行预测。状态处理模块32根据电缆管廊内当前的状态信息和对未来情况的预测，采取不同的应对措施。

所述训练模块5用于输入历史水环境数据，对所述预测模型进行训练，并更新预测模型，使预测模型更加完善。

本实施例在具体实施时，可将状态处理模块32与排水系统对接联动，可实现排水系统的自动开启关闭。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种电缆管廊水环境数据的处理方法，其特征在于：所述方法包括：

S1、实时获取电缆管廊内外部的水环境数据，所述水环境数据包括水位数据和降水量数据；

S2、对步骤S1中获取的水环境数据进行预处理；

S3、将步骤S2中经预处理的水环境数据存储在数据库中；

S4、根据步骤S2中经预处理的水环境数据判断电缆管廊内部水环境的当前状态信息；

S5、将步骤S2中经预处理的水环境数据输入至预测模型，得到对电缆管廊内部水环境的预测状态信息；

S6、根据步骤S4中得到的当前状态信息和步骤S5中得到的预测状态信息采取对应的应对措施。

2.根据权利要求1所述的一种电缆管廊水环境数据的处理方法，其特征在于：步骤S1中所获取的水环境数据还包括温湿度数据、水浸数据及PH数据中的任意一种或其组合。

3.根据权利要求2所述的一种电缆管廊水环境数据的处理方法，其特征在于：步骤S2中经预处理后的水环境数据中任意类型的数据均至少包括时间戳、传感器ID。

4.根据权利要求1所述的一种电缆管廊水环境数据的处理方法，其特征在于：步骤S3中所述数据库为时序数据库。

5.根据权利要求1所述的一种电缆管廊水环境数据的处理方法，其特征在于：步骤S5中所述预测模型所输入的数据还包括气象部门提供的降水量预测数据。

6.根据权利要求1所述的一种电缆管廊水环境数据的处理方法，其特征在于：步骤S5中所述预测模型由历史水环境数据训练得到。

7.一种电缆管廊水环境数据的处理系统，其特征在于：所述系统包括：

获取模块，用于获取电缆管廊内外部的水环境数据；

存储模块，用于存储所述水环境数据；

处理模块，用于对所述水环境数据进行处理；

传输模块，用于将所述获取模块获取的所述水环境数据传输到所述处理模块；

训练模块，用于训练预测模型。

8.根据权利要求7所述的一种电缆管廊水环境数据的处理系统，其特征在于：所述存储模块采用时序数据库进行存储。

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