白格平,李英俊,魯 耀,韓吉軍,陳曉東

1(內蒙古電力(集團) 有限責任公司 烏蘭察布電業(yè)局,烏蘭察布 012000)

2(內蒙古工業(yè)大學 輕工與紡織學院,呼和浩特 010000)

當前輸電線路巡檢的手段逐漸增加,數(shù)據(jù)源種類也越來越多,且這些數(shù)據(jù)源均存在于多種不同的系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)錄入方式也各有不同.多維數(shù)據(jù)源種類繁雜,按數(shù)據(jù)出現(xiàn)的方式可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)兩類[1];按數(shù)據(jù)種類可分為數(shù)字信息、文檔信息、圖片信息及視頻信息;按數(shù)據(jù)的來源可分為手工錄入、航檢視頻拍攝及前沿機記錄三種形式.這些基礎數(shù)據(jù)的非標準型,信息的不對等造成數(shù)據(jù)分析的困難[2].此外,多維數(shù)據(jù)源所述的系統(tǒng)處于孤島狀態(tài),無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán).隨著輸電線路巡檢業(yè)務規(guī)模的擴大和對制造要求的提升,當前狀態(tài)逐漸無法滿足對數(shù)據(jù)的管理需求及輸電線路巡檢下一步信息化建設的發(fā)展.基于上述現(xiàn)狀,為了滿足新的科技發(fā)展規(guī)劃,及時準確地完成巡檢任務、節(jié)省巡檢人員的運行時間、為管理人員提供有效的監(jiān)督依據(jù),從而提高工作效率及管理水平,為烏蘭察布電業(yè)局開發(fā)的架空輸電線路信息化集成與專家決策支持平臺(以下稱新系統(tǒng)),滿足新的科技發(fā)展規(guī)劃,數(shù)據(jù)的中臺處理是目前的必要工作.

1 高壓輸電線路多維數(shù)據(jù)的中臺技術

1.1 概述

目前輸電線路巡檢已投入使用了如視頻圖像分析管理系統(tǒng)、GIS(地理信息管理系統(tǒng))及MIS(企業(yè)信息管理系統(tǒng))等智能化管理系統(tǒng),但這些系統(tǒng)大多采用單體架構,雖然其前期開發(fā)成本低、周期短、能夠快速實現(xiàn)功能開發(fā)和系統(tǒng)部署,但是其缺陷也很明顯:各信息系統(tǒng)以煙囪架構形式存在而導致的數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)隔離、數(shù)據(jù)不一致等[3].如何打通這些數(shù)據(jù)并將其按照一個統(tǒng)一的標準進行建設,以達到技術降本、應用提效、業(yè)務賦能的目標,是眾多企業(yè)面臨的問題.數(shù)據(jù)中臺就是為解決這些問題而生.

數(shù)據(jù)中臺技術能夠讓各種數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)平臺和業(yè)務系統(tǒng)之間形成了一個良性的閉環(huán),以中臺的方式實現(xiàn)對信息、資源和數(shù)據(jù)的共享[4].數(shù)據(jù)中臺技術的關鍵在于能夠運用相關運算規(guī)則,快速、有效、準確的應用沉淀在各個系統(tǒng)的業(yè)務信息及沉睡在異構系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù),讓它們發(fā)揮作用、滿足各個層級對不同信息的需求等,使上述得信息孤島實現(xiàn)有機聯(lián)系和綜合利用,以進一步提高信息化水平和管理工作效率,促進生產(chǎn)力的發(fā)展.

1.2 多維數(shù)據(jù)的中臺處理

輸電線路數(shù)據(jù)種類多、數(shù)量大,其管理及存儲沒有一個特定的規(guī)則.數(shù)據(jù)標準化處理是數(shù)據(jù)挖掘的一項基礎工作,不同評價指標往往具有不同的量綱和量綱單位,這樣的情況會影響到數(shù)據(jù)分析的結果,為了消除指標之間的量綱影響,需要進行數(shù)據(jù)標準化處理,以解決數(shù)據(jù)指標之間的可比性[5].原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)標準化處理后,各指標處于同一數(shù)量級,適合進行綜合對比評價.多維數(shù)據(jù)中臺技術首先要建立一套數(shù)據(jù)管理模式,使多維數(shù)據(jù)規(guī)范化,且便于管理和查看[6].本文建立與桿塔為載體,將多維數(shù)據(jù)信息通過桿塔來統(tǒng)一表達.桿塔臺賬信息與多維數(shù)據(jù)邏輯圖如圖1所示.通過多維數(shù)據(jù)中臺技術,能夠客觀地對每一個桿塔的歷史及現(xiàn)狀進行直觀的、圖文并茂的表達,有效提升了作業(yè)效率及作業(yè)規(guī)范化.

2 實現(xiàn)方法

2.1 技術路線

目前烏蘭察布電業(yè)局針對輸電線路桿塔的實時信息主要來自直升機、無人機視頻巡檢資料及人工巡檢的圖像和圖表信息,包括視頻、圖像、表格表達的桿塔缺陷的狀態(tài)、維修狀態(tài),三者相互獨立.管理信息主要來自GIS 地理信息、氣象信息、MIS 企業(yè)管理信息及建塔時的臺賬信息,這些信息主要是為上級管理提供相關數(shù)據(jù).以上各系統(tǒng)之間相互獨立,數(shù)據(jù)相互獨立且重復,缺乏數(shù)據(jù)間的相互支撐,具體到針對桿塔而言,要想清晰的了解桿塔及線路的現(xiàn)狀,需要不同的系統(tǒng)支撐才能完成.

圖1 桿塔臺賬信息與多維數(shù)據(jù)邏輯圖

本文提出的“高壓輸電線路多維數(shù)據(jù)的中臺技術”是以桿塔安全屬性相關數(shù)據(jù)的篩選、優(yōu)化等算法為基礎,采用超分辨率圖像重建技術、三維點云技術、自動化智能感知技術、自動切分編目技術等,由人工智能(AI)、數(shù)據(jù)庫(DB)、知識庫等多種新的方法有機結合,為項目的建立與實施提供決策支持,既體現(xiàn)先進性,又能保證與已有系統(tǒng)的兼容.基于現(xiàn)有多種巡檢作業(yè)方式,圍繞數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)中臺的管理,針對高壓輸電線路,結合業(yè)務系統(tǒng)功能范圍特性研發(fā)了數(shù)據(jù)中臺技術,總體技術路線如圖2所示.

根據(jù)桿塔屬性指針的需求,以及不同信息的來源,將數(shù)據(jù)源信息分為4 類:(1)視頻圖像及圖片類;(2)其他系統(tǒng)的表單信息類;(3)人工錄入的表單類信息;(4)檔案類信息.針對不同的信息類別,采用不同的數(shù)據(jù)處理技術,有效整合了針對桿塔的多維數(shù)據(jù),實現(xiàn)了桿塔屬性指針的要求,也滿足不同管理層次的數(shù)據(jù)需求.

數(shù)據(jù)中臺技術整合多維數(shù)據(jù)源,運用先進的技術及方法進行預處理,分析不同數(shù)據(jù)源的特征、系統(tǒng)需求,分別采用人工智能自動切分編目技術、圖形數(shù)據(jù)轉換技術及有效數(shù)據(jù)的選擇、動態(tài)數(shù)據(jù)的錄入技術、文本等其他數(shù)據(jù)錄入技術,有針對性的處理不同數(shù)據(jù)源,形成中臺技術的算法,滿足桿塔屬性指針的需求.

2.2 實現(xiàn)方法

按照輸電線路行業(yè)運行管理規(guī)范,創(chuàng)新性地提出對圖像信息、圖片信息、文本信息和數(shù)字信息在桿塔上的集中體現(xiàn),通過數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)中臺和數(shù)據(jù)集成,提升數(shù)據(jù)價值.根據(jù)不同管理層次的數(shù)據(jù)需求,可為電業(yè)局不同層次(管局、科室、班組)管理人員提供所需的相關信息,能夠及時、準確的了解輸電線路實時運行情況,提高輸電線路的安全運行保障及管理效率.

2.2.1 人工智能自動切分編目技術

直升機及無人機視頻信息具有數(shù)據(jù)量極大、運行模式不同、不能保證同一精度等特征,從海量視頻資料中確定所需要的桿塔信息,首先需要完成桿塔的自動識別及切分,然后進行桿塔重點位置的自動識別及關鍵圖片的提取.要完成上述要求必須利用有效數(shù)據(jù)挖掘技術、飛行規(guī)律的確定技術、桿塔定位技術、重點位置定位技術及大數(shù)據(jù)分析技術等.通過深入研究和調研,采用上述技術,可實現(xiàn)在復雜背景下對直升機、無人機的航檢視頻字符的定位識別、自動切分、編目、關鍵圖片提取、有效數(shù)據(jù)的確定(如圖3所示),實現(xiàn)視頻的分段剪輯與存放,建立索引,提供多種管理權限.人工巡檢圖片信息的處理能夠合理添加到相關位置中,同時對視頻及圖片信息的存儲位置、格式、容量進行了中臺處理.

圖2 技術路線示意圖

圖3 影像數(shù)據(jù)的處理技術

用戶不僅可以對輸電線路通道內塔基、防洪設施、樹木、施工、交叉跨越、進行檢查,而且對鐵塔連接金具掛點、絕緣片、防鳥針、防重錘、傳輸線、地線、螺母等與安全輸電相關的部件進行重點檢查,提供了一種快捷、清晰的檢索方法,同時為實現(xiàn)輸電線路狀況、后續(xù)系統(tǒng)的分析計算、地理環(huán)境查閱、大修、技改項目檢查審核提供了良好的數(shù)據(jù)基礎.

通過該技術,能夠有效的、快速的建立高壓輸電線路巡檢信息,做到巡檢后準確掌握輸電線路的運行狀況,提供了有效的線路桿塔維護和防范信息,幫助電力企業(yè)預防和減少事故的發(fā)生奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎.

2.2.2 圖形數(shù)據(jù)轉換技術及有效數(shù)據(jù)的選擇

目前烏蘭察布電業(yè)局已投入使用了GIS (地理信息管理系統(tǒng))、MIS (企業(yè)信息管理系統(tǒng))、氣象信息系統(tǒng)等管理系統(tǒng),各類系統(tǒng)相互獨立,呈現(xiàn)孤島狀態(tài),且其基礎數(shù)據(jù)的非標準型,信息的不對等造成數(shù)據(jù)分析的困難,無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán).提取現(xiàn)有系統(tǒng)的有效數(shù)據(jù),是克服上述問題的關鍵.

針對GIS、MIS 及氣象信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征,結合系統(tǒng)對桿塔有效數(shù)據(jù)的要求,采用通用的圖形數(shù)據(jù)轉換技術的核心理念,設計研發(fā)了適合于上述3 個系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)轉換子系統(tǒng),實現(xiàn)了不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取和有效數(shù)據(jù)的選擇(如圖4所示).

圖4 圖形數(shù)據(jù)轉換技術

該子系統(tǒng)涵蓋了GIS、MIS 及氣象信息系統(tǒng)中的所有信息,桿塔的有效信息可通過人工和自動兩種方式來確認,所選擇的有效信息自動以表格的形式輸出.子系統(tǒng)具有高效、簡潔、界面友好等特點.

通過圖形數(shù)據(jù)轉換技術,可對GIS、MIS、氣象信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行采集、轉換、存儲、分析,完成數(shù)據(jù)的中臺處理,形成標準數(shù)據(jù),初步建立了外系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)資產(chǎn)層,進而為需求方提供高效服務.根據(jù)GIS、MIS、氣象信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特點,建立它們與新系統(tǒng)的接口,圍繞數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)篩選及數(shù)據(jù)資產(chǎn)的管理,實現(xiàn)了跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合,為新系統(tǒng)擴展了數(shù)據(jù)的來源,解決了數(shù)據(jù)的合理使用及數(shù)據(jù)閉環(huán)問題.

2.2.3 動態(tài)數(shù)據(jù)的錄入技術

對于桿塔的動態(tài)數(shù)據(jù),采用感知設備采集數(shù)據(jù),進行標準化數(shù)據(jù)處理,建立輸電線路巡檢實時及周期感知層,利用點觸式動態(tài)信息采集設備,可完成動態(tài)數(shù)據(jù)標準化采集,在功能上可實現(xiàn)4 步操作完成近萬種缺陷信息錄入;具有規(guī)范性命名支持后續(xù)信息庫的建立;采用可視化界面設計便捷、高效.

該錄入設備由便攜式平板電腦及動態(tài)數(shù)據(jù)錄入軟件組成,巡檢人員(包括航檢人員)可根據(jù)航檢(巡檢)人員發(fā)現(xiàn)的桿塔缺陷情況進行記錄.錄入設備可直觀的顯示桿塔的基本信息、塔型、桿塔的主要部件、缺陷信息的位置、確定缺陷等級,錄入人員可根據(jù)設備的提示完成桿塔缺陷信息的錄入.錄入設備自動完成缺陷的記錄、整理、歸類、存儲等工作,并且可方便的將數(shù)據(jù)導入其他系統(tǒng)(如圖5所示).

圖5 動態(tài)數(shù)據(jù)的錄入技術的實現(xiàn)

錄入設備保持了原有的巡檢操作規(guī)范,改變了傳統(tǒng)的人工記錄填表格的方式,取而代之的是點觸式電腦操作方式,使缺陷的記錄由4 步方法完成,極大的減輕了工作強度,提高了動態(tài)數(shù)據(jù)的錄入效率和數(shù)據(jù)的規(guī)范性.

2.2.4 文本等其他數(shù)據(jù)的形成

輸電線路的桿塔還會產(chǎn)生一些其他信息,如桿塔維修信息、線路改建信息、臺賬信息等,這些信息大部分由文本的形式提供,包括桿塔類型、型號高度、坐標、檔距、轉角角度、線路掛接相序、線路掛接位置、水平、接地電阻設計值、線路名稱、線路長度、架空線長、導線型號、地線型號、電壓等級、電纜段長等線路的參數(shù),導航路線包括起始桿塔、終點桿塔、坐標集合、狀態(tài)等信息.本文本處理模塊有針對性的開發(fā)了文本處理系統(tǒng),可對桿塔信息、線路信息進行錄入、修改、刪除、查詢、審核和導航路線審核等功能.

在電力設備運行過程中,受氣候、地理以及設備自身性能等因素影響,會導致相關數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化.一方面,會導致數(shù)據(jù)總量增多;另一方面,會導致同一類數(shù)據(jù)顯著波動.在臺帳輸入過程中,如果單純依賴人工操作,不僅會降低工作效率,而且可能增加臺帳輸入錯誤率.對于這些其他相關信息,采用批量導入、個體錄入、數(shù)據(jù)格式轉化、中臺處理等技術,實現(xiàn)了文本、數(shù)字信息的建立,擴展了輸電線路數(shù)據(jù)源(見圖6).

圖6 其他信息錄入

3 結論

本文將現(xiàn)有巡檢方法及系統(tǒng)產(chǎn)生的多維數(shù)據(jù),按照圖像數(shù)據(jù)、圖片信息、文本數(shù)據(jù)和數(shù)字信息分為四類,通過采用不同的技術,使得多維數(shù)據(jù)在桿塔上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)閉環(huán),對桿塔的實時運行狀態(tài),能夠通過圖片、圖像、文字等清晰展現(xiàn)出來,有效提升了信息化管理水平.在提升工作效率的同時,可以方便的形成業(yè)務、運營等大數(shù)據(jù),解決了大數(shù)據(jù)采集落地難的問題,能夠將臃腫不堪的前臺系統(tǒng)中穩(wěn)定通用的業(yè)務進行沉淀,恢復前臺的快速響應能力,也可以將后臺中直接被前臺需要的業(yè)務能力進行提取,提高后臺的靈活性和變更成本,為前臺提供更強大的支撐能力.在管理、技術、經(jīng)濟及社會多個方面取得良好效益,為輸電線路安全提供可靠的數(shù)據(jù),為后續(xù)線路健康狀況評價奠定了基礎.