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电网基建规模的持续扩大，对其精益化管理提出了更高标准，驱动电网基建智慧物联体系建设不断深入。国网信通产业集团北京国电通网络技术有限公司的王晓波、韩东兴、王东强，在年第10期《电气技术》上撰文，以边缘计算框架定位及其在工地现场的灵活应用为切入点，在归纳电网基建工程现场物联体系建设与管理需求的基础上，以国网公司智慧物联体系与边缘计算框架相关标准为指导依据，提出基于边缘计算框架的电网基建云边协同体系与层次架构方案，并从设计实践、应用实践和功能实践角度对电网基建智慧物联体系当前的建设情况进行分析和总结。

随着电网基建规模持续扩大，对工程管理能力提出了更高要求。电网基建工程以输变电工程为主体，具有点多、面广、线长、地偏等一系列特点，使工程现场管理面临更多挑战，也对工程精益化管理提出更高标准。同时，云计算、物联网、边缘计算、移动通信和人工智能等新一代信息通信技术的快速发展，为工程现场管理提供了更多创新手段，从而支撑工程现场管理能力提升。

通过在电网基建工程现场布置各类传感器，以及搭载边缘计算框架的各类边缘物联代理，实现对现场人、机、料、法、环、测等要素的自动感知与信息采集，实现现场数据就地分析与闭环处理，并形成与云侧平台的云边协同和业务互动，构建电网基建智慧物联体系，将有效提升电网基建现场管理能力，服务工程一线。

1电网基建工程现场物联建设与管理需求

以电网基建工程现场管理要素为切入点，可将其物联建设需求按以下方面进行归纳。

1）人员监测与管理

管理要素主要是工程现场的各类人员及其关联的安全工器具，通过对现场人员身份、实时位置、图像和视频信息等的监测，实现对人员身份、到岗到位情况和安全作业状态的在线管理。

2）环境监测与预警

管理要素主要是工程现场各类内外部环境，既包括工程现场的广域气象环境监测，也包括有限空间作业中对各类有害气体的实时监测、电气主设备安装环境下对环境洁净度的实时监测，以及对高边坡地形、建筑本体和主设备基础等的地质状态监测。

）施工装备监测与预警

管理要素主要是用于输变电工程机械化施工的各类施工装备，包括用于架空线路工程组塔阶段的抱杆拉线与承托绳拉力监测、张力放线阶段的牵引机与张力机监测，以及用于变电工程土建阶段的桩基和压实作业监测、电气施工阶段的真空净油机与抽气机监测等。

4）高危环节监测与管理

管理要素主要是与工程安全密切相关的高危环节和特种设备，包括深基坑在线监测、高大支模在线监测、塔吊运行状态实时监测、升降机运行状态实时监测、配电箱与用电安全情况监测，以及通过对风险作业视频与图像进行安全违章智能识别，实现对工程安全的在线监督与管理。

5）质量检验检测与管理

管理要素主要是与输变电工程质量相关的实测实量数据和电气试验数据，包括钢筋与导线材料直径、建构筑物与基础结构尺寸、防雷接地与设备接地电阻、地脚螺栓紧固扭矩、线路弧垂尺寸等质量实测实量数据，以及对电气一次设备交接试验相关数据的监测，实现对工程质量的在线管理。

2电力智慧物联体系与边缘计算框架

国家电网有限公司于年开始智慧物联体系相关的设计与部署工作，并于年相继发布了相关企业标准，形成了国网公司智慧物联体系。

2.1智慧物联体系

智慧物联体系包括云端平台、搭载边缘计算框架与边缘侧应用程序（application,APP）的边缘物联代理、感知层终端，以及贯穿其中的物模型等多个部分，整体构成“云-管-边-端”四级体系层次。智慧物联体系层次如图1所示。

图1智慧物联体系层次

云是指部署在云端的物联管理平台及各专业上层应用，管是指联通边端侧与云侧的各类远程通信网络，边是指部署在区域现场具备边缘计算和云边互动能力的软硬件系统，端是指部署在采集对象内部或附近的各类终端与传感器。

2.2边缘计算框架

在以边缘为核心的“云-管-边-端”四层体系架构中，边缘计算框架发挥着关键作用，其在智慧物联体系中的功能定位如图2所示。结合功能定位和电网基建业务需要，可将边缘计算框架的作用归纳为如下三点。

1）电网基建业务边缘计算的平台基础

边缘计算框架将网络通信、分析计算、数据存储、资源与应用管理等边缘能力融为一体，是电网基建业务边缘计算的平台基础，基于容器技术，可在不同基建现场各类硬件搭载，提供边缘平台服务。

2）赋能电网基建边缘侧APP

可面向各类电网基建边缘侧APP，通过开放其通信、数据、模型等基础服务能力，使各类电网基建边缘侧APP（含采集APP和业务APP）聚焦于电网基建业务自身，满足快速开发和灵活部署需要。

图2边缘计算框架功能定位

）电网基建云边协同的枢纽

边缘计算框架利用标准通信协议，对上面向云端实现电网基建业务协同和设备、容器、应用的交互协同，对下面向电网基建现场各类端设备提供数据上报、命令下发等通信枢纽服务。

2.标准物联模型

面对类型丰富、功能各异的端设备，为解决其数据格式不统一、传输协议多样化造成的数据处理与边缘计算问题，在智慧物联体系中引入标准物联模型。物联模型通过属性、事件、服务三个维度实现对端设备数据信息统一化描述，支撑各类感知数据信息在云、边间的标准化交互。

基于边缘计算框架的智慧基建云边协同架构

.1总体架构

电网基建智慧物联体系在总体架构上可划分为面向工程现场的工地感知层和边缘自治层，以及面向总部和省公司的远程监管层。电网基建智慧物联总体架构如图所示。

.2工地感知层

工地感知层主要部署各类工地感知设备用于数据采集，利用有线、无线保真（wirelessfidelity,WiFi）、远距离无线电（longrangeradio,LoRa）、射频识别（radiofrequencyidentification,RFID）、蓝牙等组成工地物联网实现本地通信，电网基建工程感知设备及其采集数据如下。

人员监测与管理类设备：利用智能安全帽感知现场音视频和人员位置等信息，利用智能手环监测人员体温、心率、血氧等健康指标，利用穿戴式近电感知设备感知近电距离。

环境监测与预警类设备：利用室外环境监测设备感知施工现场的温湿度、风速风向、扬尘噪声等参数，利用主设备安装环境监测设备感知安装环境中的微粒子、温湿度、微正压等参数，利用有限空间环境监测设备感知含氧量、有害气体含量等参数。

施工装备监测与预警类设备：利用拉力和倾角传感器感知抱杆组塔中的拉线拉力与抱杆倾角，利用牵引机与张力机智能监测设备感知张力架线中的牵引力、张力、放线速度等关键参数，利用桩基作业智能监测终端感知桩深、桩垂直度等参数。

高危环节监测与管理类设备：利用深基坑在线监测装置感知土体沉降、应力等参数，塔吊运行状态实时监测装置感知力矩、载重等参数，利用施工用电监测装置感知主配、分配、末配电流和剩余电流等参数，利用布控球等视频与智能分析设备，感知风险作业现场视频图像与违章作业信息。

质量检验检测与管理类设备：利用蓝牙游标卡尺和数显卷尺感知钢筋、导线、基础结构尺寸参数，利用蓝牙接地电阻测试仪感知防雷接地、杆塔接地、设备接地电阻参数，利用蓝牙扭矩扳手感知螺栓紧固扭矩参数，利用交接试验智能采集终端感知一次设备交接试验数据。

.边缘自治层

边缘自治层主要部署搭载边缘计算框架的各类型边缘物联代理，以边端分离、边端融合和边缘节点三种功能形态，面向工地现场不同管理需求，实现边缘就地分析、智慧工地管理和云边协同交互。

专用硬件型边缘物联代理：配置硬件平台化的边端分离型专用硬件，通过采集APP实现人员监测与管理类设备、环境监测与预警类设备、施工装备监测与预警类设备、高危环节监测与管理类设备的在线接入与数据采集。同时，按需构建业务APP进行业务处理，向具备现场管理能力的业务应用提供业务数据，协同其开展现场管理业务。

移动终端型边缘物联代理：在工地现场的移动APP中搭载边缘计算框架，使其成为边端融合型边缘物联代理，利用移动APP的硬件资源和蓝牙通信能力，通过采集APP实现质量检验检测与管理类设备的在线接入与数据采集。同时，通过与专用边缘代理设备的边缘协同，根据现场管理需要，实现现场移动APP的各项现场管理功能。

图电网基建智慧物联总体架构

服务器型边缘物联代理：在工地现场配置通用型服务器，并在其中搭载边缘计算框架，使其成为边缘节点型边缘物联代理，一方面，通过与专用硬件型边缘代理和移动终端型边缘物联代理的边缘协同，实现各类物模型化感知数据的集中汇聚和处理，另一方面，结合工地现场管理需要，提供智慧工地各项高级管理应用与功能。

此外，随着图像处理、机器视觉等技术的不断发展，在边缘物联代理中配置低功耗高算力专用硬件并搭载电网基建专用算法模型，利用深度学习的目标检测、人体姿态识别等智能分析技术，实现对电网基建工程现场多区域、全天候违章行为的自动检测与分析，提升边缘分析智能化水平。

.4远程监管层

远程监管层主要部署实时告警类、综合查询类、高级分析类、接口服务类等平台应用功能。

实时告警类功能：实现对人员管理、工地环境、施工装备、高危环节、质量检验检测管理的实时综合告警，并对重要告警进行即时推送与提醒。

综合查询类功能：实现对人员监测、环境监测、施工装备监测、高危环节监测和质量检验检测相关感知数据的综合查询和综合展示。

高级分析类功能：结合输变电工程对进度、安全、质量、技术、造价、综合等专业管理的需要，进行进度跟踪、安全作业、质量控制、指标分析等高级分析、预警与管理。

接口服务类功能：实现云侧平台与基建边缘物联代理在设备管理、容器管理、应用管理和业务交互上的接口与数据交互。

4电网基建智慧物联体系建设与实践

4.1边缘计算框架与基建边缘物联代理设计实践

在电网基建智慧物联体系建设中，边缘物联代理处于关键环节，而边缘计算框架作为边缘物联代理的基础平台，既是联通上下的交互枢纽和承载边缘自治的调控核心，更是满足基建业务高效迭代的关键所在。为实现这些目标，需要依托边缘计算框架，在边缘物联代理中实现三解耦，即软件运行与硬件选型解耦、业务建设与平台框架解耦、数据采集与业务应用解耦。边缘物联代理解耦示意图如图4所示。

图4边缘物联代理解耦示意图

软件运行与硬件选型解耦：由于电网基建工程类型规模不同、管理要素有别、感知需求各异，决定了其对于边缘物联代理的硬件资源需求存在明显差异，因此边缘计算框架必须依托容器化技术，实现与各工程现场边端分离型和边缘融合型专用硬件、边缘节点型通用服务器的解耦，更好满足各类工程现场的配置和实施需要。

业务建设与平台框架解耦：基于边缘计算框架提供的数据共享库、消息服务中心、资源与应用管理、标准对外交互接口等基础服务能力，电网基建工程业务与应用只需

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