劉家軍，陶凱，楊帆，張?zhí)?/p>

（ 西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院， 陜西 西安 710048）

電力檢修作業(yè)現(xiàn)場操作信息的有效利用直接關(guān)乎到接地線掛接的安全進行。 電力線路檢修的安全措施采用工作票制度[1-2]，人工直接參與完成掛接信息的傳達(dá)和收集，因此存在和誤操作信息遺漏的可能性[3-4]。 文獻(xiàn)[5-7] 針對電力系統(tǒng)檢修工作中掛、拆除地線存在的問題，提出了一種新型電力檢修作業(yè)地線裝置，用于解決目前檢修作業(yè)中存在的事故隱患，可以及時將接地線的工作狀態(tài)以短消息和視頻圖像的方式通過GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到調(diào)度中心，便于調(diào)度中心對現(xiàn)場工作進行實時監(jiān)控。 文獻(xiàn)[8-9]提出了一種接觸網(wǎng)作業(yè)地線的信息收集裝置，采用DSP處理器， 利用了GSM網(wǎng)絡(luò)以短信通信方式收集接觸網(wǎng)各檢修作業(yè)點下位機發(fā)送的接地線掛接狀態(tài)信息，同時通過RS232串口以及USB接口傳送給PC端后臺信息處理軟件。文獻(xiàn)[10-11]提出了一種基于鐵路電力調(diào)度接觸網(wǎng)停送電閉鎖信息處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)會根據(jù)自動監(jiān)測到的地線信息，并依據(jù)規(guī)則庫調(diào)度進行停送電防誤閉鎖， 之后生成操作票。 這些研究可實現(xiàn)電力檢修作業(yè)掛接地線掛接狀態(tài)的實時監(jiān)控和可視化管理，但是現(xiàn)場檢修工作管理人員未能直接接收電力檢修作業(yè)現(xiàn)場發(fā)送的操作信息，存在現(xiàn)場檢修工作管理人員不能共享信息并快速、全面地了解所有派出工作的接地線掛接狀態(tài)的問題，這不利于現(xiàn)場作業(yè)掛接地線的安全管理。

因此，本文設(shè)計了一種基于手持設(shè)備的電力檢修作業(yè)地線掛接信息管理系統(tǒng)。該裝置選取Android系統(tǒng)手機為硬件平臺，利用Java語言編譯，調(diào)用手機短信、彩信、圖片等功能，將現(xiàn)場作業(yè)所有設(shè)備的狀態(tài)、數(shù)量、時間、GPS用短信和圖像的形式呈現(xiàn)在手持設(shè)備上。 同時對所收到的圖像和短信數(shù)據(jù)進行分析整理后轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)端調(diào)度，方便現(xiàn)場檢修工作管理人員和遠(yuǎn)端調(diào)度管理人員快速查詢地線掛接設(shè)備的狀態(tài)及工作環(huán)境，為現(xiàn)場檢修工作管理人員了解設(shè)備工作狀態(tài)，及時判斷可能存在的事故隱患點提供判斷依據(jù)，從而合理安排現(xiàn)場檢修工作，避免和減少人工操作接地線所帶來的不便和隱患，提高管理現(xiàn)場工作的效率和質(zhì)量，提高電網(wǎng)安全生產(chǎn)。

1 Android操作系統(tǒng)的介紹

Android是Google開發(fā)的基于開源手機平臺，它包括操作系統(tǒng)、用戶界面和應(yīng)用程序，而且不存在任何以往阻礙移動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的專有權(quán)障礙[12]。Android系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要分為4個部分。

圖1 Android系統(tǒng)架構(gòu)Fig. 1 System architecture of Android

從上到下分別是應(yīng)用層（ applications）、應(yīng)用框架層（ application framework）、系統(tǒng)庫（ Libraries）和系統(tǒng)運行時（ operating environment）， 最底層是Linux內(nèi)核層（ Linux kernel）。

①應(yīng)用程序：基于Android平臺的開放性，開發(fā)者可以采用Java程序語言編寫應(yīng)用程序。

②應(yīng)用程序框架：提供了應(yīng)用程序開發(fā)的各種API。 支持組件的重用和替換。

③系統(tǒng)庫：一套C/C++庫，為應(yīng)用程序框架提供支撐，為開發(fā)者提供服務(wù)。

④Linux內(nèi)核。 Linux內(nèi)核包括各部分驅(qū)動程序，如攝像頭驅(qū)動、鍵盤驅(qū)動等[13]。

Android系統(tǒng)的開放性，使得系統(tǒng)得到了快速發(fā)展， 與Android相關(guān)的服務(wù)層出不窮，Android系統(tǒng)呈現(xiàn)豐富的軟件支持、網(wǎng)絡(luò)使用良好、軟件兼容性好，界面親和的特點。 因此，利用Android操作系統(tǒng)作為電力檢修作業(yè)地線掛接信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用平臺，能夠降低開發(fā)成本，豐富操作功能，便于檢修工作管理人員在操作現(xiàn)場的使用。

2 系統(tǒng)框架的設(shè)計

本系統(tǒng)定位于在現(xiàn)場電力檢修作業(yè)地線裝置向調(diào)度中心信息收集裝置信息傳送的中間環(huán)節(jié)，主要用于實時收集所有當(dāng)前工作的接地線監(jiān)測設(shè)備返回的狀態(tài)，并顯示檢測設(shè)備所采集的檢修作業(yè)現(xiàn)場圖像信息， 并將檢測設(shè)備返回的GPS位置信息通過百度地圖支持的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)顯示到手持設(shè)備的地圖上。 所有收集到的信息在后臺軟件處理下整合成一條信息，從現(xiàn)場的手持設(shè)備上返回到遠(yuǎn)端調(diào)度的后臺設(shè)備上，用于讓遠(yuǎn)端調(diào)度管理人員更好地確認(rèn)現(xiàn)場檢修工作中地線的掛接狀態(tài)，使調(diào)度工作人員更好地確認(rèn)其在檢修工作時斷電或供電操作的安全性。 掛接地線手機監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

3 應(yīng)用程序的設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計方法采用結(jié)構(gòu)化與面向?qū)ο蟮幕旌戏椒?，在開發(fā)應(yīng)用之前需要采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方法將對應(yīng)的功能進行模塊化的設(shè)計，將系統(tǒng)應(yīng)用程序分為不同功能的模塊進行編碼調(diào)試。應(yīng)用程序整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由主窗口、接地線監(jiān)測設(shè)備號碼設(shè)置、接地線狀態(tài)監(jiān)測、接地線工作環(huán)境圖片信息、接地線工作位置信息、退出系統(tǒng)六大模塊組成。

圖2 掛接地線手機監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖Fig. 2 The overall structure diagram of the mobile phone monitoring system

主窗類型是android.intent.category.LAUNCHER，通過Package Manager提供的各個APK的信息以菜單方式對各個功能進行調(diào)用。接地線監(jiān)測設(shè)備號碼設(shè)置模塊用于設(shè)置所有派出工作的接地線監(jiān)測設(shè)備的SIM卡號碼，用來接受對應(yīng)信息。 接地線狀態(tài)監(jiān)測分為兩個子模塊：狀態(tài)顯示模塊與狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊。 該模塊通過SIM號和帶有掛接標(biāo)識的圖片將對應(yīng)地線的掛接狀態(tài)反饋給現(xiàn)場檢修作業(yè)人員和調(diào)度管理人員。 接地線工作環(huán)境圖片信息模塊，對彩信處理后得到對應(yīng)地線的圖片。 接地線工作位置信息，從短信里面提取出經(jīng)緯度信息，處理以后將位置信息顯示在手持設(shè)備所加載的地圖模塊上。 退出系統(tǒng)模塊，本模塊用于在檢修工作結(jié)束以后退出整個檢測系統(tǒng)，在退出系統(tǒng)的同時清除數(shù)據(jù)庫的所有信息，在下次檢修工作時系統(tǒng)不存在無用信息。

圖3 應(yīng)用程序整體結(jié)構(gòu)Fig. 3 The overall structure of the application program

3.1 SQLite數(shù)據(jù)庫的使用

SQLite數(shù)據(jù)庫的使用，必須先創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。Android中操作數(shù)據(jù)庫的最主要的API是SQLiteOpenHelper類，要想創(chuàng)建必須繼承這個類。 根據(jù)開發(fā)應(yīng)用程序的需要，SQLiteOpenHelper類中封裝了創(chuàng)建和更新數(shù)據(jù)庫的各種邏輯和方法[14]。

本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的建立和操作是通過SRC文件夾下的dataadapter.java文件實現(xiàn)的。

首先在數(shù)據(jù)庫中定義出本系統(tǒng)中所要應(yīng)用的字段信息，此信息包括：編號、SIM卡號碼、線路號、支柱號、緯度信息、經(jīng)度信息、地線狀態(tài)信息、圖片信息。 以編號字段為例下面為其定義的源代碼：

public static final String KEY_ROWID = "_id"。

定義成功數(shù)據(jù)庫字段以后就可以定義數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫的表名以及定義一些建立數(shù)據(jù)庫的字符串命令。 本數(shù)據(jù)庫是通過SQLiteOpenHelper方法建立的， 然后通過dataadapter類來繼承SQLite Open Helper方法來提供接口來調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫建立完畢以后，還需要給數(shù)據(jù)庫建立一些數(shù)據(jù)的接口，以用來使各個模塊可以通過這些接口來給數(shù)據(jù)庫加入相應(yīng)的內(nèi)容， 這些數(shù)據(jù)接口包括：插入SIM卡號碼接口、更新支柱號接口、更新經(jīng)緯度信息接口、更新狀態(tài)信息接口、更新圖片信息接口、刪除號碼接口、刪除數(shù)據(jù)庫接口。 還必須建立一些訪問數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的接口，以用來使各個功能模塊查詢數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)接口包括：獲取SIM卡號碼接口、獲取所有緯度信息接口、獲取所有經(jīng)度信息接口、獲取狀態(tài)信息接口、獲取圖片信息接口。 SQLite數(shù)據(jù)庫圖表示意圖如圖4所示。

圖4 SQLite數(shù)據(jù)庫圖表示意圖Fig. 4 Chart diagram of SQLite

3.2 短信收取及轉(zhuǎn)發(fā)模塊的開發(fā)

短信息的常用編碼模式有Text模式和PDU模式[15]。而在Android系統(tǒng)中用的是PDU模式。PDU是指通訊單元，它規(guī)定了數(shù)據(jù)中除了用戶發(fā)送的信息之外，還包含另外其他的字段，而且規(guī)定字段中每個數(shù)據(jù)位為0或1所代表的意義。 PDU是通過十六進制編碼的。 從終端設(shè)備發(fā)出的PDU編碼包含了大量的信息， 系統(tǒng)通過這些信息來完成短信服務(wù)的全過程。 系統(tǒng)短信服務(wù)過程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)短信服務(wù)過程Fig. 5 Process of system SMS service

3.2.1 短信收取模塊

短信收取模塊包括兩個方面的內(nèi)容：短訊收取存庫文件、短信顯示文件。

短信收取存庫文件在scr 文件夾中的SMSreceiver.java 文件中， 在進入系統(tǒng)APP后立即運行此后臺文件， 系統(tǒng)開始監(jiān)聽Android系統(tǒng)是否有發(fā)出短信的廣播， 短信息傳入時Android系統(tǒng)底層開始推送，本系統(tǒng)攔截到此短息廣播后提取出此短信的內(nèi)容，與數(shù)據(jù)庫中的號碼相匹配成功即進入下一步操作否則丟棄此廣播內(nèi)容，號碼匹配成功后再與相應(yīng)的內(nèi)容模板相匹配，匹配成功的話即提取短信內(nèi)容中相應(yīng)的信息并存入數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)號碼的位置，否則系統(tǒng)丟棄此短信內(nèi)容。

接地線信息收集裝置掛接成功的短信模板形式為“ *******號地線已掛接成功！ ***號支柱”，當(dāng)收到的短信內(nèi)容與此內(nèi)容匹配成功以后提取相應(yīng)的線路號和支柱號存入數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的位置，并將此地線的狀態(tài)在系統(tǒng)中顯示為掛接。 接地線信息收集裝置摘下成功的短信模板形式為“ *******號地線已成功摘下！ ***號支柱”，當(dāng)收到的短信內(nèi)容與此內(nèi)容匹配成功以后就將此地線的狀態(tài)在系統(tǒng)中顯示為摘下。 短信收取文件流程如圖6所示。

圖6 短信收取文件流程圖Fig. 6 Flow chart of SMS collection file

短信顯示文件源程序在scr 文件夾中的Activity02.java文件中。當(dāng)點擊“ 顯示狀態(tài)”按鈕時，系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)庫中所有的號碼信息和相應(yīng)的狀態(tài)信息，如果對應(yīng)的是掛接狀態(tài)及將此接地線監(jiān)測裝置的SIM卡號碼與系統(tǒng)中對應(yīng)的掛接圖標(biāo)相對應(yīng)，否則就將相應(yīng)的SIM卡號碼與系統(tǒng)中對應(yīng)的摘下圖標(biāo)相對應(yīng)。 短信顯示文件流程如圖7所示。

圖7 短信顯示文件流程圖Fig. 7 Flow chart of message display

3.2.2 短信轉(zhuǎn)發(fā)模塊

短信轉(zhuǎn)發(fā)模塊源程序在scr 文件夾中的Activity02.java文件中。 當(dāng)點擊“ 轉(zhuǎn)發(fā)”按鈕進入顯示狀態(tài)界面點擊轉(zhuǎn)發(fā)按鈕時， 調(diào)取輸入號碼的對話框，點擊輸入條是調(diào)取出系統(tǒng)鍵盤插件，就可以輸入所要收取轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)信息的SIM卡號碼， 輸入完成以后點擊對話框中的取消按鈕時即關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)對話框系統(tǒng)不作任何處理；當(dāng)點擊確認(rèn)按鈕時，首先系統(tǒng)先建立一個要發(fā)送的空的短信文本，然后遍歷數(shù)據(jù)庫中全部監(jiān)測設(shè)備的號碼和狀態(tài)信息，按照數(shù)據(jù)庫中ID順序先將設(shè)備號碼加入短信文本內(nèi)容然后進行狀態(tài)判斷。

如果沒有接到掛接短信或者只接到摘下信息，數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的狀態(tài)信息為0或者NULL， 這時在這個號碼后加入“ 摘下”文字信息；如果接到了掛接成功的信息，數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的狀態(tài)信息為1，這時在此號碼后加入“ 掛接”文字信息。

當(dāng)遍歷完成以后提取對話框中的號碼，將此號碼加入此短信的發(fā)送目的地，最后調(diào)用Android中的發(fā)送短信方法將此文本信息發(fā)送出去。 短信轉(zhuǎn)發(fā)流程如圖8所示。

圖8 短信轉(zhuǎn)發(fā)流程圖Fig. 8 Flow chart of SMS forwarding

轉(zhuǎn)發(fā)短信界面的對話框是通過Android提供的Dialog Builder接口方法來實現(xiàn)的， 這個接口省略了我們使用繼承的方法，在此我們所設(shè)計的這個對話框只在轉(zhuǎn)發(fā)短信時才調(diào)用， 僅僅為這一次使用而去創(chuàng)造一個新的類， 對程序設(shè)計來說比較麻煩也不利于后續(xù)的開發(fā)， 對運行本系統(tǒng)的設(shè)備來說是資源的浪費。 下面是建立此設(shè)計對話框的程序源代碼：

3.3 彩信收取模塊的開發(fā)

彩信收取模塊包括彩信圖片監(jiān)聽、圖片存儲和圖片顯示三部分，源程序分別保存在scr文件夾中的MMSreceiver.java，saveImage.java 和Activity03.java 文件中。

彩信圖片信息的傳播方式采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制。當(dāng)有彩信傳入系統(tǒng)中時，Android手機系統(tǒng)會向應(yīng)用程序?qū)影l(fā)送一個有序廣播Intents.WAP_PUSH_RECEIVED_ACTION， 我們需要注冊一個廣播接收器用來專門接收該有序廣播。 優(yōu)先級的高低決定應(yīng)用接收到此廣播的順序。

Android手機每次收到彩信時，Android源碼均會向應(yīng)用程序?qū)影l(fā)送一個彩信的有序廣播Intent.WAP_PUSH_RECEIVED_ACTION，此廣播用來向應(yīng)用程序通知有新彩信的到達(dá)。 系統(tǒng)接到彩信有序廣播的data中獲取彩信的消息頭信息， 這些系統(tǒng)收到彩信的消息頭信息必須應(yīng)用相應(yīng)的PDU工具來解析。 獲取到相應(yīng)彩信附件的下載地址以后，利用系統(tǒng)中HTTP協(xié)議的get方法從彩信服務(wù)中心下載此彩信信息中的所有附件信息，此時得到的彩信附件信息是一個byte數(shù)組， 使用PDU解析工具對彩信附件的byte數(shù)組進行解析就能得到彩信附件的具體信息。 彩信收取流程如圖9所示。

3.4 位置顯示模塊的開發(fā)

位置顯示模塊源程序在scr文件夾中的Activity 04.java文件中。當(dāng)點擊顯示位置按鈕時，系統(tǒng)調(diào)用百度地圖API文件， 如果是首次進入顯示界面系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡(luò)更新現(xiàn)有的地圖信息，如果在之前已使用過此界面那么地圖信息已保存在此API文件中可以直接顯示。 當(dāng)?shù)貓D信息加載完成以后系統(tǒng)自動打開數(shù)據(jù)庫查詢所有SIM卡號碼后的經(jīng)緯度信息， 將每個號碼所對應(yīng)的經(jīng)緯度信息提取出來以后調(diào)用addOverlay方法將經(jīng)緯度信息加入百度地圖的API文件中，然后添加坐標(biāo)圖片在地圖的相應(yīng)位置覆蓋出此時設(shè)備的位置點，當(dāng)一次地圖標(biāo)定工作完成以后系統(tǒng)有自動返回數(shù)據(jù)庫中提取下一個號碼的經(jīng)緯度然后進行標(biāo)定，直到數(shù)據(jù)庫中的號碼信息為空時系統(tǒng)停止查詢數(shù)據(jù)庫中經(jīng)緯度信息，從而地圖顯示功能也就得到實現(xiàn)[16]。

圖9 彩信收取流程圖Fig. 9 Flow chart for MMS

位置信息的短信模板形式為“ *******時間：**時** 分** 秒 緯 度：**.*******，N 經(jīng) 度：***.*******，E” 當(dāng)系統(tǒng)收到的短信內(nèi)容與此條短信內(nèi)容匹配成功時， 系統(tǒng)將提取出此短信的SIM卡號碼和相應(yīng)的經(jīng)緯度信息， 在數(shù)據(jù)庫中以相應(yīng)的SIM卡號碼為標(biāo)志的對應(yīng)位置存儲此設(shè)備的經(jīng)緯度信息，處理以后將其在地圖中的相應(yīng)位置上標(biāo)示出來。 圖10為位置顯示流程圖。

圖10 位置顯示流程圖Fig. 10 Flow chart of position display

4 結(jié)語

本文綜合考慮了在電力線路檢修作業(yè)掛接地線的安線的安全要求及實用推廣性，并結(jié)合檢修現(xiàn)場管理人員的各種實時需求等多種因素，使用了目前手持設(shè)備市場占有率最高的Android平臺開發(fā)了這套系統(tǒng)。 解決了地線掛接整個工作流程中現(xiàn)場信息實時管理與掛接地線可靠監(jiān)控的問題，以現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了工作現(xiàn)場對接地線作業(yè)狀態(tài)的可視化圖像檢測和信息管理，從而在整個工作流程上保障電力線路檢修掛接地線作業(yè)的安全，并可杜絕掛接地線誤送電事故的發(fā)生，從而大大降低作業(yè)人員傷亡的風(fēng)險。

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