基于GIS的直升機(jī)電力巡檢缺陷可視化技術(shù)

于洋++孟小前++王鐵軍++郭曉冰++王欣++王楠

摘 要

通過(guò)分析傳統(tǒng)直升機(jī)電力巡檢缺陷的存儲(chǔ)方式，建立直升機(jī)巡檢缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)，利用ARCGIS和輸電線路臺(tái)賬信息，實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)電力巡檢缺陷的可視化展示以及熱圖生成，提供了新的缺陷查詢與展示方式，同時(shí)為消缺和制定巡檢計(jì)劃提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】直升機(jī) 巡檢缺陷 ARCGIS可視化熱圖

輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，其傳輸距離遠(yuǎn)，周邊地理環(huán)境復(fù)雜，對(duì)輸電線路的維護(hù)具有較大的難度，由于直升機(jī)有較高的機(jī)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，且能攜帶光電檢測(cè)設(shè)備，使得直升機(jī)成為對(duì)架空輸電線路的正常巡視和檢修工作的主要工具。直升機(jī)電力巡檢作業(yè)主要產(chǎn)生高清照片、紅外照片以及激光雷達(dá)等數(shù)據(jù)。隨著直升機(jī)巡檢作業(yè)的不斷開(kāi)展，產(chǎn)生的高清、紅外缺陷圖片數(shù)據(jù)數(shù)量日益累積，傳統(tǒng)的缺陷文件存儲(chǔ)方式難以滿足數(shù)字化、可視化的管理需求。

1 缺陷管理現(xiàn)狀

傳統(tǒng)電力巡檢缺陷庫(kù)的管理方式是將大量缺陷照片（紅外及可見(jiàn)光）進(jìn)行磁盤(pán)文件夾分組存儲(chǔ)，并在相應(yīng)的文件夾內(nèi)編寫(xiě)具有缺陷詳細(xì)描述信息的缺陷單進(jìn)行管理，數(shù)量龐大且繁雜，造成缺陷信息管理混亂、缺陷的查找和統(tǒng)計(jì)不方便、無(wú)法查看缺陷分布的空間信息。

2 研究目標(biāo)

研究面向管理直升機(jī)電力巡檢缺陷數(shù)據(jù)的基于二維GIS的巡檢缺陷可視化展示方法，改善傳統(tǒng)缺陷管理的存儲(chǔ)、查詢方式，實(shí)現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)的空間信息展示、缺陷信息的規(guī)范、結(jié)構(gòu)化管理、缺陷信息的多維度查詢等功能，服務(wù)于直升機(jī)電力巡檢缺陷照片的展示、管理、統(tǒng)計(jì)工作，并為后續(xù)的歷史缺陷數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，缺陷報(bào)告的生成等工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

3 總體設(shè)計(jì)

GIS依據(jù)其支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)、多圖層過(guò)濾展示、設(shè)備查詢、無(wú)級(jí)縮放等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)橛脩籼峁┲庇^的可視化展示、可依賴的數(shù)據(jù)分析依據(jù)，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。隨著對(duì)用電量需求的不斷增加，電力系統(tǒng)的規(guī)模已經(jīng)相當(dāng)龐大和復(fù)雜。將GIS技術(shù)與電力行業(yè)相結(jié)合的研究有很多，如基于GIS的電力故障投訴系統(tǒng)，基于GIS的電力電纜三維圖形可視化管理系統(tǒng)等，從GIS角度拓展了電力行業(yè)的管理方式。

基于GIS的直升機(jī)巡檢缺陷可視化展示分三層：數(shù)據(jù)層、展示層，服務(wù)層。服務(wù)層基于ArcGIS Server 10.2為后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布平臺(tái)，發(fā)布數(shù)據(jù)包含全國(guó)高程數(shù)據(jù)、全國(guó)矢量數(shù)據(jù)和輸電線路臺(tái)賬，其中全國(guó)高程數(shù)據(jù)和全國(guó)矢量數(shù)據(jù)以切片的形式對(duì)外提供服務(wù)。展示層以ArcGIS JS API 為前端展示框架，實(shí)現(xiàn)缺陷信息的展示。數(shù)據(jù)層以ArcGIS File Geodatabase文件地理數(shù)據(jù)為格式，全國(guó)高程數(shù)據(jù)、全國(guó)矢量數(shù)據(jù)和輸電線路臺(tái)賬存儲(chǔ)在一個(gè)文件數(shù)據(jù)庫(kù)中。切片數(shù)據(jù)以文件的形式存儲(chǔ)在磁盤(pán)中。

3.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3.2.1 原有缺陷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式分析

直升機(jī)電力巡檢作業(yè)中，巡檢員利用可見(jiàn)光或紅外拍攝設(shè)備，對(duì)疑似缺陷、交叉跨越（如線路交叉，線路跨越樹(shù)木、溫室大棚、房屋等）和其他巡視情況（如線路周?chē)忻骰鸬痊F(xiàn)象）進(jìn)行拍攝。巡檢結(jié)束后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拍攝照片，外業(yè)人員進(jìn)行缺陷照片篩選，并將篩選結(jié)果反饋給進(jìn)行缺陷分類(lèi)、標(biāo)記的內(nèi)業(yè)人員，內(nèi)業(yè)人員將照片進(jìn)行缺陷標(biāo)記后，根據(jù)巡檢的缺陷位置等信息編寫(xiě)直升機(jī)巡檢缺陷記錄單完成缺陷匯總，如圖1所示。直升機(jī)巡檢缺陷記錄單包括缺陷的電壓等級(jí)、線路名稱、桿塔編號(hào)、缺陷發(fā)現(xiàn)情況、巡檢時(shí)間、資產(chǎn)單位、運(yùn)維單位、缺陷分類(lèi)以及發(fā)現(xiàn)人等信息。缺陷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式以年份、機(jī)組以及月份巡檢情況（包含直升機(jī)巡檢缺陷記錄單與對(duì)應(yīng)缺陷數(shù)據(jù)）分別用文件夾進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

隨著直升機(jī)巡檢任務(wù)的不斷開(kāi)展，大量的直升機(jī)巡檢缺陷記錄單和不規(guī)范的手工創(chuàng)建文件夾存儲(chǔ)方式，造成缺陷數(shù)據(jù)難以高效查詢、管理和統(tǒng)計(jì)，因此需將缺陷照片和缺陷單進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫(kù)管理。規(guī)范的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析以及GIS可視化展示的基礎(chǔ)。

3.2.2 缺陷數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

根據(jù)原有缺陷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式與直升機(jī)巡檢缺陷記錄單的分析，缺陷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)需包括直升機(jī)巡檢缺陷記錄單的基礎(chǔ)信息，如線路、桿塔等基本臺(tái)賬、還需包括缺陷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置、缺陷類(lèi)別、缺陷等級(jí)等詳細(xì)信息。其屬性結(jié)構(gòu)如表1所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

缺陷數(shù)據(jù)的可視化展示，首先應(yīng)獲取缺陷數(shù)據(jù)的空間信息。直升機(jī)巡檢缺陷記錄單包含輸電線路名稱、桿塔號(hào)、發(fā)現(xiàn)日期等字段，但不包含可視化展示中需要的經(jīng)緯度坐標(biāo)等信息。為滿足缺陷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求，在缺陷記錄表中增加經(jīng)度、緯度字段，用于存儲(chǔ)缺陷照片的空間位置信，如表2。

在進(jìn)行缺陷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)直升機(jī)巡檢缺陷記錄單中線路名稱和桿塔編號(hào)信息，在輸電線路臺(tái)賬信息中查找匹配經(jīng)緯度坐標(biāo)，并將經(jīng)緯度信息更新到該缺陷信息的X、Y字段中。對(duì)已存在的缺陷照片，系統(tǒng)以后臺(tái)服務(wù)的形式定時(shí)更新缺陷位置信息。

缺陷的可視化展示效果如圖2所示。

5 缺陷數(shù)據(jù)可視化展示

5.1 設(shè)備查詢

為便于缺陷數(shù)據(jù)查詢與定位，開(kāi)發(fā)地名地址與設(shè)備名稱查詢功能，在輸入線路名稱后則可定位線路位置，同時(shí)后臺(tái)加載該線路的缺陷信息。

5.2 圖層控制

提供業(yè)務(wù)圖層和基礎(chǔ)圖層顯示控制，其中業(yè)務(wù)圖層的數(shù)據(jù)來(lái)源為線路基礎(chǔ)臺(tái)賬，業(yè)務(wù)圖層顯示控制包括用戶線路、用戶桿塔。全國(guó)高程數(shù)據(jù)以及全國(guó)矢量圖形作為基礎(chǔ)圖層，基礎(chǔ)圖層控制包括省會(huì)、地級(jí)市、縣、縣界、市界、省界等內(nèi)容。

5.3 導(dǎo)航樹(shù)

導(dǎo)航樹(shù)實(shí)現(xiàn)了輸電線路基礎(chǔ)臺(tái)賬信息和缺陷信息的多級(jí)瀏覽方式，通過(guò)導(dǎo)航樹(shù)可以快速查找線路信息并定位缺陷信息。導(dǎo)航樹(shù)的組織采用國(guó)家電網(wǎng)->省公司->直流/交流->電壓等級(jí)->線路名稱的方式，如圖3所示。

導(dǎo)航樹(shù)除支持按組織級(jí)別檢索外還支持查詢的方式，在查找線路輸入框內(nèi)輸入線路名稱，可以快速定位到導(dǎo)航樹(shù)中線路的位置。在線路名稱上點(diǎn)擊右鍵，可以定位線路查看所有缺陷（紅色部分為缺陷空間分布專(zhuān)題圖），如圖3所示。

5.5 熱圖

依據(jù)缺陷的空間位置、缺陷類(lèi)型和年度生成的專(zhuān)題圖。按年度，在缺陷可視化的展示的基礎(chǔ)上，可以生成缺陷熱圖，熱圖反應(yīng)了當(dāng)前所查缺陷分布特征，如圖4所示。

熱圖的展示為缺陷消缺工作和缺陷巡檢計(jì)劃制定提供了依據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文所述直升機(jī)巡檢缺陷可視化方法，改變了傳統(tǒng)巡檢缺陷的管理查詢方式，提升了缺陷數(shù)據(jù)的管理水平。應(yīng)用GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了缺陷數(shù)據(jù)的空間定位查詢、可視化展示以及熱圖生成等直觀的查看方式，為消缺工作、巡檢計(jì)劃的制定提供了依據(jù)，缺陷記錄結(jié)構(gòu)表的信息整合了直升機(jī)巡檢缺陷記錄單中的信息，為研究缺陷規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳舫明，張勁，張亮等.輸電線路直升機(jī)智能巡檢技術(shù)的研究[C].全國(guó)輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會(huì)，2010.

[2]呂永興，吳曉松，勁張等.直升機(jī)電力巡檢機(jī)載系統(tǒng)控制采集圖像的方法：CN 2009.

[3]肖展春.基于地理信息系統(tǒng)的湖北省主要旅游景區(qū)可視化信息發(fā)布研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2009（11）：157-159.

[4]房景亮，呂林霞.基于GIS的電力故障投訴系統(tǒng)[J].華北電力技術(shù)，2002（11）：27-30.

[5]張弛，吳尊東，王少華.基于GIS的電力電纜三維圖形可視化管理系統(tǒng)[J].浙江電力，2013，32（06）：24-26.

[6]劉洪正，喬耀華，王洪川等.直升機(jī)巡視超高壓輸電線路[J].山東電力技術(shù)，2012（01）.

[7]黃康裕，胡海斌，鐘建勇等.輸電線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可視化管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用論證[C].電力行業(yè)優(yōu)秀管理論文集，2014年度全國(guó)電力企業(yè)優(yōu)秀管理論文大賽獲獎(jiǎng)?wù)撐模?014.

作者單位

國(guó)網(wǎng)通用航空有限公司 北京市 102213