基于轨迹导航的电力巡检业务应用
作者：夏凌云 安中印
来源：《软件导刊》2014年第12期
        摘 要：电力设施巡检是有效保证电力系统安全和输电线路及其设备安全稳定运行的一项基础工作，而传统电力巡检系统的导航定位并无电网设备相关地址信息，对线路路径也描述不足，有时候导航功能无法发挥作用。提出一种符合电力巡检特点的改进优化后的电力巡检导航解决方案，该方案除具备线路智能巡检功能之外，还能将变电站和线路杆塔坐标标注在导航地图上，通过补充采集部分乡村道路和人行便道信息，实现到变电站和线路塔位的行车导航和步行导航。
        关键词：电力巡检;导航;轨迹
        DOI：10.11907/rjdk.143843
        中图分类号：TP319
        文献标识码：A ; ; 文章编号：1672-7800（2014）012-0086-03
        作者简介：夏凌云（1975-），男，湖北襄阳人，武汉大学电气工程学院硕士研究生，信息系统项目管理师，研究方向为电力系统信息化和架构设计;安中印（1983-），男，安徽五河人，硕士，中南民族大学现代教育技术中心工程师，研究方向为数据挖掘与信息化校园。
        0 引言
        传统的电力线路巡视流程是工作人员亲自到现场巡视线路，遵照巡检作业指导书，以纸介质方式记录巡视情况，然后再人工录入到计算机中。因此，巡检受到过多人为因素的影响，并且人工录入数据量大，数据手工录入过程中容易出错。同时，对于工作人员是否巡视到位无法进行有效管理，巡视质量不能得到保障，线路的安全状况亦得不到确保，留下了安全隐患。随着电力体制改革的不断深化，电网规模日益扩大，基于纸、笔的传统线路巡检模式所引发的电网安全隐患日渐突出，主要表现为涉及人为因素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作状态等缺陷，同时也无法适应线路管理信息化的发展要求。在很多电力系统中，现已采用以全球卫星定位技术为核心的巡检导航系统，即利用GPS巡线设备记录数据的工作
方式。每个巡检人员配备有巡检设备，巡检人员达到一个电网设备进行巡检后，可以在该巡检设备上记录，并通过GPS全球定位技术获取当前的地理位置信息，然后结合无线技术与后台管理系统进行通信，与后台控制中心进行数据的交互传输并获取指令和要求，以按控制中心的要求完成现场工作<sup>[1]</sup>。
        1 电力线路巡检系统现状与问题分析
        目前大量投入使用的电力线路巡检系统，针对巡线工作实际需要及特点，结合全球卫星定位技术和掌上设备，具有线路安排、数据记录、工作状态监督、数据汇总报告等功能，可与电力企业现有信息系统无缝连接，从而有效了解、检查巡线工作状态，及时发现线路缺陷情况，提升送电设备运行安全性、降低生产运营成本、提高工作效率，具有低成本、轻便易操作、使用持续时间长等显著优点。电力巡检系统中，现场作业人员都配置有掌上设备，该掌上设备支持GPS和无线通信，自带操作系统能够运行现场作业的软件，以帮助线路巡检人员彻底摆脱容易出错且不易保存的纸质记录方式，有效降低人为因素带来的漏检或错检问题，实现无纸化办公。同时使部门管理层有效监督人员的工作状态成为可能，实现巡检工作电子化、信息化与智能化，从而最大程度提高工作效率，最终保证输变电设备的高效率、低故障率和安全可靠运行<sup>[2]</sup>。
        然而，由于电力实施的位置环境非常复杂，例如变电站分布在较偏僻的地点，电力线路延绵数十至上百公里，杆塔所处位置地形复杂，甚至处于山地、农田之中。而目前绝大多数电力巡检系统中的导航功能存在无电力设备相关地址信息、不具备人烟稀少处电力设备的路径信息等缺陷。在遭遇灾害破坏或事故抢修时，大量人员、车辆赶赴现场，而有的抢修队伍和车辆由于不熟悉线路路径，无法快速到达抢修现场;平时进行工作质量督查时，领导和安监人员要到现场也因不认识道路，需要被检查监督的单位和人员带路，大大降低了检查监督的有效性。
        2 解决方案
        2.1 改进后的电力巡检系统介绍
        电力线路智能巡检导航系统是利用全球卫星定位系统技术（GPS）、地理信息系统技术（GIS）、无线通讯技术（Wireless Communication）等相结合的全新解决方案。该系统可直观展示线路是否巡视，巡视是否到位等情况，从而满足了线路巡检工作快速、高效、及时的需求，将线路巡检管理水平提高到一个新的层次，实现了巡检工作的电子化、信息化与智能化，以保障电力系统高效率、低故障率的安全运行。
        电力线路智能巡检导航系统，从功能逻辑上分为两个子系统，分别是终端系统和后台主站系统。终端系统实现3大部分功能：采集电力数据、电力巡检、辅助电力设施定位与导航;后台主站系统功能主要包括数据编辑处理、查询后台处理软件等。系统网络架构如图1所示。
        图1 系统网络架构
        2.2 电力线路智能巡检导航系统功能
        2.2.1 数据采集
        数据采集功能：①可以对输配电力数据进行采集，包括：电力线、杆塔、变电站等电力设施。采集的数据存储于终端设备中<sup>[3]</sup>;
        ②存储的数据需要按照网络模型存储，以便进行拓扑分析。终端系统还支持对采集数据进行查询、编辑等操作;
        ③采集的电力设施可以显示在电子地图上，同时终端可以对电力设施的空间位置、属性、连接关系进行显示、表现;
        ④除可以对电力数据进行采集外，还可以采集用户轨迹数据，采集过程中电子地图必须能实时显示用户轨迹。采集完毕后，系统支持通过有线/无线网络上传其轨迹;
        ⑤系统可以在电子地图上加载显示本地轨迹，也可查询网络上其它终端上传的轨迹并下载。
        2.2.2 电力设施定位导航
        电力设施定位导航功能：
        ①可以电力设施为目标进行数据查询，并在电子地图上显示，同时支持查看电力设施属性的详细信息;
        ②以电力设施为目标点进行规划、导引，系统能自动分析出最优路径;
        ③路网数据支持本地数据、网络数据2种模式。终端可以通过网络连接后台，在线进行路径规划、导航，也可以用存储在终端上的路网数据进行本地路径规划、导航;
        ④规划模式支持多种交通模式，其中车型模式、人行模式是最基本的。车型模式规划结
果主要针对驾车用户，对于只有人可走的小路必须过滤，而人行模式必须考虑到山行小路，并能根据“基础路网数据+历史记录的轨迹数据（服务器轨迹数据）”进行规划;
        ⑤对于在导引过程中，在关键路口如岔道口或障碍物较复杂的情况下，GPS精度不能满足局部导航要求时，通过用户添加关键点指示照片，指引行进方向。系统可以通过地图点选关键点指示照片，并浏览图片。
        2.2.3 电力巡检
        电力巡检功能：
        ①用户可以根据自己或他人的历史巡检轨迹，加载轨迹，并在电子地图显示巡检路线，以及整条轨迹历史行走时间，以辅助巡检人员巡检;
        ②巡检人员在巡检过程中，到达巡检确认点后，必须通过终端系统进行巡检工作确认。终端系统能自动根据巡检确认点坐标和巡检人员当前坐标判断用户是否完成，同时上传到服务器端记录。终端系统每月可对巡检人员工作情况进行统计;
        ③巡检人员能将巡检过程中发现的问题记录，并通过无线网络上报。
        2.2.4 后台数据处理
        后台数据处理功能：
        ①系统提供GIS图形数据的维护工具，主要进行数据编辑、查询、统计;
        ②可以对基础路网进行编辑，或者导入ArcGis数据格式的基础路网数据;
        ③可以对采集的电力设施进行编辑，或批量导入ArcGis格式数据，并能对多份终端采集的数据进行合并。
        2.3 电力线路智能巡检导航系统业务设计
        2.3.1 不具备电网设施地理数据时的巡检模式
        对于目前没有电网设备地理数据和设备台帐的县局，在系统使用初期采用无数据巡检模式，即在对电网设备第一次巡检时，按照无地理数据模式制定巡检任务，用手持机巡检作业时，进行电网设备地理数据的采集。巡检作业完成后，将巡检数据上传服务器，利用GIS数据维护功能，自动生成电网地理接线图，并逐步建立电网设备台帐库。
        无地理数据巡检模式工作流程如下：
        （1）在巡检任务管理中新建只有线路名称的空线路，然后制定对应的巡检任务。
        （2）巡检人员使用手持机通过数据线下载巡检任务。
        （3）巡检作业：①电网设备地理数据采集：在巡检过程中利用手持机的GPS卫星定位功能，首先对该线路上的实际电网设备进行定位操作，手持机自动记录设备的实际地理坐标信息;②电网设备巡检：设备地理数据采集的同时进行巡检作业，利用手持的掌上电脑功能逐项检查，记录设备缺陷;③实时位置监控（扩展）：在巡检过程中，利用巡检手持机的GPS定位和GPRS无线传输功能，自动将巡检人员的地理位置数据上传巡检服务器，在巡检客户端可以看到巡检人员的实时位置，以实现对巡检人员位置的实时监控;④巡检轨迹：在巡检过程中，巡检手持机会自动记录巡检人员对该条线路的巡检轨迹。
        （4）巡检任务完成之后，手持机通过数据线上传巡检数据。
        （5）巡检管理：①电网设备地理数据导入：通过GIS数据维护功能，将巡检过程中记录的设备实际坐标信息和设备属性信息自动生成对应的电网线路及设备数据，形成电网地理
导航地图标注接线图，并建立设备台帐。通过以上操作，实现了电网设备数据的采集更新，从而为下次巡检提供了数据;②巡检监督：通过GIS显示功能将巡视点显示在地图上，对巡视设备是否有缺陷以及缺陷等级以不同颜进行对比显示，并查看该巡视点的详细巡视信息，包括巡视人、巡视设备名称、巡视操作时间和离杆塔距离、巡视设备有无缺陷、缺陷详细内容及所对应的缺陷等级，以对巡视人员的巡视情况和到位情况进行监督管理;③巡检轨迹管理：将已上传的巡检轨迹显示在地图中，线路和轨迹同时显示，巡视轨迹管理人员进行对比查看。管理人员可通过删除功能对轨迹点进行删除维护操作。然后选择一条最符合实际的巡检轨迹作为该条线路的标准巡检轨迹，在下次巡视作业时把线路对应的标准轨迹下载到巡检手持机中，电子地图中则可显示线路图形和巡检轨迹，并可利用GPS定位与标准巡检轨迹实现巡检导航<sup>[4]</sup>。