基于3S技術(shù)的供電線路巡檢系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

胡康欽 李振威 雷家興 盧俊瑋

摘要：新中國(guó)成立70年來(lái)，我國(guó)輸電線路長(zhǎng)度增長(zhǎng)291倍，但目前我國(guó)電力巡檢是依靠傳統(tǒng)的方法為主，憑借人工檢測(cè)電力系統(tǒng)故障的難度越來(lái)越大，效率越來(lái)越低。該文分析了我國(guó)當(dāng)前傳統(tǒng)電力巡檢存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)巡檢和移動(dòng)巡檢，闡述了3S技術(shù)應(yīng)用促進(jìn)了電力巡檢水平不斷發(fā)展與提高，并展望了未來(lái)移動(dòng)巡檢技術(shù)在電力巡檢領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng);地理信息系統(tǒng);遙感;電力;移動(dòng)巡檢

中圖分類號(hào)：TM769? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）30-0010-03

Abstract： Since the founding of the People's Republic of China 70 years ago， the length of power transmission lines in China has increased by 291 times. However， at present， China's power patrol inspection mainly relies on traditional methods and relies on manual detection of power system faults， which is increasingly difficult and inefficient. How to control the route， progress， and status of the patrol inspection work of the patrol inspection staff， as well as the standardized governance of the patrol inspection work， has become a problem that the grid managers generally pay attention to and urgently need to be solved. With the rapid development of mobile Internet technology， mobile power patrol becomes possible. This paper analyzes the problems existing in the current traditional power inspection in China， and by comparing the traditional and mobile inspection， expounds that the application of 3S technology promotes the continuous development and improvement of the power inspection level， and prospects the development direction of the application of mobile inspection technology in the field of power inspection in the future.

Key words： GPS; GIS; RS; electricity; mobile inspection

1背景

新中國(guó)成立70年來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)取得舉世矚目的巨大成就：輸電線路長(zhǎng)度增長(zhǎng)291倍、變電容量增長(zhǎng)2020倍、全社會(huì)用電量增長(zhǎng)884倍、人均用電量增長(zhǎng)617倍[1]。電力設(shè)備的類別多、范圍廣，其中最常見的就是配電網(wǎng)，而且部分設(shè)備處于環(huán)境復(fù)雜、人口密集的城區(qū)或者山高路遠(yuǎn)、交通不便的山區(qū)，一旦發(fā)生事故損失會(huì)影響到正常工作和生產(chǎn)。如何管控巡檢職員巡檢工作的路線、進(jìn)度和狀態(tài)，以及巡檢工作的規(guī)范化治理，已經(jīng)成為電網(wǎng)治理者普遍關(guān)注和亟待解決的問(wèn)題[2]。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)電力巡檢成為可能[3]。因此，電網(wǎng)巡檢在電力系統(tǒng)安全及其穩(wěn)定運(yùn)行上起到了不可或缺的作用[4]。

2電力巡線技術(shù)現(xiàn)狀

隨著城市化進(jìn)程的加快，高、低壓線的隱蔽工程，在城鎮(zhèn)進(jìn)行巡檢工作仍然是通過(guò)專業(yè)的巡檢人員完成。最常見的人工巡檢方式，是采用紙筆記錄。這種方式的缺點(diǎn)在于記錄大多無(wú)法把握數(shù)據(jù)的真實(shí)性，存在人為誤差、無(wú)法及時(shí)反映記錄的信息，以及不能監(jiān)督巡檢工作人員的工作軌跡。同時(shí)，巡檢人員記錄的信息不便于保存、容易遺失，數(shù)據(jù)加工處理的時(shí)間較長(zhǎng)，查詢信息效率極低，難以迅速透過(guò)所記錄的結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行缺陷分析、選型等。

第二代巡檢系統(tǒng)采用了信息鈕和條形碼等較為自動(dòng)化的識(shí)別技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理，杜絕了絕大部分人為因素對(duì)其造成影響。但第二代系統(tǒng)也存在許多不足，巡檢前在要巡檢的設(shè)備上貼上條形碼或者集成芯片電子標(biāo)簽，然后巡檢人員去掃描條形碼或用射頻采集設(shè)備靠近標(biāo)簽來(lái)收集數(shù)據(jù)，這類巡檢方式比較簡(jiǎn)單，但由于條形碼和信息鈕很容易被破壞，受人為和環(huán)境因素影響大，穩(wěn)定性和耐用度仍存在缺陷[5]。由于數(shù)據(jù)采集過(guò)程也都不是實(shí)時(shí)反映，因此，同樣容易出現(xiàn)管理漏洞。

20世紀(jì)80年代末，國(guó)外開始了對(duì)于架空輸電線路巡檢作業(yè)機(jī)器人的研究，主要集中在日本、美國(guó)、加拿大、韓國(guó)等國(guó)。解決了因地理、天氣等因素導(dǎo)致無(wú)法巡檢作業(yè)的問(wèn)題，我國(guó)也在20世紀(jì)90年代末開始了類似項(xiàng)目的研究。但是，機(jī)器巡檢如果遇到雨天或者電線進(jìn)入狹小空間，仍難以展開工作。此外，即便減少了人工，但需要高級(jí)技術(shù)人員攜帶并操控機(jī)器進(jìn)行巡檢，高級(jí)技術(shù)員工需要更長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)，綜合用工成本要比普通員工高出很多[6]，而且專業(yè)巡檢機(jī)器作為目前最為高精設(shè)備，其購(gòu)買設(shè)備的投入和后期維護(hù)費(fèi)用也是相當(dāng)大的支出。

3 3S技術(shù)在電力巡檢中的應(yīng)用

保障配網(wǎng)線路和設(shè)備巡檢的正常運(yùn)行，提高工作效率減少經(jīng)濟(jì)損失，并且能監(jiān)督巡檢職員巡檢工作的路線、進(jìn)度和狀態(tài)，以及巡檢工作的規(guī)范治理，是電網(wǎng)治理者勢(shì)在必行的任務(wù)?；?S技術(shù)的巡檢方式，采用手持智能終端進(jìn)入巡檢區(qū)域，設(shè)備自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程事務(wù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)巡檢任務(wù)的調(diào)度與管控[7]。

GPS技術(shù)對(duì)電力巡檢系統(tǒng)的優(yōu)化體現(xiàn)在兩個(gè)方面，首先，能準(zhǔn)確記錄電力設(shè)備的三維坐標(biāo)。通過(guò)經(jīng)緯度和海拔高度等數(shù)據(jù)對(duì)電塔進(jìn)行高精度的定位，將數(shù)據(jù)信息保存在數(shù)據(jù)服務(wù)器中，每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)坐標(biāo)，并實(shí)時(shí)顯示在巡檢人員的巡線設(shè)備上，能夠明確工作任務(wù)與計(jì)劃、有效提高工作效率;其次，能精確定位巡檢人員。利用GPS技術(shù)進(jìn)行高精度的定位，結(jié)合GIS將巡檢人員的準(zhǔn)確位置實(shí)時(shí)顯示在調(diào)度系統(tǒng)和巡線設(shè)備上，[8]當(dāng)巡線員到達(dá)巡檢或檢修設(shè)備的位置后，會(huì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程指示巡線人員開始執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作[9]。

電力巡檢做好路徑選擇能很好地節(jié)約巡檢工人的時(shí)間。在傳統(tǒng)測(cè)量工作中，巡檢員手持的地圖往往與實(shí)際的地貌出入較大，不能保證實(shí)效性。通過(guò)RS技術(shù)可以查看、辨識(shí)電力設(shè)備所在位置的地質(zhì)構(gòu)造，地理信息等[10]。根據(jù)GIS能夠?yàn)檠矙z員自動(dòng)規(guī)劃出一條最優(yōu)路線，并且能建立信息采集數(shù)據(jù)庫(kù)，方便后期管理與處理。

GIS技術(shù)是電力巡線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，集成所有數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息化管理。根據(jù)業(yè)務(wù)需求對(duì)人員、設(shè)備、任務(wù)、權(quán)限等進(jìn)行增、刪、查、改等操作，還能將電力系統(tǒng)的其他模塊通過(guò)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行耦合，通過(guò)可視化技術(shù)呈現(xiàn)更多的業(yè)務(wù)流信息和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，極大地方便調(diào)度與管理等工作[11]。

4系統(tǒng)需求與實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

基于3S技術(shù)開發(fā)電力巡檢系統(tǒng)應(yīng)考慮四個(gè)方面：1）安全性。不同于人工巡檢在復(fù)雜險(xiǎn)峻地點(diǎn)的近距離巡檢，3S巡檢系統(tǒng)應(yīng)能保障巡檢員的安全。系統(tǒng)的登錄操作以及通過(guò)內(nèi)網(wǎng)的信息處理保證了信息不被泄露。在權(quán)限方面對(duì)于下一級(jí)始終有限制;2）靈活性。移動(dòng)終端設(shè)備取代了傳統(tǒng)紙筆方式，傳輸、處理、分析等局限都得到改善。3S技術(shù)的處理對(duì)于巡檢界面的簡(jiǎn)化，更方便了巡檢人員的操作;3）準(zhǔn)確性。GPS技術(shù)定位精準(zhǔn)，嚴(yán)格要求巡檢人員到點(diǎn)到位進(jìn)行巡檢，每個(gè)步驟的信息都要規(guī)范操作，提高了整個(gè)巡檢系統(tǒng)的準(zhǔn)確性;4）先進(jìn)性。整合了3S技術(shù)的手持智能終端，是“信息時(shí)代”的產(chǎn)物，具有標(biāo)準(zhǔn)化，電子化，信息化的特點(diǎn)，適用于電力巡檢業(yè)務(wù)需求。

4.2 業(yè)務(wù)需求

通過(guò)GPS的定位監(jiān)督巡檢員安全和位置，GIS簡(jiǎn)化系統(tǒng)內(nèi)的地圖類型，RS對(duì)接收信息進(jìn)行掃描、存儲(chǔ)、傳輸和處理，以及確定巡檢路線[12]。GIS主要實(shí)現(xiàn)的功能有電力地圖的建立、地圖的基本操作、電力地圖基本應(yīng)用、圖層繪制、圖層控制、圖層設(shè)置、圖層疊加、圖層的導(dǎo)入導(dǎo)出、空間圖形屬性設(shè)置、線路設(shè)備資料查看、危險(xiǎn)點(diǎn)管理、巡視數(shù)據(jù)錄入、巡檢人員工作軌跡等。GIS空間數(shù)據(jù)是用于表示位置、形狀、大小、方位和分布等諸方面信息的數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是不僅包括物體本身的空間位置和狀態(tài)信息，還表示物體的空間關(guān)系的信息[13]。系統(tǒng)有以可縮放移動(dòng)的圖像形式展現(xiàn)的地理數(shù)據(jù)，GIS地理信息系統(tǒng)具有空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能，它基于管理空間對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)[14]。系統(tǒng)采用矢量形式來(lái)存儲(chǔ)GIS地圖，而且可以分圖層顯示。在使用時(shí)靈活選擇需要的圖層，在信息量過(guò)大時(shí)避免給用戶者帶來(lái)麻煩[15]。

4.3技術(shù)路線

項(xiàng)目基于Android移動(dòng)框架開發(fā)。Android移動(dòng)框架分為三個(gè)部分，分別為應(yīng)用部分，核心部分和底層部分。應(yīng)用部分中包括桌面應(yīng)用、聯(lián)系人應(yīng)用、通話應(yīng)用和瀏覽器應(yīng)用等。核心部分包括框架層和核心類庫(kù)?？蚣軐佑薪M建管理服務(wù)、窗口管理服務(wù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)源組建、空間框架、資源管理服務(wù)、安裝包管理服務(wù)等。核心類庫(kù)有l(wèi)ibe、SQLite、Webkit、OpenGL、Freetype等。在運(yùn)行時(shí)主要有java核心類庫(kù)和虛擬機(jī)兩部分。在底層部分中分為硬件抽象層和Linux內(nèi)核。硬件抽象層中有音視頻接口、GPS接口、通話接口、WiFi接口等。在Linux內(nèi)核中有進(jìn)程/線程，電源管理和驅(qū)動(dòng)等部分。

巡檢應(yīng)用程序是基于具有導(dǎo)航終端的硬件平臺(tái)，采用Android操作系統(tǒng)進(jìn)行資源的分配與調(diào)度，結(jié)合地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)和GUI程序框架實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地理位置與空間數(shù)據(jù)比較和生成自定義圖形界面。圖形界面通過(guò)API接口與后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，軟件包含數(shù)據(jù)管理模塊、地圖操作模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、屬性查看模塊、導(dǎo)航定位模塊、地圖匹配模塊以及數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)模塊（系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示）。

4.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)GIS平臺(tái)基于微軟C#開發(fā)語(yǔ)言，采用ASP.NET MVC應(yīng)用框架，結(jié)合SQLServer結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)，各業(yè)務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)了低耦合、高內(nèi)聚，具有較好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。APP基于Android移動(dòng)框架，采用SQLite作為暫存數(shù)據(jù)庫(kù)，具有較好的穩(wěn)定性和響應(yīng)度。智能終端集成GPS、攝像頭、麥克風(fēng)、六軸陀螺儀等其他傳感器模塊。巡檢系統(tǒng)的操作流程：1）巡檢員登錄系統(tǒng);2）進(jìn)行任務(wù)下載，包括資產(chǎn)信息、地理信息、任務(wù)信息等;3）定位并判斷是否就位，如沒(méi)有就位重新獲取位置信息;4）已就位后進(jìn)入巡視卡的填寫和通過(guò)GPS記錄地理信息，該業(yè)務(wù)流程為多線程過(guò)程;5）將采集數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳至GIS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)（具體流程圖見圖2）。

5展望

基于電力線路工程較為繁重的工作過(guò)程，利用3S技術(shù)首先可以實(shí)現(xiàn)精確的定位、利用所得數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，其次還可迅速對(duì)原有勘測(cè)技術(shù)表現(xiàn)出的問(wèn)題進(jìn)行處理。不僅可以省時(shí)省力，減少物力的消耗，還能大大增加電路工程整體建設(shè)的效率。大規(guī)模基礎(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)安全隔離問(wèn)題，因此，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中盡量通過(guò)小工具或插件實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)數(shù)據(jù)的無(wú)縫傳輸，提高用戶體驗(yàn)度。綜上所述，3S技術(shù)在電力巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用，可改善電力巡檢工作效率和質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得到大幅提升。未來(lái)發(fā)展，移動(dòng)電力巡檢系統(tǒng)逐漸發(fā)展為公共資源平臺(tái)，采用區(qū)塊鏈的架構(gòu)去中心化，甚至可以實(shí)現(xiàn)人人用電、人人巡檢、人人受益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家電網(wǎng).“數(shù)說(shuō)”國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展成就[EB/OL].（2019-09-13）[2019-10-14].http：//baijiahao.baidu.com/s？id=1644543342310 238190&wfr=spider&for=pc.

[2] 袁俊偉.電力智能巡檢系統(tǒng)在南方電網(wǎng)的應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2015（3）：62，64.

[3] 陳馳，彭向陽(yáng)，宋爽，等.大型無(wú)人機(jī)電力巡檢LiDAR點(diǎn)云安全距離診斷方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，41（8）：2723-2730.

[4] 孫海龍.GPS在配電網(wǎng)檢修、巡線中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2014（20）：83.

[5] 任迎莉.變電站巡檢管理系統(tǒng)分析[J].廣東科技，2013，22（20）：86-87.

[6] 周宗國(guó)，周海，胡彬，等.無(wú)人機(jī)在電力線路巡檢中的應(yīng)用及前景[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（23）：164-165.

[7] 任潤(rùn)虎，徐振梅.手持式PDA配電智能視頻巡檢管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù)，2013（4）：72-74，83.

[8] 李原野，張金芳，范植華，等.基于Web的地圖服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27（22）：4185-4188，4192.

[9] 耿磊.GPS在配網(wǎng)檢修和巡線中的應(yīng)用探討[J].科技傳播，2011，3（23）：110-111.

[10] 韋寧.輸電線路工程建設(shè)中遙感技術(shù)的應(yīng)用研究[J].通訊世界，2015（5）：147-148.

[11] 陳健飛.《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論（原著第7版）》中譯版評(píng)述[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，16（3）：389，442.

[12] 陳濤，鄭束蕾，楊春雷.基于GPRS/GPS的電力巡線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，13（2）：252-256.

[13] 傅佩紅，李雪飛.耕地資源信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的管理與實(shí)現(xiàn)[J].國(guó)土資源科技管理，2007，24（6）：104-107.

[14] 白凱.基于GIS和GPS智能終端的線路巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].價(jià)值工程，2012，31（7）：135-136.

[15] 李娜，劉捷.基于GIS技術(shù)的巡線智能管理系統(tǒng)初探[J].信息系統(tǒng)工程，2013（3）：77-79，108.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】