[0001] 本发明属于电力电缆设施领域，具体涉及电缆沟道内部监测设备的实时监测系统。

[0002] 电缆沟是用以敷设和更换电力或电讯电缆设施的地下管道，也是被敷设电缆设施的围护结构，有矩形、圆形、拱形等管道结构形式。电缆沟进行输变电传输因其效率高，传输量大，安全可控，易于专业管理养护等特点，使用电缆沟进行输变电传输的方式开始被广泛应用。

[0003] 同时由于其处于封闭环境的特点，一旦发生了故障或封闭环境发生易燃易爆等环境变化，将给维护人员带来极大的技术困难及安全隐患。由于地势或设计因素，雨季中封闭系统内经常积水，水位过高后，就会造成电缆长期浸泡在水中、不断腐蚀，不仅会破坏绝缘性，还会导致电缆进水而引起爆裂。

[0004] 为此电缆沟道安装了类型众多的设备用于对其内部状态进行监测，例如常见的有电缆温度监测、有害气体监测、电缆护套环流监测等。然而，受电缆沟道内通信条件限制，如何将众多监测设备的监测数据实时有效的汇总传输成为了应用的最大障碍。临近变电站的电缆沟道还可依托变电站内的网络传输通道进行数据交换，城市内区间电缆沟道内设备状态几乎是监测盲区。

[0005] 电缆沟道内环境复杂，为了保障电缆线路的可靠运行，以及进入沟道内部工作人员的人身安全情况，需要能够实时监测沟道内部环境及电缆线路的温度等信息。

[0006] 目前电缆沟道内部已经安装了温度、有害气体、环流等监测设备，存在的问题是电缆沟道内部通信不便，难以将测量结果实时发送至地面，无法最大程度发挥监测系统的优势。

[0017]  LoRaWAN是LoRa Wi de Area Network(LoRa广域网)的简称，是基于LoRa技术的一种通信协议，它主要包括三个层次的通信实体：LoRa终端、LoRa网关和LoRa服务器，LoRaWAN在协议和网络架构的设计上，充分考虑了节点功耗，网络容量，QoS，安全性和网络应用多样性等几个因素，LoRaWAN网络架构中包含了终端、基站、NS(网络服务器)、应用服务器这四个部分，基站和终端之间采用星型网络拓扑，由于LoRa的长距离特性，它们之间得以使用单跳传输，终端节点可以同时发给多个基站。基站则对NS和终端之间的LoRaWAN协议数据做转发处理，将LoRaWAN数据分别承载在了LoRa射频传输和Tcp/IP上。

[0018] 本发明实施例提供的一种基于LoRaWAN技术的电缆沟道内部监测设备的实时监测系统，包括LoRa传输模块、LoRaWAN网络服务器、后端智能运检平台；LoRa传输模块能够将现有电缆沟道内部监测设备，包括温度、有害气体、环流监测设备，接入到LoRaWAN网络服务器。

[0019] 部署LoRaWAN网关并搭建LoRaWAN网络服务，对电缆沟道内部监测设备主机进行远程配置，将电缆沟道内部监测设备的传感器连接到LoRa传输模块，LoRa传输模块将各种监测结果缓存打包后通过LoRaWAN网络传输发送至LoRaWAN网络服务器，LoRaWAN网络服务器接收LoRa传输模块发送的数据包，并对数据包和配置均进行解析，将解析后数据发送到后端智能运检平台；后端智能运检平台通过LoRaWAN网络与前端监测系统进行双向通讯，发出控制指令实现包括位置定位、信息查询、任务管理功能，满足运检维护及调度指挥的要求。

[0020] 以下份详细介绍本发明内容1、适用于电缆沟道的LoRaWAN传输网拓扑结构设计研究
网络拓扑结构是指网络节点（如服务器、路由器、计算机等）和通信线路之间的相互连接关系，反映了网络中各节点的连接关系。常见的网络拓扑结构包括星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑、网状拓扑、总线型拓扑等。

[0021] 本发明设计出一种混合型网络结构，来实现电缆沟道内部的LoRaWAN网络搭建。

[0022] 2、数据传输协议设计数据传输协议包括监测设备到网关之间以及网关到服务器之间的数据传输协议设计研究。

[0023] 协议设计首先需要对各种监测设备主机协议进行解析，除了能够读取监测数据外，还需要能够对监测设备主机进行远程配置，因此，配置协议也需要解析。

[0024] LoRa传输模块需要具备一定的缓存及处理能力，将各种测量结果缓存打包后通过LoRaWAN网络发送，以减小网络负载。

[0025] 传输协议设计的核心是网络安全，使用NwkSKey或者AppSkey密钥对MAC负载帧加密，其中加密可使用AES加密方法，密钥长度为128位。在对MAC帧加密过程中，通过帧头FPort进行区分，当FPort=0时，表示当前MAC帧负载只包含命令，不包含具体的数据内容，此时可以通过会话密钥进行加密，当FPort≠0时，表明当前MAC帧负载包含数据，此时FPort的值表述帧负载数据的大小，使用应用密码进行加密；采用AES签名算法对加密后的MAC帧生成消息一致性码（MIC）,加密算法可采用AES签名算法CMAC来生成，该算法加密阶段只使用网络会话密钥即可。

[0026] 3、设计后端智能运检系统后端智能运检系统软件是基于Win10系统进行开发的，通过无线低功耗广域网向前端发出控制指令实现包括双向通信、实时监控、位置定位、信息查询、任务管理等功能，满足运检维护及调度指挥的要求
本发明基于Win10系统的后端智能运检系统软件，可实现系统的信息交互，满足运检维护的要求。基于层次化系统架构，使用JavaScript实现，并利用Visual Studio作为编译环境进行开发，系统结构稳定，可靠性高。

[0027] 后端智能运检系统软件具备以下几个主要功能：（1）双向通信
后端智能运检系统软件通过LoRaWAN网络与前端监测系统进行双向通讯，后端监控人员可通过APP实时接收前端采集的信息，及时了解前端故障现场情况，针对故障采取快速有效的抢修措施。

[0028] （2）实时监控为了及时准确地了解当前电缆线路的状态信息，后端智能运检系统软件可以实时监控设备状态信息与位置信息。

[0029] （3）位置定位后端智能运检系统软件电子地图采取二维地图形式，按实际比例缩放建立电缆沟道网络图，并将监测设备标记出来。后端智能运检系统可在地图中实时查看当前展示区域内监测状态信息与地理位置。

[0030] 状态正常的电缆线路用相应的绿色图标标示出来，发生故障的电缆线路在电子地图上用相应的红色图标标出，并显示报警信号。监管人员点击显示故障的图标，屏幕会显示发生故障线路的具体位置与详细故障信息，便于安排技术人员对故障地点采取快速有效的抢修措施。

[0031] （4）信息查询后端智能运检系统软件设置报警事项一览表。系统同时在电子地图和报警事项一览表中显示报警信息，并将报警信息保存到数据库中。报警内容包括报警类型、报警时间、报警地点。后端智能运检系统软件将前端监测系统传送的信息保存到数据库中，除了监测的物理信息外，还有位置信息。在进行事故调查时，可对后端智能运检系统软件中保存的报警内容等进行查询。此外，后端智能运检系统软件还具备统计分析功能，可统计某段时间内的报警次数、报警类型及其次数等。还可通过日期、地点、报警类型等条件进行组合查询。

[0032] 以上所述，仅仅是本发明的具体实施方式，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。