毛強(qiáng), 徐云鵬

(中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 510670)

0 引 言

隨著南方電網(wǎng)公司“機(jī)巡+人巡”協(xié)同巡檢模式的全面推行，南方電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)輸電線路直升機(jī)巡檢業(yè)務(wù)得到了快速發(fā)展，僅南方電網(wǎng)公司下屬超高壓輸電公司即在三年內(nèi)由1架作業(yè)直升機(jī)增至4架分片區(qū)巡視，年巡檢線路公里數(shù)由8 000公里增至2萬(wàn)公里以上。作業(yè)直升機(jī)數(shù)量和直升機(jī)巡檢輸電線路規(guī)模、覆蓋范圍的大幅擴(kuò)大，使得制訂合理最優(yōu)直升機(jī)巡檢計(jì)劃及航線的難度和復(fù)雜性加大。南網(wǎng)超高壓公司西電東送輸電線路具有長(zhǎng)距離、大跨度、分布范圍廣和局部區(qū)域線路走廊集中等特點(diǎn)，每年直升機(jī)巡檢作業(yè)涉及大量的起降點(diǎn)和飛行航線制定，傳統(tǒng)通用航空的飛行航線繪制方法，即先進(jìn)行任務(wù)分析，在各類地圖上梳理選取相關(guān)起降點(diǎn)和航點(diǎn)，并記錄坐標(biāo)，之后繪制平面大地坐標(biāo)系圖紙，按坐標(biāo)標(biāo)記起降點(diǎn)和航點(diǎn)，連接航點(diǎn)生成航線圖。該方法應(yīng)用在直升機(jī)巡線計(jì)劃規(guī)劃和航線繪制方面，主要存在以下不足：①使用各類紙質(zhì)地圖制訂計(jì)劃和航線，首先缺乏巡檢線路基礎(chǔ)信息底圖支撐，其他包括軍民航管制區(qū)、機(jī)場(chǎng)禁飛區(qū)、各線路管轄單位所轄區(qū)段、線路特殊區(qū)段、微氣象區(qū)等情報(bào)信息分散孤立，缺乏統(tǒng)一集中管理的規(guī)劃決策平臺(tái)，進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃難度大；②由于西電東送輸電線路密集程度高、關(guān)聯(lián)性大，致使直升機(jī)巡檢起降點(diǎn)和航點(diǎn)梳理選取工作量大，同時(shí)手工繪制航線圖繁瑣且效率低下，產(chǎn)生大量紙質(zhì)資料，且繪制完成后還需要人工校核來(lái)消除誤差或錯(cuò)誤；③直升機(jī)巡線作業(yè)資料可視化程度低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)綜合展現(xiàn)、區(qū)域選擇和圖層控制等高級(jí)功能，而且缺乏實(shí)時(shí)更新效果，無(wú)法重復(fù)使用。

針對(duì)以上現(xiàn)有直升機(jī)巡檢飛行決策保障及飛行航線制訂方法的缺點(diǎn)，本文按照南方電網(wǎng)信息化建設(shè)原則要求，結(jié)合直升機(jī)巡檢作業(yè)運(yùn)行規(guī)律，設(shè)計(jì)了一種輸電線路直升機(jī)巡檢飛行決策保障及航線自動(dòng)制定系統(tǒng)，建立面向直升機(jī)巡線業(yè)務(wù)的統(tǒng)一決策平臺(tái)，全面整合機(jī)巡情報(bào)信息，實(shí)現(xiàn)輸電線路直升機(jī)巡檢資料可視化管理，根據(jù)作業(yè)需求智能化制定年度最優(yōu)合理飛行方案及計(jì)劃，自動(dòng)制訂輸出飛行航線，支撐現(xiàn)場(chǎng)智能應(yīng)用，對(duì)于科學(xué)決策和規(guī)劃規(guī)模化直升機(jī)巡檢作業(yè)、提升巡視效能具有十分重要的意義[1]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)直升機(jī)巡檢業(yè)務(wù)實(shí)際需求，立足南方電網(wǎng)精益管理，結(jié)合直升機(jī)巡檢規(guī)?；\(yùn)營(yíng)形勢(shì)，以提升直升機(jī)巡檢智能化應(yīng)用水平為目標(biāo)，綜合南網(wǎng)超高壓公司所轄電網(wǎng)資源、直升機(jī)巡檢特性、機(jī)巡情報(bào)、歷史經(jīng)驗(yàn)航線等多重信息，基于二維電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)建立直升機(jī)巡檢資料全景化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)巡資料的體系化和空間化管理。運(yùn)用多圖層過(guò)濾顯示技術(shù)，通過(guò)可視化交互方式進(jìn)行綜合處理分析，為制訂合理最優(yōu)直升機(jī)巡檢飛行計(jì)劃及航線提供決策支撐數(shù)據(jù)和信息，針對(duì)直升機(jī)巡檢業(yè)務(wù)特點(diǎn)，系統(tǒng)能夠支持多樣化終端分布移動(dòng)應(yīng)用[1-2]。系統(tǒng)基于SOA思想設(shè)計(jì)，采用底層數(shù)據(jù)平臺(tái)和上層功能應(yīng)用分離建設(shè)的模式，底層平臺(tái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)資源的組織存儲(chǔ)和算法處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效共享利用，上層應(yīng)用按照業(yè)務(wù)分類，提供人機(jī)交互界面，只關(guān)注具體功能實(shí)現(xiàn)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠[3]。

1.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

輸電線路直升機(jī)巡檢飛行決策保障及航線自動(dòng)制訂系統(tǒng)總體架構(gòu)如所圖1所示，由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集成層、高級(jí)分析應(yīng)用層和展現(xiàn)層組成[4-5]。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集成層，主要對(duì)線路臺(tái)賬、機(jī)巡情報(bào)、起降點(diǎn)和航線歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、地理底圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分層分級(jí)匯集、存儲(chǔ)和邏輯分析處理，實(shí)現(xiàn)接入外部數(shù)據(jù)，為高級(jí)分析應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

(2)高級(jí)分析應(yīng)用層，高級(jí)分析應(yīng)用層利用信息化GIS數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布平臺(tái)進(jìn)行智能集成管控，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)巡檢飛行決策保障支持，達(dá)到作業(yè)計(jì)劃管理與綜合管控相結(jié)合的目標(biāo)，根據(jù)直升機(jī)巡檢業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)分為數(shù)據(jù)分析服務(wù)、航線圖自動(dòng)制訂、飛行智能應(yīng)用三大功能模塊。

(3)展示層根據(jù)業(yè)務(wù)需求發(fā)布展示高級(jí)分析應(yīng)用產(chǎn)生的飛行計(jì)劃、航線圖、飛行資料、統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)等價(jià)值信息，為管理和決策提供及時(shí)、全面、準(zhǔn)確的信息。

1.3 系統(tǒng)物理架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了使飛行決策保障及航線自動(dòng)制訂系統(tǒng)能夠應(yīng)付大量并發(fā)用戶和管理復(fù)雜的事物邏輯，本系統(tǒng)采用主流的多層分布式B/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)[5]，系統(tǒng)物理架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)物理架構(gòu)圖

輸電線路直升機(jī)巡檢飛行決策保障及航線自動(dòng)制訂系統(tǒng)從物理上可劃分為五個(gè)部分：客戶端、應(yīng)用服務(wù)器、地圖服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web服務(wù)器?？蛻舳酥С质謾C(jī)、平板、PC多終端協(xié)同應(yīng)用，提供數(shù)據(jù)上傳程序。應(yīng)用服務(wù)器作為系統(tǒng)核心，提供設(shè)備查詢、圖層控制、統(tǒng)計(jì)分析、內(nèi)容管理、系統(tǒng)管理等功能。地圖服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)地圖以及空間數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)管理功能。Web服務(wù)器用來(lái)為客戶端程序提供Web服務(wù)。

2 高級(jí)應(yīng)用層各主要功能模塊設(shè)計(jì)研究

2.1 數(shù)據(jù)分析服務(wù)模塊

數(shù)據(jù)分析服務(wù)模塊是直升機(jī)巡線決策保障系統(tǒng)的基本應(yīng)用模塊，依托二維電網(wǎng)GIS平臺(tái)數(shù)字化特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)年度直升機(jī)巡視需求分析、年度直升機(jī)巡視計(jì)劃統(tǒng)計(jì)、區(qū)域巡視任務(wù)劃分、區(qū)域巡視計(jì)劃安排的功能，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分析服務(wù)功能流程示意框圖如圖3所示。

在數(shù)據(jù)分析服務(wù)模塊綜合考慮南方電網(wǎng)公司“十三五”年均建議作業(yè)量和南網(wǎng)超高壓公司機(jī)隊(duì)巡檢能力，初步確定年度直升機(jī)巡線作業(yè)量。結(jié)合初步作業(yè)量目標(biāo)，基于系統(tǒng)二維數(shù)字化平臺(tái)加載并顯示的各類二維電網(wǎng)、通航和地理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析南網(wǎng)超高壓公司設(shè)備運(yùn)行維護(hù)策略、機(jī)巡滾動(dòng)巡視周期、機(jī)巡優(yōu)先巡視線路、各超高壓局機(jī)巡需求等因素，開展機(jī)巡任務(wù)的優(yōu)化選線和定線，定制顯示、瀏覽和處理各條機(jī)巡輸電線路路徑線，查詢定位出機(jī)場(chǎng)禁飛區(qū)、走廊限制區(qū)、氣象限制區(qū)的位置、范圍，在系統(tǒng)平臺(tái)上選擇性的疊加組合各線路層和影響層，排出各種機(jī)巡年度計(jì)劃，進(jìn)行比較優(yōu)選，最終根據(jù)選線結(jié)果自動(dòng)生成年度直升機(jī)巡視計(jì)劃統(tǒng)計(jì)報(bào)表，報(bào)表涵蓋巡視線路名稱、桿塔基數(shù)、區(qū)段長(zhǎng)度、巡檢次數(shù)、禁飛區(qū)域和長(zhǎng)度、所屬單位、機(jī)巡長(zhǎng)度和基數(shù)等成果信息[6]。

系統(tǒng)平臺(tái)支持顯示南方四省區(qū)軍民航管制區(qū)分界線和南網(wǎng)超高壓公司所轄各超高壓局線路區(qū)段分界點(diǎn)信息，可以依托系統(tǒng)平臺(tái)根據(jù)南方電網(wǎng)西電東送輸電線路分布特點(diǎn)，結(jié)合作業(yè)直升機(jī)配置數(shù)量和“一機(jī)一區(qū)域”原則，按照避免跨區(qū)申報(bào)空域和各超高壓局所轄線路群?jiǎn)螜C(jī)巡視的要求，利用系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的輸電線路路徑線臺(tái)賬數(shù)據(jù)和行政區(qū)域劃分?jǐn)?shù)據(jù)，完成各巡視區(qū)域任務(wù)優(yōu)化劃分。導(dǎo)入系統(tǒng)平臺(tái)歷史經(jīng)驗(yàn)作業(yè)起降點(diǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)前期定線結(jié)果在系統(tǒng)平臺(tái)上優(yōu)化布置起降點(diǎn)，自動(dòng)形成直升機(jī)作業(yè)路徑，優(yōu)化選取相鄰起降點(diǎn)巡視線路分界點(diǎn)，分割生成各起降點(diǎn)直升機(jī)巡視線路群，對(duì)各起降點(diǎn)覆蓋的巡視線路群進(jìn)行可視化處理，通過(guò)匹配基礎(chǔ)層線路臺(tái)賬，動(dòng)態(tài)標(biāo)注線路群各區(qū)段名稱、起訖桿塔、航點(diǎn)桿塔、運(yùn)行單位、區(qū)段長(zhǎng)度和基數(shù)、飛行架次等信息，最后以單一或全局圖表的形式輸出，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)巡視飛行計(jì)劃的智能化制訂，形成年度直升機(jī)巡視方案。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析服務(wù)功能流程示意框圖

2.2 航線圖自動(dòng)制定模塊

航線圖是用于直升機(jī)巡檢作業(yè)空域申報(bào)和現(xiàn)場(chǎng)飛行保障的重要資料，航線圖自動(dòng)制訂是對(duì)直升機(jī)巡線航線進(jìn)行自動(dòng)制訂、校核和圖形輸出等相關(guān)操作。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)航線圖自動(dòng)制定功能交互如圖4所示，將直升機(jī)巡視歷史經(jīng)驗(yàn)作業(yè)起降點(diǎn)和航線數(shù)據(jù)以表單形式導(dǎo)入系統(tǒng)二維電網(wǎng)GIS平臺(tái)，對(duì)于新建輸電線路，則按照航點(diǎn)編號(hào)規(guī)則和設(shè)置原則進(jìn)行補(bǔ)充更新?？梢园凑障到y(tǒng)平臺(tái)內(nèi)輸電線路路徑線自動(dòng)匹配定位航點(diǎn)，具有繪制精度高、可實(shí)時(shí)校核的特點(diǎn)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析服務(wù)模塊提供的各起降點(diǎn)直升機(jī)巡視線路集的范圍，將已匹配定位的航點(diǎn)添加連線，進(jìn)行航線過(guò)濾顯示，系統(tǒng)支持圖形任意編輯操作，可以動(dòng)態(tài)標(biāo)注航點(diǎn)、起降點(diǎn)坐標(biāo)和所對(duì)應(yīng)的桿塔編號(hào)，動(dòng)態(tài)標(biāo)注航線文字圖簽以及有關(guān)地物符號(hào)，集成顯示起降點(diǎn)作業(yè)范圍內(nèi)的飛行情報(bào)資料，經(jīng)過(guò)系列可視化處理后，實(shí)現(xiàn)批量智能化定制各起降點(diǎn)巡檢飛行航線圖，在此基礎(chǔ)上還可以生成直升機(jī)巡視總體路線圖，供生產(chǎn)管控使用。該系統(tǒng)功能相比傳統(tǒng)手工制圖可顯著提高工作效率。

圖4 系統(tǒng)航線圖自動(dòng)制定功能交互示意圖

2.3 飛行智能應(yīng)用模塊

飛行智能應(yīng)用模塊以巡線直升機(jī)作為運(yùn)動(dòng)載體，以機(jī)載移動(dòng)終端(智能手機(jī)和平板電腦)為前端，按照直升機(jī)巡視現(xiàn)場(chǎng)管控實(shí)際要求，從巡檢導(dǎo)航定位、地面追蹤監(jiān)控、電子飛行包(EFP)瀏覽查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)服務(wù)四個(gè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)點(diǎn)滿足智能化和規(guī)范化作業(yè)需要。

(1)機(jī)載終端通過(guò)控件的形式登錄系統(tǒng)二維GIS平臺(tái)，平臺(tái)提供輸電線路、航線、地理、通航情報(bào)的分層瀏覽、無(wú)極縮放和平移漫游功能，配合嵌入移動(dòng)終端的GPS模塊，可以實(shí)時(shí)查看直升機(jī)和周邊輸電線路的位置信息，基于位置的服務(wù)(LBS)實(shí)現(xiàn)直升機(jī)巡視的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航定位[7]。

(2)機(jī)載移動(dòng)終端基于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)GPRS將當(dāng)前位置信息按統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口協(xié)議經(jīng)Internet網(wǎng)絡(luò)，發(fā)給信息網(wǎng)關(guān)，信息網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)信息存入中心站數(shù)據(jù)庫(kù)，地面機(jī)巡作業(yè)中心通過(guò)管理平臺(tái)實(shí)時(shí)查詢當(dāng)前作業(yè)直升機(jī)位置和作業(yè)狀態(tài)(身份、速度、高度和軌跡)，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)直升機(jī)遠(yuǎn)程低空監(jiān)控，可以輔助進(jìn)行機(jī)隊(duì)規(guī)?；{(diào)度協(xié)調(diào)，進(jìn)一步保障了機(jī)巡作業(yè)的效率和安全。

(3)系統(tǒng)研究引入航空領(lǐng)域EFP概念，將起降點(diǎn)、飛行計(jì)劃、航線圖、線路特殊區(qū)段、重點(diǎn)塔位和交叉跨越點(diǎn)等作業(yè)指南資料電子化，可以在直升機(jī)上使用移動(dòng)終端進(jìn)行調(diào)用瀏覽，完全替代紙質(zhì)作業(yè)；設(shè)計(jì)移動(dòng)終端利用LBS完成地理信息與實(shí)景文件自動(dòng)匹配，實(shí)現(xiàn)資料文件的自動(dòng)查找和推送，及時(shí)提供線路特殊區(qū)段、重點(diǎn)塔位、交叉跨越點(diǎn)預(yù)警和巡視策略[8]。

(4)作業(yè)結(jié)束后,系統(tǒng)基于計(jì)數(shù)算法自動(dòng)統(tǒng)計(jì)生成當(dāng)日直升機(jī)巡線完成情況，包括作業(yè)架次、飛行時(shí)間、巡視區(qū)段、完成和剩余塔基數(shù)、公里數(shù)，系統(tǒng)進(jìn)一步匯總處理各架直升機(jī)作業(yè)情況，可以統(tǒng)計(jì)生成全年直升機(jī)巡檢計(jì)劃完成率、巡檢在線率和機(jī)巡覆蓋率等效能指標(biāo)，系統(tǒng)通過(guò)接入企業(yè)短信群發(fā)平臺(tái)將上述消息發(fā)送至有關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效及時(shí)報(bào)送。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于數(shù)字化、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，設(shè)計(jì)建立B/S架構(gòu)輸電線路直升機(jī)巡檢飛行決策保障及航線自動(dòng)制訂系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)直升機(jī)巡檢計(jì)劃數(shù)字化優(yōu)化制訂、直升機(jī)巡線航線圖自動(dòng)制訂和可視化輸出、直升機(jī)巡線現(xiàn)場(chǎng)飛行智能應(yīng)用等主要功能，完整覆蓋了直升機(jī)巡檢業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，功能豐富實(shí)用，交互性強(qiáng)，對(duì)提高直升機(jī)巡檢業(yè)務(wù)的信息化、智能化、規(guī)范化，提升直升機(jī)巡視效能水平起到非常大的作用。