智能電纜防盜技術(shù)在貴州三獨(dú)高速的應(yīng)用研究

曾慶展 張力 瞿竹

摘要：為解決高速公路電力電纜容易被盜的問題，在對原有電纜防盜監(jiān)控技術(shù)誤報(bào)率高、無電狀態(tài)下無法工作等問題總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的載波通信技術(shù)。在有電狀態(tài)下，提出基于LonWorks電力載波的總線通信技術(shù)，在無電狀態(tài)下，利用電纜零線公用的特性來監(jiān)控線上的數(shù)據(jù)流。同時(shí)，結(jié)合公路機(jī)電中常見的幾種接線方式給出了設(shè)備的接線方案和系統(tǒng)架構(gòu)。最后，對本技術(shù)方案在三獨(dú)高速羅平隧道進(jìn)行了應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞：電纜防盜;實(shí)時(shí)監(jiān)控;載波通信;零線共用

高速公路電力電纜是高速公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)脈，為各類機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供持續(xù)的電力供應(yīng)，是機(jī)電系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)設(shè)施。但是，由于高速公路呈線狀結(jié)構(gòu)分布的特點(diǎn)，布局于高速公路沿線的值守點(diǎn)不足以覆蓋整個(gè)公路沿線，此外在電纜經(jīng)過橋架的部分和隧道出入口部分，由于電纜裸露明顯，電纜被盜的情況更加嚴(yán)重，這對高速公路的安全運(yùn)營帶來很大隱患。

1.以三獨(dú)高速來作為案例

當(dāng)前已存在的有關(guān)電纜防盜的技術(shù)主要包括脈沖回波的測試方法、RC阻容探測的方法、常規(guī)載波的通信方法以及433Mhz無線通信的方法等多種，依照運(yùn)用起來所反饋的情況，目前的方法存在誤報(bào)率較高、在無電的狀態(tài)下工作較為困難等多種問題。

該篇文章所進(jìn)行的研究依托貴州省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目“高速公路電力電纜防盜技術(shù)與安全管理機(jī)制研究”，通過對貴州三都到獨(dú)山高速公路（以下簡稱三獨(dú)高速）的電纜布設(shè)特點(diǎn)、被盜情況進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合改進(jìn)的電力載波技術(shù)，并針對電纜有電、無電，不同電纜接線方式分別研究，使電纜防盜技術(shù)的誤報(bào)率大大降低。

2.防盜監(jiān)控裝置的構(gòu)成

本路線所采用的新型電力電纜的防盜監(jiān)控裝置由防盜末端以及防盜主機(jī)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)在全天24小時(shí)有電無電的狀態(tài)之下的兩種監(jiān)控方式，而且監(jiān)控的模式是自動(dòng)轉(zhuǎn)換的。防盜監(jiān)控裝置的防盜主機(jī)組成部分包括數(shù)據(jù)存儲器、嵌入式微處理器（ARM）、看門狗電路、時(shí)鐘電路、報(bào)警開關(guān)的電路、電源管理的電路、布防與運(yùn)行狀態(tài)的指示電路、電纜運(yùn)行狀態(tài)的指示電路、輸出聲光報(bào)警的驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警聲響的電路、RS485通信模塊、無線通信的設(shè)備、電纜斷路的監(jiān)測模塊、電力載波的通信模塊以及輸入交流信號的檢測模塊組成。防盜裝置的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

3.新型技術(shù)的原理

在有電的狀態(tài)下，本方案基于LonWorks電力載波的總線通信技術(shù)來使得電力電纜的斷路監(jiān)控得以實(shí)現(xiàn)。該LonWorks技術(shù)的電力載波的總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：該LON網(wǎng)作為開放性及其互操作性的現(xiàn)場總線推薦的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，因?yàn)長onWorks電力載波其數(shù)據(jù)的通信是運(yùn)用了有關(guān)的碰撞避免的機(jī)制（talk-when-ready），還運(yùn)用了相關(guān)的載波偵聽/沖突檢測（CSMA-CA）的方法來實(shí)行信道的接入，而且其有著數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)以及自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)的功能。該方案的電力載波運(yùn)用了窄帶通信的模式以及BFSK調(diào)制的方法（其實(shí)是一種兩相移相鍵控的調(diào)制方法），通過不一樣的相位來對該數(shù)據(jù)的通信進(jìn)行表達(dá)，其通信的速率通常在300bps-9600bps，運(yùn)用雙頻數(shù)據(jù)的傳輸模式，載波頻率分別是132Khz以及115Khz，在主信道的信號遭受到干擾而使得原有通信不能正常工作時(shí)，主動(dòng)切換至副通道上來將傳輸信息，從而減小誤碼率和通信失敗。

運(yùn)用LonWorks電力載波總線的通信技術(shù)，將通信數(shù)據(jù)的碰撞問題徹底的解決了。在有電的狀態(tài)之下，該防盜主機(jī)僅僅是處在一種接收的狀態(tài)，但是防盜的末端會主動(dòng)的向防盜主機(jī)來實(shí)時(shí)連續(xù)的發(fā)送各種相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，因?yàn)長onWorks電力載波其數(shù)據(jù)通信方法是運(yùn)用了碰撞避免的機(jī)制，使得上述所說的輪詢的方式以及無線的方式所可能帶來各種技術(shù)方面的問題都徹底的解決了。又因?yàn)槊恳慌_設(shè)備的防盜末端其都是有著唯一地址的編碼，然后防盜主機(jī)依照所收到地址的信息來對那臺防盜末端的通信中斷進(jìn)行判斷，從而判斷出電纜發(fā)生的斷路問題。

在無電的狀態(tài)之下，本方案提供了一種無源方式的、多通道、實(shí)時(shí)的電力電纜的監(jiān)控技術(shù)。該技術(shù)是運(yùn)用了電力電纜的零線是被公用的這個(gè)特征，從防盜主機(jī)其發(fā)送的端口來向零線位置發(fā)送連續(xù)的數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流通過無源的防盜末端再返回到相關(guān)的相線，該防盜主機(jī)對監(jiān)控相線之上數(shù)據(jù)的信息是實(shí)時(shí)采樣的，依照數(shù)據(jù)流信息的有無來對電纜發(fā)生的斷路故障來做出判定。這個(gè)方法可以實(shí)時(shí)以及同步的對多條電力的電纜進(jìn)行監(jiān)控，其設(shè)備的可靠性非常高、擴(kuò)展性極強(qiáng)、誤報(bào)率非常低以及維護(hù)起來非常的方便，而且還徹底的將上述在無電狀態(tài)之下電纜監(jiān)控技術(shù)方面的缺陷給與了克服。

4.三獨(dú)高速的應(yīng)用情況

三獨(dú)高速中共有隧道10座，本項(xiàng)目選取長度為中等的羅平1號隧道來應(yīng)用該研究方案。羅平1號隧道全長2.3公里，在隧道的內(nèi)部所安裝的有基本電力、射流風(fēng)機(jī)、加強(qiáng)電力、LED誘導(dǎo)燈、情報(bào)板、消防用電以及視頻監(jiān)控等多種電子電氣設(shè)備。這些設(shè)備所用到的電纜是鋪設(shè)于隧道電纜溝當(dāng)中，這對于日常的維護(hù)十分的方便，不過也導(dǎo)致了設(shè)備電纜極易被盜走，對在隧道當(dāng)中正常行駛的車輛會帶來非常大的安全隱患，而且會造成極大的財(cái)產(chǎn)損失。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對現(xiàn)場電氣電纜的接線方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中1號隧道（上行）有三相三線電纜6根，三相四線電纜6根（包括3根加強(qiáng)照明電纜和3根基本照明電纜），1號隧道（下行）有三相三線電纜4根，三相四線電纜5根（包括加強(qiáng)照明電纜2根和基本照明電纜3根），隧道外部電器部分有三相四線電纜2根（包括兩處情報(bào)板）。根據(jù)本隧道的線纜情況，結(jié)合不同類型線纜的接線方式，便可對電纜防盜監(jiān)控方案進(jìn)行應(yīng)用。

5.結(jié)束語

該篇文章針對于目前高速公路的電纜被盜取的現(xiàn)狀，來提出了一類有所改進(jìn)的載波通信技術(shù)，該技術(shù)在電纜的有電與無電狀態(tài)之下采用不一樣技術(shù)原理，從而實(shí)現(xiàn)了對于電力電纜有效的監(jiān)控，而且還對公路的電纜上常發(fā)生接線的方法給出了電纜防盜系統(tǒng)的運(yùn)用方法。最后，該文章結(jié)合著正在實(shí)行聯(lián)合設(shè)計(jì)的三獨(dú)高速羅平隧道，給出了本技術(shù)方案在羅平隧道的應(yīng)用方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊賢輝.基于電力線載波的電力電纜防盜系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué)，2007（01）：122-123.

[2]宋嬋.基于GSM/GPRS的路燈電纜防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北京交通大學(xué)，2008（01）：234-240.

[3]王勇，張征.讓高速公路電纜盜賊一觸即“發(fā)”——智能電纜防盜系統(tǒng)在福泉高速公路的應(yīng)用[J].中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2008（08）：103-105.

[4]梁永福.電力電纜智能防盜及故障實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)，2017.