基于GPS的電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)的研究

徐 敏

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局安全監(jiān)管部）

0 引言

定位及導(dǎo)航軟件在我國最早應(yīng)用于車載系統(tǒng)（例如，構(gòu)建全市區(qū)車輛實時監(jiān)控和應(yīng)急反應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)車輛的智能監(jiān)控和指揮調(diào)度），而隨著智能手機的快速發(fā)展，利用智能手機來滿足不同用戶的定位及導(dǎo)航需求將具有廣闊的市場前景。就玉溪電網(wǎng)而言，現(xiàn)階段使用的軟件因不包含電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的位置信息，查詢及導(dǎo)航功能無法使用，為此，構(gòu)建基于GPS的電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)將具有十分重要的現(xiàn)實意義及經(jīng)濟價值。

1 基于GPS的電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 基于GPS的電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)的功能劃分

根據(jù)電網(wǎng)安全檢查和任務(wù)觀察的實際需求，并針對各級管理人員及安全監(jiān)察人員在工作中可能遇到的狀況，電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)可以分為如下幾個功能模塊：

第一，電網(wǎng)設(shè)備信息的顯示模塊。對桿塔、變壓器、變電站等電網(wǎng)設(shè)備的信息進行顯示（如：生產(chǎn)廠家、建設(shè)日期、歷史檢修記錄等），并在實際地理地圖中完成定位。用戶可以根據(jù)需要實現(xiàn)地圖的放大縮小、拖拽移動功能，通過直觀的圖形顯示給使用者提供指導(dǎo)，是使用者直觀獲取電網(wǎng)設(shè)備位置信息和路徑提示的主要功能模塊。

第二，定位模塊。用戶有時在野外等地作業(yè)時難以確定自身所在的位置，此時可以通過對 GPS硬件的信息采集，確定自身的經(jīng)緯度信息。

第三，路徑導(dǎo)航模塊。系統(tǒng)提供兩種導(dǎo)航模式，一是通過對 GPS硬件的信息采集，確定用戶所在位置為起點，然后由用戶指定終點位置（用戶可以直接將界面中的具體電網(wǎng)設(shè)備設(shè)定為終點），系統(tǒng)根據(jù)路徑規(guī)劃算法來顯示出起點到終點的最佳路線，并在路徑的轉(zhuǎn)折點處提供相應(yīng)的操作提示。二是用戶在智能手機上打開系統(tǒng)，通過手動輸入起點位置和終點位置，然后由系統(tǒng)提供最佳路線。

第四，電網(wǎng)設(shè)備位置信息的查詢模塊。系統(tǒng)提供如表1所示的兩種查詢方式。

表1 電網(wǎng)設(shè)備位置信息的查詢方式

第五，系統(tǒng)管理模塊?；?GPS的電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)是面向特定用戶的，這意味著只有被賦予權(quán)限的用戶才能登陸系統(tǒng)并對個人數(shù)據(jù)進行修改（如：修改登陸密碼、更新個人資料等）；不同用戶能夠執(zhí)行的操作是有差異的，為此系統(tǒng)管理員應(yīng)該對不同用戶進行權(quán)限管理；系統(tǒng)管理員對數(shù)據(jù)進行存儲、備份及備份。下面以權(quán)限管理為例來說明具體操作（如圖1所示）：系統(tǒng)管理員登陸主界面后進入權(quán)限管理界面，此時系統(tǒng)會對登陸用戶的操作管理權(quán)限進行判斷，如果判定用戶非系統(tǒng)管理員，那么界面上會提示“此用戶無權(quán)限”，然后退回主界面；如果判定用戶為系統(tǒng)管理員，那么進入權(quán)限管理界面，此時就可以對用戶權(quán)限執(zhí)行添加、刪除及修改等操作。

圖1 權(quán)限管理流程圖

1.2 基于GPS的電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

圖2為基于GPS的電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，自上而下形成了包含界面、應(yīng)用數(shù)據(jù)和地圖渲染導(dǎo)航庫在內(nèi)的三層縱向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)。

圖2 手機導(dǎo)航軟件定位子系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

在調(diào)用協(xié)議實現(xiàn)層進行網(wǎng)絡(luò)請求的時候，涉及到很多網(wǎng)絡(luò)請求的基礎(chǔ)庫服務(wù)，SOAP庫和基礎(chǔ)庫服務(wù)就提供了這樣的服務(wù)。通過調(diào)用它們，進行正確的網(wǎng)絡(luò)請求，對網(wǎng)絡(luò)請求過程中的各種狀態(tài)進行控制和管理，返回網(wǎng)絡(luò)請求的結(jié)果。

對地圖數(shù)據(jù)進行操作時，就需要訪問地圖渲染導(dǎo)航庫層。這一層次提供了對地圖數(shù)據(jù)的管理、地圖瀏覽、導(dǎo)航、路線規(guī)劃、位置搜索、地圖設(shè)置等與地圖相關(guān)的各項操作，相關(guān)的庫函數(shù)提供對應(yīng)的操作，這是整個系統(tǒng)最底層也是最核心的層次。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 定位技術(shù)的選擇

（1）定位技術(shù)的對比與選擇

表2為幾種定位技術(shù)的對比。本課題的應(yīng)用對象為電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，故作者認為 GPS定位技術(shù)應(yīng)用效果將最優(yōu)。

表2 幾種定位技術(shù)優(yōu)缺點的對比

（2）定位精度與實時性的分析

需要注意的是，GPS的定位精度受到許多因素的影響，包括：GPS衛(wèi)星相關(guān)因素、傳播途徑相關(guān)因素、接收機相關(guān)因素和其他因素等。提高 GPS定位精度的方法也有不少，如：采用地面輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和空間導(dǎo)航系統(tǒng)間的合作、絕對定位、相對定位和差分定位等方式。其中，差分定位的原理就是在一個觀測站對兩個目標的觀測量、兩個觀測站對一個目標的觀測量或一個觀測站對一個目標的兩次觀測量之間進行求差，這樣就可以消除公共項，如公共誤差和公共參數(shù)等。

從被定位用戶的GPS數(shù)據(jù)產(chǎn)生到通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至后臺定位服務(wù)器，再到被定位用戶通過Internet訪問本系統(tǒng)顯示在地圖中，整個過程的每一個步驟勢必存在著時延，如：傳輸時延、處理時延和顯示時延等。這些問題都是不可避免的，可以通過提高系統(tǒng)中軟硬件的性能和網(wǎng)絡(luò)傳輸效率等方式，減小時延，從而滿足系統(tǒng)的要求。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的選擇

當用戶使用手機終端與后臺管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸時，可以采用的數(shù)據(jù)傳輸方式有多種，本文選擇了GPRS技術(shù)。圖3為用戶和后臺定位服務(wù)器的通訊流程圖。用戶將通過移動公司唯一分配的手機號碼和SIM卡以及特定的APN接入標識接入到GPRS網(wǎng)絡(luò)，后臺使用Internet接入CMNET并連接到GGSN，實現(xiàn)GPRS專網(wǎng)接入；后臺的認證服務(wù)器負責(zé)實現(xiàn)用戶的合法性驗證。

圖3 用戶和后臺定位服務(wù)器的通訊流程

2.3 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)庫設(shè)計

通過對功能需求的實際分析，本系統(tǒng)確定采用SQL sever2008，表3和表4為用戶信息表和變電站位置查詢表。

表3 用戶信息表

表4 變電站位置查詢表

（2）數(shù)據(jù)庫安全設(shè)計

作為一個共享的數(shù)據(jù)資源，數(shù)據(jù)庫中存放了大量數(shù)據(jù)（既包含可公開數(shù)據(jù)，也包含機密數(shù)據(jù)），為了防止數(shù)據(jù)外泄、非法用戶惡意更改破壞數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采取了如下措施：

一是數(shù)據(jù)庫備份?；诎踩八俣瓤紤]，對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行定期備份，將過期不用的數(shù)據(jù)進行刪除；同時定期備份還可保證數(shù)據(jù)的安全，一旦數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)混亂，則可用最近的備份數(shù)據(jù)進行恢復(fù)。

二是數(shù)據(jù)庫訪問控制。安全賬戶認證方面，采用SQL Server和Windows操作系統(tǒng)雙重認證模式；訪問許可確認方面，通過數(shù)據(jù)庫用戶名和口令進行確認驗證，防止非法登錄用戶連接到SQL Server數(shù)據(jù)庫；設(shè)置訪問許可后，針對不同用戶行使的職能賦予不同的權(quán)限及角色，角色分為服務(wù)器級及數(shù)據(jù)庫級；賦予不同用戶不同的權(quán)限，限制用戶操作數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的權(quán)限；同時可對數(shù)據(jù)庫中的表，根據(jù)用戶賬號及角色指定一定的動作，使對數(shù)據(jù)庫的查詢與寫入分離開，整體確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

經(jīng)過部署和運營，該電網(wǎng)安全檢查定位系統(tǒng)可滿足用戶對于電網(wǎng)設(shè)施設(shè)備位置及相關(guān)信息的查詢、路徑導(dǎo)航規(guī)劃等實際需求，在提高安全檢查工作效率、降低成本、提高用戶滿意度等方面具有較高的實用價值。

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