基于GIS的多传感器信息融合的电缆隧道监控系统

[摘 要]综述了郑州电力电缆及电缆隧道运维现状以及影响电力电缆及电缆隧道正常运维的主要因素，针对这些影响因素，提出了基于GIS的多传感器信息融合的高压电缆及电缆隧道环境在线监测方案。

[关键词]电缆隧道；监控系统；信息融合；地理信息系统

中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0032-02

前言：电缆隧道为敷设和运行在其中的电力电缆提供了一个良好运行环境，另一方面，隧道环境的优劣也会直接影响电缆的实际载流量和运行寿命。由于电缆隧道无人值守的状态和电巡视的不到位，使得隧道内电力电缆被水淹没、隧道含氧量降低、隧道内设施被盗时不能及时发现并处理，为解决上述问题，现将光纤测温系统、隧道环境监控系统、隧道井盖监测系统、视频监控系统有机结合，组成隧道综合监控系统，有效地提高了电缆隧道的管理水平，确保隧道内电力电缆的安全稳定、保证人身安全、减少经济损失。

1、系统总体构架

1.1 系统要求

（1）能精确采集城区电力隧道的温度、湿度、氧含量、井盖信息，能实现电缆接头精确测温，能对电缆接线间进行可视化管理。

（2）对隧道内发生状况进行准确告警并通过GIS平台实时进行报警显示，能在第一时间内发出警报并执行相应的调控功能，直到报警消除。

（3）能实现信息的查询、录入，按照电力隧道的接线间、井盖、水泵、风机、照明等设备点的名字进行查询，使其定位到GIS窗口的中心并能闪烁，其属性栏显示详细属性、信息资料情况。

1.2 系统组成

1.2.1 基于GIS的电缆信息管理系统的构成

由于隧道内高压电网节点多，其运行管理工作常于地理位置有关，引入基于GIS的电缆信息监控系统，可以更加直观的对电缆隧道及隧道设施进行运维管理。既将温度传感器、湿度度传感器、氧含量传感器、水泵信息、井盖信息等设备的技术数据反映在地理背景图上，借助GIS对大量用户信息的处理功能，实现电缆隧道各种信息的查询、调控及GIS定位，并根据用户具体要求输出多种形式的数据、报表、图表等。基于GIS的多传感器信息融合的高压电缆及电缆隧道环境在线监控系统框架如图1所示。

1.2.2 现场各类传感器的管理和数据传输

现场测控及视频服务器、各类传感器、各类电动设备、照明控制装置及各类摄像头等现场设备均属于现场测控层的范围，现场服务器在隧道内按区段布置，以现场总线方式实现与所属区段现场设备的通信并对其进行控制，完成对有关主要现场设备的数据采集、在线实时监控、脱线程序控制等，现场服务器还通过相应的网络设备以光纤TCP/IP局域网方式实现与数据处理及通信服务器、管理控制终端及其它网络设备等上层设备的系统集成。在现场测控层中，各类传感器将其采集的信息上传至对应的数据处理及通讯服务器，数据处理及通讯服务器实现对各传感器采集信息的实时处理，处理后的信息通过光纤TCP/IP 局域网完成数据上报。管理控制终端在分析、处理各种信息的基础上，经过光纤TCP/IP经数据处理及通讯服务器及RS-485现场数据总线向现场各类控制命令，或向远方监控中心远传信息。

1.3 系统功能实现

1.3.1 以GIS地理信息系统进行管理的高压电缆隧道监控系统

电子地图（GIS地理信息系统）嵌入于系统的监控管理软件中，与氧含量、温湿度等电子探测信号和井盖的上传信号等数据信息以图形、信号或文字属性准确及时的反映于监控管理软件上。这些上传的数据信号或信息以不同的类别通过监控中心服务器串口对应于监控管理软件的各个功能区，如出现异常情况或突况发生时，通过监控管理软件的功能处理，鼠标触及电子地图相应位置即可远程监控和控制各处的照明、风机、水泵等隧道内设备。

1.3.2 光纤测温系统

高压电缆隧道内电磁场环境特殊，尽管电缆本身屏蔽性能很好，但对于传感器等弱电信号处理电路来说干扰还是非常大的。对于高压电缆接头的温度测量，系统采用了接触式SOC数字总线式温度传感器，结合屏蔽电缆工艺，制作了数字总线测温电缆。集成数字温度传感器体积很小，又是数字输出，一条总线就可以将接线间各个接头的传感器串联在屏蔽电缆内。这样既解决了测量，又不受干扰，并且造价相对较低，经济效益明显。

1.3.3 隧道环境监控系统

隧道环境监控系统可以对隧道内氧含量、温度、湿度、水位、风机等信息进行检测，并可对风机、水泵等设备进行远程控制。隧道环境监控系统的5个功能模块相互独立，并可以进行手动或自动联控。系统运行时，各个模块同时运行，互不干扰，一旦某个模块出现问题即发出报警，其它相关模块也会相应启动，例如，根据隧道实时温度检测的结果， 当隧道内某一区域温度检测值超过设定值40℃时， 自动启动相应区段的通风设备， 直至温度下降到规定范围内。

1.3.4 隧道井盖监测系统

此子系统能实现隧道内井盖移动、损坏情况的检测及实时数据传输。每个井盖都安装反射式红外电子感应系统，可确定井盖的碰触情况，并及时传输状态信息。当井盖发生移位时，若当天隧道无工作人员进行作业时，发出警报。防盗报警动作时，报警信号、时间以及报警区域将在主控制站和远程控制单元的GIS操作界面上同时显现，并可以保存在管理计算机内。

1.3.5 视频监控系统

鉴于隧道内平时长时间处于无照明状态，摄像机应采用带红外夜视的摄像机，摄像机的供电采用就近取电的方式。由于电力电缆隧道是长距离的传输，应采用光缆传输的方式解决，设备使用数字视频光端机，隧道内的电缆多位高压电缆，因此隧道内会产生强磁场，这对传输系统提出很高的要求，必须考虑到强磁场对视频传输产生的干扰问题，从光端机到监控中心采用光纤传输，光纤本身就具有很高的抗干扰能力，不必再作处理，主要集中在由摄像机到光端机之间要用视频电缆传输的部分，对此段视频电缆需采用加钢管屏蔽的方式来达到抗干扰的效果。

2、结束语

基于GIS的多传感器信息融合的高压电缆及电缆隧道环境在线监测系统是根据当前高压电缆及电缆隧道的实际情况，以网络化、集成化和数字化的方式将隧道内相互独立的电力电缆本体的实时状态监测、隧道环境和辅助设施工作状态的监视以及特殊事件的应急处理等纳入一个系统范围内，在信息充分共享的基础上实现高度智能和系统联动的一个综合性的监控系统。

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作者简介

王珏（1989-），男，河南林州人，助理工程师，学士学位，主要从事电力系统状态检修方面的工作。