張云飛

（國網江蘇省電力公司徐州供電公司）

基于GPS的智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)的研究

張云飛

（國網江蘇省電力公司徐州供電公司）

輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其巡檢管理是有效保證輸電線路及其設備安全的一項重要基礎性工作。本文詳細介紹了一種依托GIS管理平臺，以全球定位系統(tǒng)GPS為地理定位的技術手段，將智能手機、后臺管理機、計算機和網絡通信技術融為一體的智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有圖形數(shù)據管理、數(shù)據采集管理、巡檢任務管理、設備缺陷管理，以及巡檢人員和硬件設備的管理等功能，能夠滿足巡檢工作快速、高效和實時的要求。

GPS；輸電線路；巡檢；智能手機；巡檢管理主機

0 引言

傳統(tǒng)的輸電線路巡檢管理方法：巡檢人員對輸電線路的巡線過程中，發(fā)現(xiàn)輸電線路或設備存在故障時，以輸電線路的桿塔編號或類似方法作為參照，對故障點位置進行手工記錄，然后口頭或電話匯報給管理部門。此模式的突出問題在于難以準確記錄故障點的發(fā)生位置、時效性差且管理效率低，故構建智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)來提高輸電線路巡檢效率和巡檢準確率就具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 現(xiàn)階段輸電線路巡檢系統(tǒng)的局限性

近年來一些輸電線路巡檢系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，這些系統(tǒng)通過在桿塔上安裝巡視電子標簽、條形碼或二維碼等自動識別器件，輔以后臺計算軟件進行集中管理，在提高輸電線路巡檢效率方面發(fā)揮了重要作用。但仍存在局限性：安裝電子標簽可以有效避免漏檢的發(fā)生，但其安裝復雜且長期暴露在野外，容易遭受損壞而影響巡檢數(shù)據的正確性；缺陷票的填寫由巡檢人員現(xiàn)場手工完成，效率低下且缺陷描述不夠規(guī)范，使得線路缺陷匯總分析的工作量沒有實質性減少，影響了輸電線路巡檢管理效率的進一步提高；沒有根據輸電線路巡檢的需求及行業(yè)特點，應用地理信息系統(tǒng)及GPS等先進技術，不能實時和有效查看巡檢數(shù)據及了解巡檢任務的狀態(tài)；巡檢任務調度的管理采用定期按照規(guī)定線路的方式進行，無法很好地應對突發(fā)事故，靈活性較差[1,2]。

基于GPS的智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)將衛(wèi)星定位、無線網絡、無線通信、智能手機等技術融合為一體能夠實現(xiàn)輸電線路巡檢信息的遠程傳遞。應用地理信息系統(tǒng)和GPS技術能夠顯著提高輸電線路巡檢系統(tǒng)的直觀性和實時性，以確保輸電線路巡檢工作的高效進行。

2 基于GPS的智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)的工作原理

服務器端由表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據層等構成。其中，表現(xiàn)層主要是通過智能手機進行基礎的數(shù)據采集、信息查詢、地圖操作等工作；表現(xiàn)層根據業(yè)務需求調用服務器資源，來實現(xiàn)輸電線路巡視、數(shù)據傳輸、數(shù)據提供等工作在業(yè)務邏輯層上實現(xiàn)；數(shù)據層則負責整個系統(tǒng)的數(shù)據存儲和管理（具體如圖1所示）。

圖1 基于GPS的智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)的架構

系統(tǒng)的工作原理：智能手機的智能巡視終端管理軟件通過通訊接口從主站接收本次巡視任務；巡檢人員在到達巡檢地點后，使用智能手機的GPS接收器接收GPS衛(wèi)星信號，并把接收到的GPS信號通過接口上傳至主站，主站會和本次巡視任務中巡視點的經緯度坐標進行比較，判斷是否巡視到位；若該巡視點存在隱患，可以從智能手機的巡視終端管理軟件中進行登記并實時上傳至主站。

3 基于GPS的智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)的功能設計

根據輸電線路巡檢工作的實際需求，基于GPS的智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)應包含如下功能。

（1）圖形化管理

通過與GIS管理平臺的集成，實現(xiàn)以地理圖層為背景的輸電線路巡檢管理，使巡檢管理人員能夠很方便查閱線路概況及線路圖，調出具體的線路圖；能夠實時查看巡檢任務的軌跡以及必檢點的實際地理位置，從而相對準確地對各巡檢任務的完成難度進行估計，對巡檢人員的工作量進行合理的安排；根據線路的地理走向分布及其周圍地理情況，為巡檢人員確定最合理的線路巡檢路線[3]。巡檢人員也可以利用數(shù)據庫查詢功能，查詢線路的信息及其相應的位置、電網圖的信息及線桿間的規(guī)律檔距。

（2）巡檢任務管理

根據巡檢工作規(guī)定和實際情況，巡檢管理人員制定不同類型的巡檢任務，以適應不同輸電線路巡檢的需要。

通過設置巡檢任務的智能手機編號、線路編號、巡檢要求、巡檢類型、本次巡檢的必檢點（本次巡檢的必檢點由線路的備選必檢點中選出），每次線路巡檢可以使用多個智能手機巡檢同一條線路或者多條線路，能夠避免由于同桿架設、平行架設導致線路巡檢無法安排的情況，對巡檢人員的巡視路徑做到精確控制，提高巡檢工作質量。

巡檢任務制定后，由巡檢管理人員將任務設置為發(fā)布狀態(tài)，巡檢工作人員再登錄系統(tǒng)，通過身份認證后，就會看到自己需要完成的巡檢任務。巡檢任務信息包括需要巡視的線路（以起始和截止桿塔標示）、必檢點、任務的截止完成時間、任務狀態(tài)以及各個待巡檢點的狀態(tài)。巡檢人員能夠將自己的巡檢任務通過USB接口下載到智能手機上，然后開始線路巡檢工作。

在巡檢任務完成后，還要對巡檢人員的任務完成情況進行驗收。任務的完成主要是根據對巡檢員的巡檢信息進行查詢處理，對照巡檢任務下達時缺陷信息表的時間和巡檢完成后的時間差別，以此來確定巡檢人員是否巡檢到位[4]。線路巡檢任務管理流程如圖2所示。

圖2 輸電線路巡檢任務管理流程圖

（3）設備缺陷管理

現(xiàn)場巡檢過程中采集的設備缺陷數(shù)據，經智能手機傳送到系統(tǒng)空間數(shù)據庫?，F(xiàn)場記錄包括：缺陷記錄、檢修記錄、設備臺帳、缺陷通知單、設備檔案、線路條圖、技術問答等；巡檢管理人員可通過對線路缺陷具體情況的分析和查詢，安排決定線路的檢修計劃[5]；通過查詢發(fā)現(xiàn)線路中的缺陷，統(tǒng)計線路的缺陷情況報表；對查詢出的缺陷記錄進行分類別、分等級管理和消缺處理，下達消缺任務，并總結打印。

（4）巡檢人員管理

智能手機由巡檢人員隨身攜帶，對巡檢人員的管理即是對智能手機的管理。通過實時讀取智能手機的GPS數(shù)據，檢查到位率，自動生成巡檢軌跡圖；可監(jiān)控巡線人員位置和工作狀況，隨時了解現(xiàn)場故障信息，并對外勤人員進行遠程技術支持；巡視管理人員可以通過智能手機實時跟蹤現(xiàn)場正在巡視的人員，并根據巡視人員發(fā)送的現(xiàn)場消息發(fā)送調度指令，協(xié)調巡視工作，協(xié)同完成巡視工作。

（5）用戶權限管理

該部分包含了所有能夠訪問智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)用戶的權限，其中也包括巡檢員。用戶有著不同的級別，每個用戶可以建立自己的用戶名，不同級別的用戶在進入了該系統(tǒng)后可以進行不同級別的操作。本文把用戶級別分成三個等級，具體如下表所示。

表 系統(tǒng)用戶級別的劃分

4 空間數(shù)據庫的構建

空間數(shù)據庫存儲著電網系統(tǒng)的地理數(shù)據，將各種地圖背景要素、電力設備要素按照特點存放在不同要素類中，并使用不同符號來表示不同電力設備?？臻g數(shù)據庫的構建是一項冗長的工作，大致需要經歷如下幾個過程（如圖3所示）。

圖3 空間數(shù)據庫的建庫流程

（1）數(shù)據組織

數(shù)據的組織也是數(shù)據庫的設計，包括空間數(shù)據分類及空間數(shù)據庫的結構設計。

（2）地圖背景數(shù)據錄入

地圖背景數(shù)據可以是柵格數(shù)據和矢量數(shù)據，通過ArcCatalog導入空間數(shù)據庫。

（3）線路和電力設備的空間數(shù)據采集錄入

首先由巡檢人員攜帶數(shù)據采集儀實地采集線路和電力設備的空間數(shù)據和部分屬性數(shù)據，采集回的數(shù)據經過校對和處理等流程，才能經由數(shù)據導入程序存儲在空間數(shù)據庫中。在本文中線路和電力設備空間數(shù)據采集工作是采用線路巡檢的GPS智能手機完成的。GPS智能手機由巡檢人員隨身攜帶，用于通過GPS技術獲取采點坐標，記錄在智能手機中，在采點工作結束后導出采點數(shù)據為Excel交換數(shù)據格式。

智能手機要先由巡檢管理員進行初始化，設置智能手機的用戶身份識別卡（Subscriber Identity Module，SIM）的號碼，該號碼用于唯一確定一臺智能手機，設置智能手機的工作模式為采點模式。數(shù)據采集表輔助智能手機進行數(shù)據采集，用于記錄線路和電力設備的屬性信息，本設計針對各種不同的線路和電力設備采用同一張數(shù)據采集表。按照確定關系對線路和電力設備的屬性字段進行組織，各種電力設備間的關系為：以線路為主，桿塔歸屬于線路，電機、電容、開關、配變這4種設備歸屬于桿塔。電廠與電力設備間不存在從屬關系，獨立存在。

巡檢人員攜帶智能手機和數(shù)據采集表實地采集電力設備的空間數(shù)據和屬性數(shù)據。用智能手機在采點模式下采集各種電力設備的空間信息，同時在數(shù)據采集表中記錄該電力設備的屬性信息，智能手機中各個已采點的空間數(shù)據通過采點號與數(shù)據采集表中的屬性數(shù)據進行關聯(lián)[6]。數(shù)據采集表中部分屬性數(shù)據也可以在后期通過程序進行完善，但一些主要數(shù)據字段關系到生成線路地理接線圖的正確性，必須填寫正確，如：上下級桿塔號、所屬線路名稱等。

當一條線路的數(shù)據采集完成后，由巡檢人員將智能手機中的采點數(shù)據通過數(shù)據導出程序轉換為固定格式的Excel表格數(shù)據，同時也需要將數(shù)據采集表中的數(shù)據手動輸入成Excel格式數(shù)據，這兩個Excel數(shù)據文件被發(fā)送回電力局數(shù)據中心，由工作人員進行數(shù)據格式預處理，然后再通過數(shù)據導入程序將各條線路的采點數(shù)據導入空間數(shù)據庫。

（4）電力設備的屬性數(shù)據采集錄入

由于智能手機功能所限，不能夠采集記錄各種電力設備的全部屬性信息，所以系統(tǒng)提供數(shù)據完善Web子系統(tǒng)進行電力設備屬性數(shù)據的錄入和維護。

（5）空間數(shù)據庫的編輯修改維護

主要是電力設備的新增、修改和刪除以及輸電線路地理接線圖的修改和維護。

5 結束語

隨著我國經濟快速發(fā)展，電網運行的控制及管理工作變得較以往任何時期都更為復雜。輸電線路和電力設備由于長期暴露在大自然之中，不僅承受正常機械載荷和電力負荷的作用，而且外力侵害等多種因素將會促使設備老化、疲勞、氧化和腐蝕，如不及時發(fā)現(xiàn)和消除，就可能會發(fā)展成為各種故障，對電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定構成威脅[7]。所以對輸電線路巡檢進行科學有效的管理，及時發(fā)現(xiàn)并處理事故，保證輸電線路和電力設備的正常運行關系重大。

基于此，本文構建了基于GPS的智能化輸電線路巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使巡檢人員擺脫原始的紙質記錄方式，降低人為因素帶來的漏檢或錯檢，使管理部門有效監(jiān)督巡檢人員工作狀態(tài)成為可能。

[1] 魏翼如.基于J2EE的輸電線路巡檢系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].北京:華北電力大學,2013．

[2] 魏峰.超高壓輸電線路巡檢系統(tǒng)的研究[D].濟南:山東大學,2013．

[3] 張華,徐原春,姚曉春,趙亮,唐超.一種配網巡檢管理系統(tǒng)的開發(fā)[J].電氣技術,2012（12）．

[4] 陳亮,王波,蔣才明.智能輸電線路巡檢系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電工電氣,2014（9）．

[5] 馬興譽.基于航拍圖像的輸電線路自動巡檢相關技術研究[D].北京:華北電力大學,2016．

[6] 任潤虎,徐振梅.手持式PDA配電智能視頻巡檢管理系統(tǒng)設計[J].電氣技術,2013（4）．

[7] 陳仕龍,謝佳偉,畢貴紅,張杰,張文英,高超.一種特高壓直流輸電線路神經網絡雙端故障測距新方法[J].電工技術學報,2015（4）．

2017-06-14）