劉家軍，劉夢娜，安 源

(西安理工大學水利水電學院，陜西 西安 710048)

基于GIS的網(wǎng)絡(luò)化接觸網(wǎng)檢修掛接地線信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉家軍，劉夢娜，安 源

(西安理工大學水利水電學院，陜西 西安 710048)

針對接觸網(wǎng)檢修過程中接地線集中管理以及實時監(jiān)測方面存在的不足和漏洞，引入GIS平臺利用對MapX的二次開發(fā)完成地線作業(yè)位置和掛接狀態(tài)在電子地圖上的連續(xù)定位和動態(tài)顯示。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，結(jié)合 Web與數(shù)據(jù)庫互聯(lián)技術(shù)、Ajax技術(shù)，開發(fā)了基于瀏覽器/服務(wù)器(B/S)模式的地線作業(yè)信息共享子系統(tǒng)。實現(xiàn)了臨時接地線工具編碼識別與管理、地線作業(yè)狀態(tài)監(jiān)測與位置標定、停送電安全檢測、漏摘告警提示和信息跨平臺實時共享等功能，滿足接地線動態(tài)管理與監(jiān)控的現(xiàn)場作業(yè)要求。

接觸網(wǎng)檢修作業(yè)；實時監(jiān)測；GIS；Web技術(shù)；信息共享

0 引言

掛接地線是接觸網(wǎng)檢修工作中必需的一種安全用具，是保證操作人員人身安全的一道有力屏障[1]，合理科學的地線信息管理系統(tǒng)在此就顯得至關(guān)重要。現(xiàn)有的接地線管理系統(tǒng)可以完成對檢修作業(yè)現(xiàn)場接地線狀態(tài)的實時監(jiān)測[2-8]，但也存在一些問題：臨時接地線工具管理方面存在盲區(qū)；缺乏對檢修總體流程的過程監(jiān)視，接觸網(wǎng)全線掛接狀況不能可視化呈現(xiàn)；檢修及恢復送電環(huán)節(jié)無安全性分析；此外，監(jiān)測保存的數(shù)據(jù)只能在監(jiān)控中心內(nèi)進行分析和處理，如果遠方的客戶需要瀏覽和查詢數(shù)據(jù)，只能通過移動存儲設(shè)備拷貝數(shù)據(jù)或者將報表打印出來進行查看[9]，在進入網(wǎng)絡(luò)時代的今天，這種傳遞數(shù)據(jù)與信息的方式是比較落后的?？梢姡壳暗墓芾矸绞揭堰h遠不能滿足我們對智能化、自動化以及可靠性方面的要求。

因此，建立一套基于GIS的網(wǎng)絡(luò)化接觸網(wǎng)檢修掛接地線信息管理系統(tǒng)是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。將GIS技術(shù)、Web技術(shù)、Ajax技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與現(xiàn)有的接地線管理系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)接地線掛接信息監(jiān)測、處理、管理的現(xiàn)代化以及各項信息發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)化，完成地線監(jiān)測信息的分散收集、集中管理以及集中發(fā)布[10]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)運行于生產(chǎn)調(diào)度中心的服務(wù)器上，由監(jiān)測管理子系統(tǒng)和信息共享子系統(tǒng)共同組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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

監(jiān)測管理子系統(tǒng)與信息收集裝置[11]通過串口進行數(shù)據(jù)通信，負責接收SMS短信和MMS彩信格式的地線作業(yè)實時信息，通過不同的算法將這些監(jiān)測信息加以解碼以文字和圖像的形式反映給監(jiān)測人員，并將數(shù)據(jù)存儲于對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中。

信息共享子系統(tǒng)利用分布式Web技術(shù)在局域網(wǎng)上構(gòu)建基于B/S模式的檢修作業(yè)掛接地線信息共享系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中地線作業(yè)信息的跨平臺實時共享。

后臺數(shù)據(jù)庫在兩個子系統(tǒng)之間架起了一座橋梁，監(jiān)測管理子系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)收集與實時更新，信息共享子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫中的信息在網(wǎng)上進行發(fā)布。

2 基于GIS的地線監(jiān)測管理子系統(tǒng)

接觸網(wǎng)路域不僅涉及常規(guī)屬性信息數(shù)據(jù)，還涉及空間位置信息，如線路、桿塔、位置等與空間有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)。采用 GIS 系統(tǒng)來管理，以電子地圖作為基礎(chǔ)平臺，將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合[12]，以文圖互顯、文圖互查的形式實現(xiàn)信息傳遞、記錄和分析的功能[13]，更好地為接觸網(wǎng)地線管理提供輔助決策。

2.1 系統(tǒng)功能

根據(jù)用戶的需求，基于GIS的地線監(jiān)測管理子系統(tǒng)主要設(shè)計了如圖2所示的十個功能模塊。

圖2 系統(tǒng)功能模塊Fig. 2 Modules frame of system function

2.2 開發(fā)環(huán)境與工具

選用Visual C++ 6.0作為地線監(jiān)測管理子系統(tǒng)的開發(fā)平臺，關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Microsoft Office Access 2003作為系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫，運用MSComm控件實現(xiàn)串口通信、使用ADO訪問數(shù)據(jù)庫、利用MapX操控MapInfo軟件完成GIS的集成二次開發(fā)[14]。

2.3 軟件實現(xiàn)與算法

(1) 通信監(jiān)測模塊

MSComm作為串行通信編程的ActiveX控件，利用它與信息收集裝置進行通信，通過串口接收傳遞來的實時數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供了通過串行接口接收數(shù)據(jù)的簡便方法。當串口檢測到數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會以事件驅(qū)動通信方式與主程序進行通信，此時MSComm控件激發(fā)OnComm事件完成捕獲和處理這些通信事件[15]。

(2) 地線管理模塊

實現(xiàn)對臨時接地線工具的智能管理，每根接地線與信息監(jiān)測裝置關(guān)聯(lián)編號，在取用、掛接、摘下和歸還等一系列環(huán)節(jié)均采用唯一識別編號，支持后臺取用記錄機制，對出/入庫操作進行記錄并保存在數(shù)據(jù)庫中以備查詢打印[16]。

(3) 短/彩信息監(jiān)測模塊

通信協(xié)議中規(guī)定，地線監(jiān)測信息以三條地線作業(yè)短信、一條彩信、一條GPS定位短信的順序通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳遞到信息收集裝置上。系統(tǒng)通過串口接收收集裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息并傳遞到相應(yīng)功能函數(shù)中進行解碼、還原，在主界面以文字和圖片的形式呈現(xiàn)給工作人員。由于短信信息以字符型進行編譯、發(fā)送，彩信信息數(shù)據(jù)中JPEG圖片數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)，其余為由ASCII碼編譯的字符型數(shù)據(jù)，故涉及到十六進制接收與字符接收兩種接收方式。為確保數(shù)據(jù)的完整性，本系統(tǒng)采取以兩種數(shù)據(jù)接收方式同時接收，對失真數(shù)據(jù)進行拋出的方式。串口數(shù)據(jù)的分類算法如圖3所示。

圖3 串口數(shù)據(jù)分類算法Fig. 3 Classification algorithm of serial data

(4) GPS實時標定模塊

利用GPS定位的高可靠性，為確認作業(yè)區(qū)間/站點提供輔助依據(jù)[17]。串口監(jiān)聽的GPS定位數(shù)據(jù)主要內(nèi)容為地線作業(yè)點經(jīng)緯度，針對其先緯度后經(jīng)度的數(shù)據(jù)順序，首先對數(shù)據(jù)進行重組，其次在地圖相應(yīng)坐標標定接地符號，具體的算法如圖4所示。

圖4 GPS定位算法Fig. 4 Algorithm of GPS location

(5) 區(qū)段、支柱實時標定模塊

標定算法如圖5所示，首先將還原的地線作業(yè)數(shù)據(jù)中的線路、區(qū)間/站點和支柱編號與線路拓撲圖以及二次細節(jié)圖綁定的數(shù)據(jù)庫進行關(guān)聯(lián)定位地線作業(yè)位置；其次獲取作業(yè)狀態(tài)和接地線編號，當某根地線為掛接狀態(tài)時在作業(yè)位置上增加接地符號圖元、接地線編號標注圖元，相反當判斷其為摘下時刪除相應(yīng)的接地符號圖元、撤銷相關(guān)的標注。通過增加、刪除接地符號圖元和標注圖元，改變線路拓撲圖及二次細節(jié)圖的輸出，實現(xiàn)對接觸網(wǎng)檢修總體過程的全面監(jiān)視、對全線整體掛接狀況的可視化呈現(xiàn)，細化至具體支柱，避免不按規(guī)定掛設(shè)、錯誤掛設(shè)接地線的現(xiàn)象出現(xiàn)。

圖5 區(qū)段支柱定位算法Fig. 5 Segment pillar positioning algorithm

(6) 手動標定模塊

為滿足工作人員對于歷史信息的全方位查詢，當手動點擊某條歷史信息時，會在匹配線路的拓撲圖上定位出作業(yè)區(qū)間/站點、標注出接地線編號，在二次細節(jié)圖上定位作業(yè)支柱號并在地理地圖上定位作業(yè)經(jīng)緯度。

(7) 數(shù)據(jù)庫管理模塊

將地線出/入庫使用記錄、還原的地線作業(yè)信息、GPS信息分別存儲于相關(guān)數(shù)據(jù)庫中，可對數(shù)據(jù)進行手動備份、恢復、查詢、打印和excel導出等操作。同時為防止數(shù)據(jù)意外損壞追加數(shù)據(jù)庫定時備份功能，系統(tǒng)關(guān)閉時會自動備份本次檢修任務(wù)中所有地線的使用記錄和作業(yè)/GPS信息。

(8) 停送電安全檢測模塊

以具體線路上單個區(qū)間/站點作為基本查詢單元，在電力調(diào)度中心下達送電命令前通過訪問歷史數(shù)據(jù)庫搜索和統(tǒng)計預送電區(qū)段內(nèi)全部接地線的工作狀態(tài)，判斷此時該區(qū)段是否滿足安全送電要求，為送電環(huán)節(jié)提供可靠依據(jù)，可有效避免帶接地線合閘的惡性事故發(fā)生。圖6為具體的算法。

圖6 檢測模塊算法Fig. 6 Detection module algorithm

(9) 漏摘告警模塊

檢修任務(wù)結(jié)束后關(guān)閉系統(tǒng)時，會自動遍歷所有被監(jiān)測線路，若出現(xiàn)接地符號圖元意味著仍有接地線未成功摘下，則給出告警提示，避免由于地線漏摘所帶來的惡性事故發(fā)生。具體算法如圖7所示。

圖7 漏摘告警模塊Fig. 7 Leakage warning module algorithm

(10) 系統(tǒng)管理模塊

用戶管理包括新用戶注冊和修改密碼，同時禁止用戶越權(quán)和非法操作；幫助文檔用來協(xié)助用戶方便快捷地使用程序。

3 基于B/S模式的地線信息共享子系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)功能

該軟件采用B/S模式結(jié)構(gòu)[18]，即在TCP/IP的支持下，以HTTP為傳輸協(xié)議，客戶端通過瀏覽器訪問Web服務(wù)器以及與之相連的后臺數(shù)據(jù)庫，此模式的優(yōu)勢在于：(1) 無需開發(fā)客戶端?？蛻魴C只要安裝有普通的瀏覽器(IE)就可以運行，維護和升級工作都在服務(wù)器端進行，大大降低了開發(fā)和維護的成本。(2) 可跨平臺操作。不限制客戶機的操作系統(tǒng)，任何一臺機器只要裝有www瀏覽器軟件，均可作為客戶。地線信息共享子系統(tǒng)的功能如圖8所示，包含三個功能模塊。

圖8 系統(tǒng)功能模塊Fig. 8 Modules frame of system function

3.2 開發(fā)環(huán)境與工具

地線信息共享子系統(tǒng)選擇PHP 作為Web 應(yīng)用程序的開發(fā)平臺，以監(jiān)測管理子系統(tǒng)建立的Microsoft Office Access 2003數(shù)據(jù)庫為后臺數(shù)據(jù)庫，同時引入Ajax技術(shù)創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁。PHP作為一種在服務(wù)器端執(zhí)行嵌入HTML文檔的跨平臺腳本語言[19]，支持幾乎所有流行的數(shù)據(jù)庫以及操作系統(tǒng)，用戶在一種系統(tǒng)平臺上開發(fā)的腳本語言程序可以不加修改地在另一個系統(tǒng)平臺上運行[20]，因而它是當前用于開發(fā)Web應(yīng)用程序最流行的腳本語言之一；Ajax 是一種用于創(chuàng)建快速動態(tài)網(wǎng)頁的技術(shù)，在瀏覽器與 Web 服務(wù)器之間使用異步數(shù)據(jù)傳輸(HTTP 請求)，使網(wǎng)頁實現(xiàn)異步更新[21]，這意味著在不更新整個頁面的前提下維護數(shù)據(jù)，使得Web應(yīng)用程序更為迅捷地回應(yīng)用戶動作，并避免了在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送那些沒有改變過的信息。

3.3 軟件實現(xiàn)與算法

(1) 信息共享模塊

為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中地線作業(yè)狀況的跨平臺共享，以滿足其他站點不同層次的工作人員對監(jiān)測數(shù)據(jù)的快捷查詢要求，需在內(nèi)網(wǎng)上發(fā)布監(jiān)測管理子系統(tǒng)建立、更新的數(shù)據(jù)庫。在B/S模式的應(yīng)用系統(tǒng)中，通過Web網(wǎng)頁進行數(shù)據(jù)庫的操作，要使用Web與數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)技術(shù)(也稱動態(tài)頁面技術(shù))：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)完成對各種復雜數(shù)據(jù)的快速檢索和有效管理，web系統(tǒng)按遠端客戶機的特定訪問請求將這些數(shù)據(jù)實時地產(chǎn)生帶查詢結(jié)果的動態(tài)主頁傳送給客戶瀏覽器顯示，實現(xiàn)合法用戶在Web瀏覽器上方便地檢索和瀏覽接地線使用記錄、作業(yè)信息、GPS信息以及現(xiàn)場圖像?；赑HP的Web數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 PHP訪問數(shù)據(jù)庫方式流程圖Fig. 9 Flow chart of PHP database access way

當客戶端瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出請求一個*.php文件時，Web服務(wù)器響應(yīng)HTTP請求，檢索文件，并將其傳遞給PHP引擎處理，PHP引擎解析腳本，若腳本含有訪問數(shù)據(jù)庫的請求(SQL語句)，就通過ODBC/OLEDB與后臺數(shù)據(jù)庫相連，由ADO負責完成對數(shù)據(jù)庫的訪問操作。PHP腳本在服務(wù)器端解釋執(zhí)行，它根據(jù)訪問數(shù)據(jù)庫的結(jié)果自動生成符合HTML語言的主頁，將該HTML返回Web服務(wù)器，Web服務(wù)器再將HTML返回給客戶端瀏覽器去響應(yīng)用戶的請求，最終用戶就可以看到響應(yīng)后的結(jié)果頁面，Web服務(wù)器完成所有相應(yīng)的發(fā)布工作。

(2) 停送電安全檢測

同地線監(jiān)測管理子系統(tǒng)中的檢測模塊算法完全相同?？蛻粼跒g覽器網(wǎng)頁上點擊按鈕提出請求，根據(jù)用戶選擇的需檢測線路及區(qū)間/站點的名稱，web服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫遍歷所選區(qū)段的接地線掛接狀況，返回出檢測結(jié)果。

(3) 用戶管理

為便于對訪問系統(tǒng)的用戶進行管理，設(shè)計了用戶管理頁面程序，識別用戶的權(quán)限級別，開放相應(yīng)的功能，從而規(guī)范系統(tǒng)的安全使用。

4 結(jié)語

為了適應(yīng)電氣化鐵路事業(yè)快速發(fā)展的需要，結(jié)合最新的技術(shù)發(fā)展，借助GIS平臺，利用Web技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及Ajax技術(shù)，開發(fā)了一套基于GIS的網(wǎng)絡(luò)化接觸網(wǎng)檢修掛接地線信息管理系統(tǒng)，完成了臨時接地線工具的智能管理，檢修作業(yè)總體流程的全程監(jiān)控，地線掛接狀況的可視化呈現(xiàn)，送電環(huán)節(jié)的安全檢測以及作業(yè)信息的網(wǎng)內(nèi)共享。無備用的接觸網(wǎng)系統(tǒng)是整個供電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)[22]，該系統(tǒng)的實現(xiàn)大大加強了臨時接地線工具的監(jiān)管力度，提高了接觸網(wǎng)檢修管理的工作效率。

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(編輯 魏小麗)

Design and implementation of grounding wire networked information management system based on GIS in overhead contact system maintenance operation

LIU Jiajun, LIU Mengna, AN Yuan
(Institute of Water Resources and Hydro-electric Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)

In view that the problems and loopholes of the centralized management and the real-time monitoring of the ground wire exist in the process of the contact wire maintenance, the GIS platform is introduced to complete the continuous position and dynamic display of the ground operation position and the linked state in the electronic map by using the secondary development of MapX. In the network environment, with the technology of Web and database interconnection and Ajax, the information sharing subsystem of ground wire operation based on the browser/server (B/S) is developed. This paper realizes temporary grounding tools for coding, identification and management, operating status monitoring and location, stopping power security detection, leakage warning tips, real-time information sharing of cross platform and other functions, meeting the requirements of the field operation for the dynamic management and monitoring of the grounding wire.

overhead contact system maintenance operation; real-time monitoring; GIS; Web technology; information sharing

10.7667/PSPC151002

2015-06-15；

2015-11-30

劉家軍(1967-)，男，教授，博士生導師，主要研究方向為電力系統(tǒng)監(jiān)控與調(diào)度自動化；E-mail: liujiajun-88@163.com

劉夢娜(1992-)，女，碩士研究生，主要研究方向為電力系統(tǒng)的測量與控制；

安 源(1968-)，男，副教授，碩士生導師，主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護。

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目(2013KTCQ01-14)