黃禮強

廣東飛和信息科技有限公司，中國·廣東 廣州 511431

近年來，校園用電安全引起火災(zāi)的事故多發(fā)，事故危險程度大，事故處理指揮和救險難度大。依據(jù)《教育部辦公廳關(guān)于開展教育系統(tǒng)電氣火災(zāi)綜合治理自查檢查的通知》[1]，政府主管部門高度重視，為保障學(xué)校師生用電安全，切實加強電氣火災(zāi)防控工作，減少電氣火災(zāi)危害。基于上述背景下，論文提出運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對學(xué)校內(nèi)的各級電箱進行聯(lián)網(wǎng)感知，采用大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)進行用電安全預(yù)警，幫助學(xué)校對校內(nèi)電力設(shè)施的安全狀態(tài)進行全方位實時監(jiān)測，并通過傳感設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集和傳輸，最終直觀地呈現(xiàn)到用戶手機、電腦、大屏等，從而幫助學(xué)校實現(xiàn)用電安全智慧預(yù)警和隱患排查。

智慧用電；電箱在線；用電安全；學(xué)校安全；安全預(yù)警

1 引言

1.1 研究意義

學(xué)校用電安全監(jiān)測云平臺是學(xué)校安全管理工作的有力保障。用電安全隱患是無法通過肉眼進行排查；傳統(tǒng)的管理手段無法做到精細化管理。因此，論文提出運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)實現(xiàn)學(xué)校用電從人防到技防管理非常必要。根據(jù)國家相關(guān)管理規(guī)定[2]，結(jié)合學(xué)校對用電安全工作提出的新要求，對校園用電安全進行信息化管理、智能監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析等，并實現(xiàn)實時預(yù)警、管控尤為重要。最大限度地保障師生生命和財產(chǎn)安全，防止失控漏管，提高學(xué)校整體的安全管理水平起到關(guān)鍵性作用。對加強教育部門的監(jiān)督、管理，提高對安全事件的預(yù)防能力和快速反應(yīng)能力具有十分重要意義。

1.2 研究現(xiàn)狀

校園管理進入信息化技術(shù)高速發(fā)展年代，運用信息技術(shù)手段，實現(xiàn)管理由粗放向精準、分散向集約、人工向智能的轉(zhuǎn)變。目前校園安全方面運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的研究相對較少。因此，論文將從技術(shù)和管理兩個角度，對學(xué)校用電安全實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)管理進行分析。

從技術(shù)角度來看，目前世界物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，傳感器靈敏度大幅提高，5G 和NBIOT 網(wǎng)絡(luò)全面建站覆蓋，通訊成本大幅降低，云計算處理能力越來越強大等，運用NBIOT 實現(xiàn)校內(nèi)所有電箱的聯(lián)網(wǎng)和云平臺SaaS 服務(wù)，為學(xué)校用電安全監(jiān)測云平臺的實現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

從管理角度來看，學(xué)校用電安全管理人員為后勤科室電工或保安。校園用電安全存在如管理混亂、線路老舊、過流過載、事故安全、信息安全等不可控因素，將給學(xué)校帶來極大的隱患。目前學(xué)校大多是從管理和宣教層面強調(diào)問題，極少從安全管理系統(tǒng)角度去研究并獲得解決問題的途徑。隨著學(xué)校管理團隊的層次不斷提升，領(lǐng)導(dǎo)的管理水平不斷提高、觀念不斷轉(zhuǎn)變，對采用高科技的自動化無憂管理需求逐步增強。使得直觀明了、操作簡單的用電安全監(jiān)測云平臺能夠在學(xué)校得到普及和推廣使用。

1.3 研究內(nèi)容和方法

（1）對學(xué)校用電安全管理現(xiàn)狀進行調(diào)研，分析系統(tǒng)應(yīng)具備的功能模塊。

（2）功能模塊采用云平臺原型邏輯設(shè)計方法，按照數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)運維等分類設(shè)計，平臺功能將全面提高學(xué)校用電安全監(jiān)測的信息化水平。

（3）依據(jù)相關(guān)法律法規(guī)[3]，制定完善學(xué)校用電安全管理標準和辦法，全面梳理量化學(xué)校各處電箱用電安全管理目標和任務(wù)，細化各項工作標準和尺度，量化管理范圍和指標，把定性的規(guī)定轉(zhuǎn)化為定量的措施；認真規(guī)范檢查安全管理的時機和方法，實現(xiàn)管理工作從復(fù)雜到簡單、從無形到可視、從模糊到精準的轉(zhuǎn)變，為實施智慧用電奠定基礎(chǔ)。

（4）運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方法，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、傳輸、計算、存儲、分析等處理過程研究，保障數(shù)據(jù)的精準、穩(wěn)定、可用。

（5）運用大數(shù)據(jù)技術(shù)方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)走向、安全系數(shù)趨勢、隱患預(yù)測、事件預(yù)警等方面的研究。

1.4 關(guān)鍵技術(shù)

學(xué)校用電安全監(jiān)測云平臺[4]運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、用電安全監(jiān)測等先進技術(shù)進行應(yīng)用研發(fā)。系統(tǒng)涉及整個學(xué)校所有電箱（如總電箱、樓層電箱、末端電箱、功能電箱等）安全管理，將學(xué)校內(nèi)所有電箱加裝電力傳感器和溫度傳感器等，并通過NB-IOT 網(wǎng)絡(luò)將傳感器的數(shù)據(jù)實時傳送到云端，運用效用計算、負載均衡、并行計算和虛擬化等技術(shù)，實現(xiàn)SaaS 平臺安全運營和所有電箱在線與實時監(jiān)測。論文研究云平臺實現(xiàn)可變頻率數(shù)據(jù)采集、異步差分傳輸、高并發(fā)數(shù)據(jù)歸集海量數(shù)據(jù)，并對海量數(shù)據(jù)進行清洗、建模分析處理，發(fā)現(xiàn)問題和排查隱患，形成長治久效的預(yù)測模型，使學(xué)校具有更強的決策力、洞察力和流程化管理能力，幫忙用戶適應(yīng)高增長和多樣化的用電安全事態(tài)發(fā)展，同時降低用電安全事故發(fā)生機率。

2 總體設(shè)計

2.1 需求分析

2．1．1 業(yè)務(wù)需求

用電安全意識薄弱、線路老化、設(shè)計與實際用電功率不匹配、施工不規(guī)范，亂接亂拉現(xiàn)象嚴重、缺乏技術(shù)手段監(jiān)管，導(dǎo)致管理不到位，容易發(fā)生安全事故。傳統(tǒng)的管理模式隱患難于被發(fā)現(xiàn)。綜上分析可知，導(dǎo)致事故主要原因包括線路老化、過流、過載、線溫過高等無法通過肉眼看見的現(xiàn)象，因此需要運用科技手段進行管控。

2．1．2 用戶需求

按照學(xué)校“可視化、自動化、數(shù)字化”的管理原則，用戶要求數(shù)據(jù)采集自動化程度高、無需人工干預(yù)，系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)精準，提高學(xué)校用電安全管理的高科技含量，提升智慧校園管理水平。

2．1．3 功能需求

學(xué)校用電安全監(jiān)測云平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)應(yīng)用的設(shè)計與實現(xiàn)，目的是設(shè)計實現(xiàn)面向全社會所有學(xué)校的用電安全監(jiān)測云平臺，采集學(xué)校各級電箱的實時數(shù)據(jù)包括電流、電壓、剩余電流[5]、功率因子、導(dǎo)線溫度[6]等數(shù)據(jù)需求，對學(xué)校用電安全管理實行用電全過程監(jiān)管。

2.2 總體結(jié)構(gòu)

論文采用先進的B/S 結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)傳輸和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，構(gòu)建安全、高效的多層架構(gòu)組件式平臺，輕松實現(xiàn)客戶化定制和應(yīng)用流程重組。校園用電安全數(shù)據(jù)接入到上級物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心。全智慧化感知數(shù)據(jù)，無需人工干預(yù)，便可輕松掌握實時數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)清洗和挖掘可以準確地判斷用電安全預(yù)警信號，及時排查安全隱患，有效處置突發(fā)事件。云平臺應(yīng)用層級還分為市級校園安全應(yīng)急指揮中心、區(qū)（縣）級校園安全應(yīng)急指揮中心和校園監(jiān)控中心等三級構(gòu)成。市級平臺匯總?cè)行@用電數(shù)據(jù)，秒級掌握和監(jiān)督校園用電安全情況；區(qū)（縣）組平臺匯聚所轄學(xué)校用電數(shù)據(jù)，及時掌握和監(jiān)督校園用電安全情況；校級平臺承擔數(shù)據(jù)產(chǎn)生、實時監(jiān)測、日常巡查、預(yù)警管理、隱患排查、事故處置等工作，同時向上級平臺（如：區(qū)/縣級和市級）提供數(shù)據(jù)資源。

2.3 邏輯結(jié)構(gòu)

論文從學(xué)校用電設(shè)施感知神經(jīng)到數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、處理、應(yīng)用、決策和交互等方面進行科學(xué)組織，并形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準和信息安全體系；校園用電安全物聯(lián)網(wǎng)平臺的邏輯結(jié)構(gòu)分為感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、決策層和交互層等，如圖1所示。

圖1 邏輯結(jié)構(gòu)圖

2.4 拓樸結(jié)構(gòu)

用電安全管控平臺包括前端傳感器、移動終端、指揮大屏、通訊模組、物聯(lián)網(wǎng)、5G、光纖鏈路以及數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器等組成，通過對校園各級電箱等進行加裝傳感器，運用NB-IoT或5G[7]等進行實時數(shù)據(jù)采集和傳輸至云端，在云端進行數(shù)據(jù)處理、加工和分析得出數(shù)據(jù)應(yīng)用邏輯，并將結(jié)果展現(xiàn)給用戶用于管理和決策。

圖2 拓樸結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)出來的學(xué)校用電安全監(jiān)測云平臺，實現(xiàn)了功能集成和監(jiān)測一體化。按照“高效率、物聯(lián)在線、自動化”的原則，將數(shù)據(jù)采集、用電管理、安全監(jiān)控、隱患排查等模塊集成在一個系統(tǒng)之內(nèi)，不同角色擁有不同權(quán)限。平臺功能包括信息管理、實時監(jiān)測、遠程控制、履職管理、態(tài)勢分析、報表分析等六個模塊。

信息管理主要功能包括學(xué)校電箱、終端用電資產(chǎn)設(shè)備、線路等設(shè)施建檔，以方便查詢和管理。

實時監(jiān)測模塊通過傳感器和物聯(lián)網(wǎng)傳輸實時采集電箱及其所在環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)，通過云計算處理獲得實時運行數(shù)據(jù)。

遠程控制主要是接收采集模塊或輸入模塊的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)解碼、運算處理、數(shù)據(jù)分析、內(nèi)部數(shù)據(jù)控制、指令控制等。

履職管理采用智能手機APP 方式進行定期、定點巡查，實景拍相取證，保證電力設(shè)施正常使用，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋處理。

態(tài)勢分析模塊包括數(shù)據(jù)建模分析判斷情況走勢，且運算結(jié)果達到相關(guān)警界值之后產(chǎn)生預(yù)警記錄，生成事件工單。

報表分析模塊主要是提供用戶查詢各類數(shù)據(jù)、預(yù)警等數(shù)據(jù)圖表。

4 結(jié)論

4.1 設(shè)計系統(tǒng)全面的學(xué)校用電安全管控體系

論文從學(xué)校用電管理的使用安全、操作安全、消防安全、環(huán)境安全等系統(tǒng)全面地論述了學(xué)校用電存在安全隱患，并通過開發(fā)學(xué)校用電安全監(jiān)測云平臺，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動化地采集學(xué)校電箱運行數(shù)據(jù)，還從管理制度入手絕杜人為管理漏洞。建立系統(tǒng)全面的用電安全管理體系。

4.2 構(gòu)建智慧化校園用電安全監(jiān)測云平臺

論文研究將構(gòu)建SaaS[8]運營服務(wù)云平臺，用戶無需安裝部署客戶端，無需專業(yè)人員維護，實現(xiàn)學(xué)校用電安全快速部署，實現(xiàn)市、區(qū)（縣）級主管部門的遠程實時可視化監(jiān)督，實現(xiàn)學(xué)校不限時間、不限空間的用電安全管理，大大提高學(xué)校用電安全管理效率。

4.3 有效降低校園用電安全事故發(fā)生機率，保障校園用電安全

論文研究平臺具有工作高效、安全可靠、優(yōu)化人力等特點，為學(xué)校用電安全管理提供了定量、定性、人機互動、實用高效的承載工具，通過系統(tǒng)感知與大數(shù)據(jù)預(yù)警，提前發(fā)現(xiàn)安全隱患，大幅度減少校園火災(zāi)發(fā)生機率。