魏友金 陳世群 李逸源 楊運楠

關鍵詞：北斗導航技術；坐標轉換；導航數據；巡檢系統(tǒng)；配電線路

1引言

巡檢是每個電力企業(yè)市場運營中不可忽略的一個主要工作環(huán)節(jié)，由于配電線路較長，且配電線路在電網中的分布較為廣泛[1]。為最大限度地減少配電線路事故，保證配電管線和電力設備的安全運行，巡檢人員需要做好對配電線路的安全巡視。根據相關工作的實際情況，對電力管線和輸電設備的運行情況進行檢查與記錄，以保證電力企業(yè)在市場內的穩(wěn)定、規(guī)范運營。但在電力企業(yè)相關工作的研究中發(fā)現，此人工巡視模式在實際中的應用效果十分不理想[2]。由于配電線路管線太長、巡檢環(huán)境不佳，導致巡檢人員難以集中注意力檢查管線、設備運行狀況，在工作中極易出現漏檢、誤檢等問題。同時，由于巡檢技術人員無法及時獲得配電線路維修資料，導致巡檢中的故障與異常無法得到有效排除。根據相關統(tǒng)計數據可知，造成配電線路故障、損壞的主要原因是日常巡查工作疏忽。隨著配電線路越來越復雜、覆蓋范圍越來越廣，常規(guī)的配電線路巡檢方法已不能滿足電力公司的現代化發(fā)展要求。為了保證配電線路的安全，必須盡快建立完善、科學的監(jiān)測和維護體系，因此，本文引進北斗導航技術，設計了一種針對配電線路的全新智能巡檢系統(tǒng)，旨在通過此設計，加強配電線路的管理，以保障電力設備設施的安全運行。

2系統(tǒng)架構

為充分發(fā)揮智能巡檢系統(tǒng)的價值，在開展相關研究前，參照IMS系統(tǒng)架構，設計智能巡檢系統(tǒng)架構，并根據配電線路管理系統(tǒng)架構。該系統(tǒng)主要由前端設備與后臺管理2個模塊構成，其中后臺管理以瀏覽器／服務器為支撐[3]。系統(tǒng)架構如圖1所示。

在智能巡檢的過程中，技術人員需要攜帶手持式北斗導航設備巡視線路，并將故障信息錄入管理機。返回后，移動設備通過USB和串口與管理員（用戶瀏覽終端）進行通信，而用戶瀏覽終端則利用IP協(xié)議與網絡服務器進行數據交互，由網絡服務器和數據庫服務器進行數據傳輸，完成移動設備與后臺管理之間的數據交互和查詢。后臺管理也可與已有的MIS等電力信息管理終端進行聯網，通過局域網或遠程通信的方式實現信息交流。

3北斗導航定位終端設計

為實現對配電線路的智能巡檢，設計系統(tǒng)軟件功能前，選型手持式北斗導航設備[4]。相關內容如表1所列。

將手持式北斗導航設備集成在定位終端，在此過程中應明確終端設備的主要功能為對當前位置信息的獲取與反饋。根據設計需求，終端由定位設備、芯片、功能按鍵、藍牙、指示燈、電源等構成。終端以STM32F103ZET6芯片為核心，集成為意法半導體公司研制的Cortex-M3核心控制器，此控制器具有高性能、功耗低，以及具備112路增強通用輸入、輸出（ GPIO），能夠在-40℃～85℃范圍內與外部設備進行數據傳送的優(yōu)勢。本次開發(fā)的系統(tǒng)主要解析的指令包括BDGGA和BDRMC，在解析過程中，需要先分析BDRMC中的定位狀態(tài)代碼是否正確，如果有效，即可得到目前的經緯度、定位精度、平移速度、高度等必要的信息。最后，利用Transmission 4.0將定位信息傳輸到移動端。

4建立導航數據模型

導航電子地圖也屬于GIS技術研究范疇，為實現對配電線路的智能巡檢，完成上述設計后，在導航電子地圖中提取導航數據，建立導航數據模型。在此過程中應明確導航數據有物理格式和交換格式2種格式。利用KIWI格式，對提取的導航數據采用縱向分層、橫向分段的方式處理。在數據的垂直方向上，按照層次結構組織數據。此時，導航數據的邏輯結構和物理存儲器是緊密相連的，通過此種方式，可以在各個層次上快速對數據進行參考。在數據的水平方向上，采用分段分割的方法，將大量數據分解為單獨的數據，以實現數據塊與數據塊的連接。其中，數據組織方式如圖2所示。

對多種形式的導航數據進行規(guī)范化存儲，集成具有相同特征的導航數據，以實現對導航數據模型的構建。

5基于北斗導航技術的巡檢線路坐標轉換

在上述設計內容的基礎上，引進北斗導航技術，對巡檢線路坐標轉換展開設計。在此過程中，應明確通過手持式巡檢終端，可以得到球心坐標系統(tǒng)中的經緯坐標，但此部分數據由于不能直接利用經緯度坐標進行巡檢線路中異常點的定位[5]，因此，在電力工程中，需要將球面的經緯坐標投影到墨卡托坐標上，進而更加直接地定位線路異常點。在此過程中，參照等角條件，生成巡檢線路平面坐標，計算式為：式中，x表示巡檢線路平面投影后的橫向坐標：R表示巡檢范圍半徑；B表示坐標維度值；y表示巡檢線路平面投影后的縱向坐標；L表示坐標經度值。按照上述方式，實現基于北斗導航技術的巡檢線路坐標轉換。

6巡檢維護終端功能規(guī)劃

完成上述設計后，對智能巡檢系統(tǒng)進行配電線路維護終端功能的規(guī)劃。在此過程中，需要先設計系統(tǒng)的配置功能，即增設系統(tǒng)配置界面，用戶可以根據其自身需求，自主選擇增加、刪除、修改電力對象信息，包括線路節(jié)點等。同時，配置系統(tǒng)實時監(jiān)控功能，北斗衛(wèi)星具有快速定位的特點，能夠實現對移動目標的實時定位與反饋。反饋過程中，監(jiān)測中心可以建立與手機用戶的雙向通信，也可以進行廣播消息的發(fā)布，移動對象可以通過終端向監(jiān)測中心反饋報告信息。

為進一步優(yōu)化巡檢系統(tǒng)的功能，并提供用戶對巡檢線路地圖的視圖功能，包括通過各種技術手段與方式對圖像進行縮放處理、漫游、全幅顯示與鷹眼處理等。同時，提供用戶端多種角度的觀測視角，以便對觀測區(qū)域內負載終端地理位置進行管理。通過上述方式，實現對巡檢維護終端功能的規(guī)劃與部署。

7對比實驗

完成上述設計后，為實現對巡檢系統(tǒng)在實際應用中效果的測試，選用RMSDU173型號高存儲便攜式計算機，搭建對比實驗環(huán)境。環(huán)境參數如表2所列。

完成上述配置后，將本文系統(tǒng)集成在測試環(huán)境中。使用設計的系統(tǒng)進行配電線路的智能巡檢。在巡檢過程中，需要先建立導航數據與巡檢設施數據模型，在此基礎上，引進北斗導航技術，并根據巡檢作業(yè)環(huán)境，進行巡檢線路坐標的轉換，通過對巡檢維護終端功能的規(guī)劃，完成對巡檢系統(tǒng)的設計與開發(fā)。

在此基礎上，引進基于IED和SCD的巡檢系統(tǒng)與基于圖像識別技術的巡檢系統(tǒng)，將其作為對照組系統(tǒng)1與對照組系統(tǒng)2，使用本文系統(tǒng)與對照組系統(tǒng)對配電線路進行智能巡檢。統(tǒng)計系統(tǒng)在巡檢過程中對線路異常點的定位精度，在統(tǒng)計過程中，由智能巡檢系統(tǒng)進行配電線路異常點的定位，利用通信傳輸鏈路反饋巡檢定位結果后，安排巡檢人員在現場進行異常點的人工定位，計算人工巡檢定位結果與智能巡檢系統(tǒng)定位結果的偏差，統(tǒng)計不同定位偏差的信息條數，將其作為對比實驗的最終結果，統(tǒng)計結果如表3所列。

從表3所列的實驗結果可以看出，3種智能巡檢系統(tǒng)中，只有本文系統(tǒng)在巡檢過程中可以實現無>10m的定位偏差，即所有的巡檢定位偏差均<5m，而對照組系統(tǒng)1與對照組系統(tǒng)2的巡檢定位偏差較大。在此基礎上，對表3數據進行分析可以看出，對照組系統(tǒng)2的定位數據缺失171條，說明系統(tǒng)在巡檢過程中存在反饋數據丟失的問題。因此，在完成上述實驗后，綜合實驗結果，得到如下結論：相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)，本文開發(fā)的基于北斗導航技術的系統(tǒng)在實際應用中的效果良好，該系統(tǒng)可以有效控制配電線路智能巡檢定位結果偏差。

8結束語

本文通過建立導航數據模型、基于北斗導航技術的巡檢線路坐標轉換、巡檢維護終端功能規(guī)劃，完成了配電線路智能巡檢系統(tǒng)的設計。設計的系統(tǒng)在通過測試后證明了該系統(tǒng)可以有效控制配電線路智能巡檢定位結果偏差，從而提高線路智能巡檢精度。