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        接觸網(wǎng)檢修掛接地線管理可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2013-01-16 08:32:36史超美王勇科李強(qiáng)劉家軍王琳
        電網(wǎng)與清潔能源 2013年3期
        關(guān)鍵詞:電子地圖網(wǎng)路圖層

        史超美,王勇科,李強(qiáng),劉家軍,王琳

        (1.中鐵二院西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,陜西西安 710054;2.西安鐵路局供電處,陜西西安710054;3.西安理工大學(xué),陜西 西 安 710048)

        掛接地線是接觸網(wǎng)路檢修施工中的一項(xiàng)重要的電氣安全技術(shù)措施。針對(duì)線路檢修臨時(shí)接地線的安全掛接拆卸問(wèn)題,現(xiàn)有的接地線管理系統(tǒng)只能完成對(duì)檢修作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)接地狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[1-6],不能反映作業(yè)線路的地理環(huán)境屬性和接地線作業(yè)的掛接狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)圖像信息,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電力檢修掛接作業(yè)地線的接地狀態(tài)空間分析和可視化管理等更高層次的功能方面存在局限,監(jiān)控效率低下。

        因此,建立基于VB與GIS的地線掛接信息管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。將傳統(tǒng)接地線管理系統(tǒng)與GIS相結(jié)合,描述接觸網(wǎng)路檢修情況,在數(shù)字化地理圖上詳盡、直觀地描述接觸網(wǎng)路檢修情況及懸掛地點(diǎn)地理信息,實(shí)現(xiàn)信息的集中化、可視化、地理信息化管理。做到生產(chǎn)調(diào)度對(duì)線路維護(hù)人員的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控,快速準(zhǔn)確地判斷故障處理情況,從而提高檢修工作效率和線路維護(hù)水平,所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率是顯而易見的。

        1 GIS概述

        地理信息系統(tǒng)(GIS-GeographicInformationSystem)起源于20世紀(jì)60年代,是一種為了獲取、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)化的軟件管理系統(tǒng)[7]。GIS技術(shù)深入到許多電力專業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)域,利用GIS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息可視化應(yīng)用[8-9]。接觸網(wǎng)路域分布廣,涉及的設(shè)備數(shù)量龐大,并且涉及區(qū)域內(nèi)的地理空間圖形以及相關(guān)的屬性數(shù)據(jù),引入GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)分析拓?fù)涔δ芸梢院芎玫孛枋鲭娏z修作業(yè)的空間、屬性、拓?fù)?、運(yùn)行信息,大大的提高了系統(tǒng)的直觀性[10-17]。

        2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

        2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        基于可視化GIS技術(shù)的地線掛接信息管理系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 The structure frame of system

        數(shù)據(jù)通信單元主要實(shí)現(xiàn)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)與檢修作業(yè)掛接地線信息收集裝置的數(shù)據(jù)通信,負(fù)責(zé)接收地線作業(yè)信息和發(fā)送告警信息。

        GIS平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)電子地圖維護(hù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)和地圖化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理,負(fù)責(zé)將掛接地線信息圖形化和維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫(kù),配合電子地圖和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)檢修作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)的地圖化監(jiān)測(cè)。

        后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)線路屬性信息、地線作業(yè)信息和系統(tǒng)用戶信息的錄入、修改和維護(hù)。

        2.2 系統(tǒng)功能

        根據(jù)用戶的需求,系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)了地圖編輯維護(hù)功能、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能、歷史記錄查詢功能、線路信息維護(hù)功能、用戶信息管理功能、系統(tǒng)維護(hù)功能共六個(gè)功能模塊如圖2所示。

        圖2 系統(tǒng)功能模塊Fig.2 The modules of system function

        地圖編輯模塊有圖層編輯和數(shù)據(jù)編輯功能。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊有實(shí)時(shí)GIS監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)細(xì)節(jié)圖、現(xiàn)場(chǎng)圖像監(jiān)測(cè)功能。歷史記錄查詢模塊有GIS圖形查詢、作業(yè)記錄查詢、報(bào)表打印與數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。線路信息管理模塊有線路信息添加、修改、刪除、導(dǎo)出、打印功能。用戶管理模塊有用戶信息添加、修改、刪除功能。系統(tǒng)維護(hù)模塊有系統(tǒng)備份修復(fù)、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)功能。

        2.3 系統(tǒng)工作原理

        接地線在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)安裝在接觸網(wǎng)路上的接地線的作業(yè)狀態(tài)和拍攝安裝位置的地理圖像,分別通過(guò)GSM和GPRS網(wǎng)絡(luò),向安裝在監(jiān)控中心的檢修作業(yè)掛接地線信息收集裝置發(fā)送包含接地作業(yè)信息的短消息和包含現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)圖像的彩信,檢修作業(yè)掛接地線信息收集裝置與管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信單元進(jìn)行通信,將數(shù)據(jù)信息上傳至系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù),管理信息系統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)短消息進(jìn)行分析和處理,配合GIS平臺(tái)上的電子地圖實(shí)現(xiàn)地圖化的同時(shí)更新維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫(kù),將彩信與接觸網(wǎng)路屬性信息和電子地圖進(jìn)行關(guān)聯(lián),對(duì)彩信進(jìn)行解碼和圖像還原處理,匹配關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息和接觸網(wǎng)路信息,系統(tǒng)在電子地圖上突出顯示實(shí)時(shí)作業(yè)位置,支持現(xiàn)場(chǎng)地理畫面查看,實(shí)現(xiàn)對(duì)地線掛接作業(yè)情況的圖形化監(jiān)測(cè)和空間數(shù)據(jù)管理,在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)報(bào)警,提示操作人員預(yù)防誤操作的發(fā)生。圖3是系統(tǒng)流程圖。

        圖3 系統(tǒng)流程圖Fig.3 The system flowchart

        3 軟件開發(fā)與算法實(shí)現(xiàn)

        3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)工具

        為了開發(fā)系統(tǒng)的安全性,本系統(tǒng)采用Access 2000。本系統(tǒng)在Access 2000數(shù)據(jù)庫(kù)中存貯數(shù)據(jù)有;線路屬性信息庫(kù),主要是接觸網(wǎng)路及附屬設(shè)備信息;地線掛接實(shí)時(shí)信息庫(kù),即從現(xiàn)場(chǎng)接地線在線監(jiān)測(cè)裝置獲得的實(shí)時(shí)作業(yè)信息;告警數(shù)據(jù)歷史庫(kù),即故障信息和告警信息;監(jiān)測(cè)信息歷史數(shù)據(jù)庫(kù),即從現(xiàn)場(chǎng)接地線在線監(jiān)測(cè)裝置獲得的歷史作業(yè)信息;系統(tǒng)維護(hù)庫(kù),即系統(tǒng)操作人員和系統(tǒng)維護(hù)信息;日志記錄庫(kù),即自系統(tǒng)開始運(yùn)行以來(lái)的系統(tǒng)SOE記錄。

        3.2 開發(fā)步驟

        第一步:用VB創(chuàng)建一個(gè)單文檔程序DXGJMap。

        第二步:從Project菜單中選擇component→控件,選擇MapInfo MapX V5文件加入到工程中。

        第三步:從控件工具箱選擇Map控件,加入窗體對(duì)象。

        第四步:在窗體代碼中加載一個(gè)Map對(duì)象。

        應(yīng)用程序可以通過(guò)指定文件路徑和文件名調(diào)用GST文件的方式來(lái)顯示電子地圖,方法是:Map.Geoset=FilePath+FileName。

        3.3 MapX內(nèi)建工具

        利用MapX提供的標(biāo)準(zhǔn)地圖工具進(jìn)行二次開發(fā),使其具備GIS操作的一些基本的地圖操作的功能,比如:放大、縮小、漫游、導(dǎo)航圖、圖庫(kù)互查、各種形狀的查詢、圖層管理等,為電子地圖的操作提供方便。

        漫游:Map1.CurrentTool=miPanTool;

        縮?。篗ap1.CurrentTool=miZoomInTool;

        放大:Map1.CurrentTool=miZoomOutTool;

        標(biāo)注:Map1.CurrentTool=miLabelTool

        3.4 系統(tǒng)開發(fā)

        3.4.1 數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)

        對(duì)接觸網(wǎng)路進(jìn)行線路檢修時(shí),由于同時(shí)有多組地線掛接,懸掛地點(diǎn)也比較分散,作業(yè)時(shí)間不固定,要求通信都能覆蓋[11-12]。

        GSM通訊傳播方式支持靈活組網(wǎng),并能快速進(jìn)入工作狀態(tài),已經(jīng)在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面有了很多應(yīng)用[13-15]。短消息由短消息中心存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā),發(fā)送和接收SMS信息的PDU Mode被所有的手機(jī)支持,是手機(jī)默認(rèn)的編碼方式[13-17]。為了確保通信有效、可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,本系統(tǒng)基于GSM無(wú)線公網(wǎng),將掛接地線作業(yè)信息以SMS短消息的形式系統(tǒng)雙向通信功能。

        通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)(GPRS)是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),以封包(Packet)式來(lái)傳輸,使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算,并非使用其整個(gè)頻道,成本較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114 kb/s。本系統(tǒng)選擇在GPRS網(wǎng)絡(luò)的支持下,以WAP無(wú)線應(yīng)用協(xié)議為載體,將攝像頭采集獲取的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖像以彩信(MMS)的方式,傳送至管理信息系統(tǒng)。

        管理信息系統(tǒng)通過(guò)軟件代碼訪問(wèn)以及控制與計(jì)算機(jī)RS232串口相連的檢修作業(yè)掛接地線信息收集裝置,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

        3.4.2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建

        空間數(shù)據(jù)庫(kù)可以通過(guò)兩種方法創(chuàng)建。

        一種是通過(guò)MapX的圖層生成功能創(chuàng)建。MapX是一種分層存放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),每個(gè)圖層對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性表(.TAB),該表中除了存有地理對(duì)象的位置坐標(biāo)以外,還可以包含其他屬性字段;為了在MapX控件中顯示多個(gè)不同的圖層,利用MapInfo軟件,導(dǎo)入以地理圖形作為背景圖,然后根據(jù)地理坐標(biāo)進(jìn)行圖像配準(zhǔn),創(chuàng)建所需圖層及對(duì)應(yīng)的屬性表,生成GST格式的地圖文件。然后由管理信息系統(tǒng)調(diào)用,對(duì)于不同的圖層,通過(guò)對(duì)MapX設(shè)備屬性/調(diào)用方法或相應(yīng)事件編程使用矢量繪圖技術(shù),利用VB的圖形方法和對(duì)象屬性手動(dòng)繪圖,直接向圖層中添加圖元,生成新的接觸網(wǎng)路圖。系統(tǒng)的繪圖功能包括MapInfo軟件界面中出現(xiàn)的所有繪圖和編輯功能。綜合地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)和接觸網(wǎng)路的結(jié)構(gòu),在編輯電子地圖創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),建立3個(gè)基本圖層和1個(gè)輔助層。

        ·背景圖層:接觸網(wǎng)路所在的實(shí)際地理示意圖。

        ·節(jié)點(diǎn)圖層:在具有連接關(guān)系的點(diǎn)。如兩條線路的連接點(diǎn)、變電站等。

        ·線路圖層:包括架空線和電纜。

        ·標(biāo)注圖層:用于顯示接地線符號(hào)標(biāo)注和動(dòng)態(tài)定位標(biāo)注信息。

        其中基本圖層是針對(duì)地理背景和電網(wǎng)中接觸網(wǎng)路設(shè)備的,而輔助圖層則是針對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面中的動(dòng)態(tài)定位功能而建立的,方便查詢定位信息的動(dòng)態(tài)標(biāo)注。

        另一種方法是通過(guò)導(dǎo)入帶有地理位置信息的其他數(shù)據(jù)庫(kù)生成。MapX可以通過(guò)數(shù)據(jù)綁定把這些數(shù)據(jù)庫(kù)中的地理信息映射到地圖圖層上。在本系統(tǒng)中,與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)的地理對(duì)象,如接觸網(wǎng)路、變電站、支柱等,都保存在Access數(shù)據(jù)庫(kù)中,系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)讀入這些信息,并與電子地圖進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定。這樣做可以使系統(tǒng)管理人員對(duì)線路屬性數(shù)據(jù)所做的修改都會(huì)反映到電子地圖中,同時(shí)只需改動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù),就可以自動(dòng)更新地理對(duì)象的相關(guān)屬性,這樣可以避免數(shù)據(jù)庫(kù)與地理對(duì)象的不一致,有利于數(shù)據(jù)的同步。

        3.4.3 動(dòng)態(tài)定位算法的實(shí)現(xiàn)

        在GIS平臺(tái)下,地圖的空間數(shù)據(jù)以MapX標(biāo)準(zhǔn)文件格式存儲(chǔ)在特定目錄下,圖形中每個(gè)地物均有其對(duì)應(yīng)的唯一的標(biāo)識(shí)(ID號(hào)),系統(tǒng)以此為索引建立該地物的空間數(shù)據(jù)文件,以此為關(guān)鍵字建立該地物的屬性記錄文件,按照關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)模式存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中,實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)。

        因此,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)定位采用圖形、數(shù)據(jù)雙向檢索的辦法,圖元在地圖上的地理位置標(biāo)定最終可歸為對(duì)某一圖層中線圖元的提取及其信息綜合,利用MapX組件提供的基于圖層搜索圖元的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中,使用的是Layer對(duì)象的Search方法查找地圖對(duì)象中的圖層并定位該圖層中的目標(biāo)圖元。

        下面的例子是用Search方法進(jìn)行查找:

        Dim Ftrs AS MapXlib.Features ‘圖元集合

        SET Ftrs=Lyr.Search(“ID LIKE ““%圖元名稱%”””)‘在圖元所在圖層Lyr查找圖元

        For I=1 to Ftrs.Count

        ‘執(zhí)行語(yǔ)句

        Next

        Lyr.Selection.Replace Ftrs

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出:表面積法河道兩側(cè)的計(jì)算結(jié)果均大于實(shí)體面積法的計(jì)算結(jié)果,河道北側(cè)面積相差131.88 m2,河道南側(cè)面積相差169.46 m2,造成計(jì)算結(jié)果差異的原因是兩種計(jì)算方法中對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件、特征點(diǎn)高程的處理方法不同。表面積法基于DTM 建模,采用地面高程建立三角網(wǎng)的形式計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果較接近地形變化,計(jì)算精度較高[11]。實(shí)體面積法采用平面投影的方式將復(fù)雜地形的邊坡轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)易的無(wú)變化平面,使其面積縮小,所以計(jì)算結(jié)果與表面積計(jì)算法相比精度偏低。

        ‘將當(dāng)前查詢所得的結(jié)果集全部高亮顯示(隱含執(zhí)、行:Lyr.ClearSelection語(yǔ)句)—加入selection集合。

        圖4是系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)的定位算法示意圖。

        圖4 實(shí)時(shí)監(jiān)控定位算法Fig.4 The location algorithm of real-time monitor

        3.4.4 彩信圖像處理

        系統(tǒng)獲取的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖像能夠反映接地線的真實(shí)掛接狀態(tài)、作業(yè)位置、現(xiàn)場(chǎng)的地理情形。在本系統(tǒng)中獲取的JPG圖像格式的彩信經(jīng)由信息收集裝置解碼后是連續(xù)的多幀16進(jìn)制字符串,經(jīng)過(guò)處理還原為JPG格式圖像。

        彩信處理流程:

        1)獲取多幀16進(jìn)制彩信字符串;

        2)對(duì)每一幀從字符串末位起判斷是否有JPG格式文件的結(jié)束符“FF D9”,結(jié)果為真則此幀為圖像的末尾幀,結(jié)束符后面的補(bǔ)位字符無(wú)效;

        3)從第一幀起至末尾幀,將每一幀圖像的代碼去掉SOH,信息包序號(hào),信息包序號(hào)的補(bǔ)碼,即只取數(shù)據(jù)區(qū)段。

        4)將所有幀的數(shù)據(jù)區(qū)段拼接,字符串末位是結(jié)束符“FF D9”。

        5)按照16進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)圖片的算法轉(zhuǎn)換步驟4獲得的字符串。

        6)根據(jù)短消息中接地位置信息及時(shí)間命名圖片,圖片名稱及存儲(chǔ)位置存入數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)表中。

        下面的例子是將16進(jìn)制字符串編碼轉(zhuǎn)為圖片:

        Dim byt()As Byte

        Dim s As String

        Dim i As Long

        s=MMS.Text‘16進(jìn)制字符串編碼

        ReDim byt(0 To Len(s)3-1)As Byte

        For i=1 To Len(s)Step 3

        byt(i3)=CByte(“&H”&Mid(s,i<2))

        Next

        Open App.Path& “conver_pic.jpg”For Binary As#1 ‘輸出結(jié)果圖片conver_pic.jpg

        Put#1,byt

        Close 1

        經(jīng)過(guò)圖像處理后,將結(jié)果圖通過(guò)計(jì)算機(jī)編程技術(shù)鏈接到相關(guān)的設(shè)備圖元,如接觸網(wǎng)路、接地線、桿塔、支柱等,作為屬性的一部分。以支持在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用查看地理實(shí)物圖像,在動(dòng)態(tài)定位時(shí)豐富地理空間信息,便于管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文介紹的基于可視化GIS技術(shù)的地線掛接信息管理系統(tǒng),完成了對(duì)線路檢修及掛接地線作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)物圖像和信息管理功能。,確保調(diào)度和現(xiàn)場(chǎng)維修人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確地掌握地線作業(yè)狀態(tài)信息,給調(diào)度和檢修工作帶來(lái)極大方便。本系統(tǒng)可擴(kuò)充的地線掛接信息管理系統(tǒng)。

        [1] 楊利娟,魯周迅.基于GSM線路檢修監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005(9):149-150.YANG Li-juan,LU Zhou-xun.Remote monitor system of the power earth lines status based on GSM network[J].Control&Automation,2005(9):149-150(in Chinese).

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