一種輸電線路智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

江全才 魏飛翔

（三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北宜昌 443002）

輸電線路是電網(wǎng)的重要構(gòu)成元件，其自身可靠性是電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保證，輸電線路智能監(jiān)測與評估管理是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分；隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)工作的開展，電網(wǎng)公司正逐步實現(xiàn)輸電線路的可視化運(yùn)行維護(hù)管理.然而作為對輸電線路提供基礎(chǔ)信息的輸電線路巡檢終端雖在電力行業(yè)已有初步應(yīng)用，但從反饋信息來看，普遍存在操作繁瑣、缺乏自主采集信息的手段、穩(wěn)定性不高、未與業(yè)務(wù)流程相結(jié)合等缺陷，未能很好地支撐輸電線路的可視化運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)輸電線路運(yùn)行維護(hù)管理的可視化、集約化、互動化，提高輸電線路運(yùn)行維護(hù)管理水平、節(jié)約運(yùn)維經(jīng)費(fèi)、提高電網(wǎng)安全運(yùn)行可靠性.

輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是實現(xiàn)流程化和規(guī)范化的輸電線路巡線管理，填補(bǔ)智能巡檢設(shè)備專業(yè)化研究的空白，顯著提升輸電線路運(yùn)行管理的精益化和智能化水平.對智能巡檢手持終端、系統(tǒng)軟件進(jìn)行重點(diǎn)研發(fā)，打造集便攜性、可靠性、集成性、實時性于一體的帶電檢測智能巡檢設(shè)備，實現(xiàn)智能移動終端與電力業(yè)務(wù)的無縫連接；突破傳統(tǒng)粗放式的運(yùn)行維護(hù)與設(shè)備管理模式，完善線路巡視檢測、評估診斷與輔助決策的技術(shù)手段與模型，為輸電線路可視化運(yùn)行管理奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)輸電線路的在線監(jiān)測、運(yùn)行維護(hù)、帶電檢測等技術(shù)共同發(fā)展；支撐線路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修工作，強(qiáng)化智能電網(wǎng)建設(shè)的輸電運(yùn)行維護(hù)技術(shù)環(huán)節(jié)［1－4］.

1 系統(tǒng)構(gòu)建原則

輸電線路智能巡檢系統(tǒng)按照如下原則進(jìn)行設(shè)計開發(fā)：

1）可靠性：系統(tǒng)從硬件和軟件兩個方面考慮系統(tǒng)的可靠性，其中硬件方面包括計算機(jī)、PDA、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電源、連接設(shè)備等硬件本身運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性以及它們連接在一起構(gòu)成一個系統(tǒng)時的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性；軟件方面包括操作系統(tǒng)的可靠性、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可靠性及應(yīng)用軟件的安全可靠性.

2）先進(jìn)性：系統(tǒng)建設(shè)過程中充分考慮現(xiàn)有需求未來應(yīng)用發(fā)展趨勢具有較大的先進(jìn)性.本系統(tǒng)通過GIS地圖技術(shù)使巡檢管理與設(shè)備管理相統(tǒng)一，對設(shè)備運(yùn)行狀況、缺陷情況作充分的了解和評估，使巡檢現(xiàn)場作業(yè)得到規(guī)范化和有效監(jiān)控，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的全面信息化傳遞與處理.

3）擴(kuò)展性：為適應(yīng)未來發(fā)展趨勢，最大限度降低投資風(fēng)險，同時滿足各種外系統(tǒng)的接入和將來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展帶寬的需求.在系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)過程中，充分考慮與電力部門其他系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)，預(yù)留足夠的接口，避免“技術(shù)孤島”、“數(shù)字鴻溝”現(xiàn)象［5］，充分發(fā)揮系統(tǒng)建設(shè)的效益.

4）兼容性：設(shè)計所采用的技術(shù)和協(xié)議符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織及相關(guān)專業(yè)制訂的標(biāo)準(zhǔn)，從而保證各廠家軟硬件設(shè)施的互聯(lián)互通.

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成

輸電線路智能巡檢系統(tǒng)由手持端（PDA）和服務(wù)器端組成.圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D.手持機(jī)通過本地或GPRS移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步.服務(wù)器端通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)對手持端進(jìn)行定位.并將定位結(jié)果實時顯示在綜合管理系統(tǒng)中.

圖1 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)拓?fù)鋱D

手持端選用目前已得到廣泛應(yīng)用的手持式GPS設(shè)備，Getac PS236C－Android，該手持端采用Android平臺，與選用的開源導(dǎo)航組件Navit所支持的系統(tǒng)平臺一致.

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

輸電線路智能系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫分為兩部分：服務(wù)器端使用MySQL數(shù)據(jù)庫；手持端使用的是SQLite數(shù)據(jù)庫.

圖2 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

MySQL是一個開放源碼的關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個大倉庫內(nèi)，這樣就增加了速度并提高了靈活性.MySQL 采用了GPL（GNU 通用公共許可證），由于其體積小、速度快、總體擁有成本低，是作為降低開發(fā)成本的良好選擇［6］.

SQLite是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，是遵守ACID 的關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它的設(shè)計目標(biāo)是嵌入式的，而且目前已經(jīng)在很多嵌入式產(chǎn)品中使用了它，它占用資源非常低，在嵌入式設(shè)備中，可能只需要幾百kB的內(nèi)存就夠了.能支持Windows／Linux／Unix等主流的操作系統(tǒng)，同時能夠與很多程序語言相結(jié)合，諸如Tcl、C＃、PHP、Java等，除此之外還有ODBC 接口，同樣比起Mysql、PostgreSQL 這兩款世界著名的開源數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來講，它的處理速度也是占優(yōu)的.

本系統(tǒng)設(shè)計在服務(wù)器端與手持端之間提供了兩種數(shù)據(jù)同步的方式：有線方式和無線方式.

3 系統(tǒng)功能

輸電線路智能巡檢系統(tǒng)由后臺管理系統(tǒng)和前端掌上巡檢系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)構(gòu)成，其中后臺管理系統(tǒng)安裝于服務(wù)器端，前端掌上巡檢系統(tǒng)安裝于手持端.

系統(tǒng)功能流程圖如圖3所示.

圖3 系統(tǒng)功能流程圖

3.1 后臺管理系統(tǒng)

1）設(shè)備臺帳管理.包括線路設(shè)備管理和光纜信息管理，主要用于對線路桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、金具、光纜及附屬材料設(shè)備臺賬信息實施統(tǒng)一管理，支持設(shè)備臺賬信息的檢索、查詢、更改、添加等，并可打印或?qū)С龅紼xcel.

圖4 后臺管理系統(tǒng)功能圖

2）任務(wù)管理.對輸電線路管理部門的三大任務(wù)即巡視任務(wù)、檢修任務(wù)和測量任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理.管理人員可通過輸電線路巡檢管理平臺方便地查詢到任務(wù)的執(zhí)行情況、外業(yè)人員的具體位置及作業(yè)軌跡，并可實現(xiàn)對作業(yè)人員的考核.針對巡視任務(wù)，管理人員可以按線路和桿塔對指定時間段內(nèi)的巡視任務(wù)完成度進(jìn)行統(tǒng)計，計算任務(wù)完成率與漏檢率，統(tǒng)計巡視人員的塔下停留時間等.另外，系統(tǒng)提供巡視日志管理功能，巡視任務(wù)完成后系統(tǒng)自動生成規(guī)范的巡視日志.支持打印和導(dǎo)出到Excel，減少巡視人員填寫巡視日志的工作量.

鑒于輸電線路運(yùn)行部門大都將測量任務(wù)與巡視任務(wù)一同執(zhí)行.系統(tǒng)提供任務(wù)關(guān)聯(lián)功能.系統(tǒng)根據(jù)桿塔號將同一條線路的測量任務(wù)與巡視任務(wù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在巡視人員持PDA 裝置執(zhí)行巡視任務(wù)時，當(dāng)巡視到測量任務(wù)中指定的需要測量的位置時，系統(tǒng)自動提示作業(yè)人員進(jìn)行測量，并自動跳轉(zhuǎn)至測量任務(wù)單，測量結(jié)束后返回巡視任務(wù)單，繼續(xù)執(zhí)行巡視任務(wù).

3）缺陷信息管理.系統(tǒng)對線路中的每個缺陷從發(fā)現(xiàn)到消除進(jìn)行全程跟蹤管理.準(zhǔn)確記錄每條缺陷信息，及缺陷處理情況.系統(tǒng)對每條缺陷信息設(shè)置消除時間點(diǎn)，系統(tǒng)通過倒計時對接近時間點(diǎn)的未消除缺陷信息給出預(yù)警提示，支持按時間軸或者線路的缺陷記錄信息、缺陷信息、消缺記錄的列表、檢索查詢、排序、編輯、導(dǎo)入、導(dǎo)出、打印.

4）地圖信息管理.系統(tǒng)支持以矢量地圖和衛(wèi)星影像顯示（可切換和疊加）輸電線路本體及其環(huán)境.實現(xiàn)輸電線路的三維仿真.管理員可通過管理平臺對地物信息實施管理，方便對圖層及用戶自采集地物數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，支持按時間軸在地圖上顯示線路狀態(tài)，以圖標(biāo)標(biāo)記的方式顯示同線路和桿塔相關(guān)聯(lián)的缺陷信息和用戶自主添加信息，如交叉跨越﹑樹障﹑違建﹑跳閘異常等，具體內(nèi)容通過點(diǎn)擊圖標(biāo)在表單子窗口中顯示.

5）基本信息管理.系統(tǒng)根據(jù)使用人員部門及職責(zé)的不同提供不同的使用權(quán)限.基本信息管理用于實現(xiàn)對用戶角色、權(quán)限進(jìn)行管理.

3.2 前端掌上巡檢系統(tǒng)

1）數(shù)據(jù)同步.數(shù)據(jù)同步功能主要用于實現(xiàn)手持端與服務(wù)器端數(shù)據(jù)的同步，包括地圖數(shù)據(jù)、臺賬信息、任務(wù)信息、缺陷信息、巡檢路徑等.本系統(tǒng)在服務(wù)器端與手持端之間提供了兩種數(shù)據(jù)同步的方式：有線方式和無線方式.

2）信息查詢.用于作業(yè)人員在執(zhí)行外業(yè)任務(wù)時查詢輸電線路上相關(guān)設(shè)備的臺賬信息.巡檢過程中系統(tǒng)全程支持快捷方式跳轉(zhuǎn)臺賬信息查詢界面，進(jìn)行模糊檢索查詢，檢索時以本機(jī)信息查詢優(yōu)先，如缺少則提示是否連接服務(wù)器端實現(xiàn)在線查詢.如網(wǎng)絡(luò)不可用則顯示警告信息.對于檢索查詢臺帳支持定位功能，實現(xiàn)在手持端導(dǎo)航地圖上快速定位.

3）缺陷記錄.實現(xiàn)巡檢過程中的缺陷信息的登記、錄入，并將相關(guān)缺陷信息與故障原件進(jìn)行關(guān)聯(lián).

4）導(dǎo)航系統(tǒng).導(dǎo)航系統(tǒng)為作業(yè)人員提供最優(yōu)的軌跡導(dǎo)航.系統(tǒng)對作業(yè)人員每次巡檢所走的路線都會自動記錄、保存成為軌跡數(shù)據(jù)，并與巡檢中心服務(wù)器里的歷史軌跡進(jìn)行比對，如果發(fā)現(xiàn)本次外業(yè)人員所走路線優(yōu)于歷史軌跡，系統(tǒng)將自動更新為當(dāng)前最新的軌跡數(shù)據(jù).同時，系統(tǒng)可單獨(dú)對某段線路的導(dǎo)航路線進(jìn)行優(yōu)化.例如線路某段旁新建道路等，巡視人員可持PDA 裝置沿新建道路巡視，系統(tǒng)自動記錄該軌跡并對該部分巡視軌跡做特殊標(biāo)記，數(shù)據(jù)同步后服務(wù)器對該部分導(dǎo)航軌跡進(jìn)行更新.

5）數(shù)據(jù)采集.數(shù)據(jù)采集提供坐標(biāo)采集和圖形數(shù)據(jù)采集功能.圖形數(shù)據(jù)采集功能用于興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，包括新增道路、違建、危險地段等感興趣的地物對象，分點(diǎn)、線、面3類數(shù)據(jù)類型采集.手持端記錄對象坐標(biāo)和屬性編碼，在服務(wù)器端設(shè)定圖標(biāo)庫，數(shù)據(jù)導(dǎo)入后在服務(wù)器端自動成圖.

圖5 前端掌上巡檢系統(tǒng)功能圖

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）導(dǎo)航軌跡優(yōu)化.系統(tǒng)依托強(qiáng)大的后臺服務(wù)功能，對歷史巡視軌跡進(jìn)行對比分析，實現(xiàn)巡視軌跡優(yōu)化，并可根據(jù)氣候、季節(jié)的變化，提供最佳的導(dǎo)航路徑.

2）線路狀態(tài)動態(tài)管理.系統(tǒng)可實現(xiàn)對線路狀態(tài)實行動態(tài)管理，根據(jù)線路歷史狀態(tài)及當(dāng)前季節(jié)等條件自動預(yù)測線路潛在的危害，并提供當(dāng)前所需采取的措施.如可根據(jù)樹種、季節(jié)等條件自動預(yù)測出樹木的生長是否會對線路造成危害.

3）事故判別.在執(zhí)行事故巡視時，系統(tǒng)針對不同的事故提示作業(yè)人員重點(diǎn)巡視部位、注意事項以及事故判別依據(jù).

4）作業(yè)指導(dǎo).當(dāng)作業(yè)人員進(jìn)行檢修或測量時，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)內(nèi)容提示相應(yīng)的操作步驟及注意事項，并有作業(yè)指導(dǎo)書查看功能.

5）歷史缺陷提醒.巡視過程中通過GPS定位，當(dāng)作業(yè)人員到達(dá)輸電線路上的歷史缺陷發(fā)生處，手持移動終端可以提醒作業(yè)人員（以震動、蜂鳴的方式），同時對此處發(fā)生的歷史缺陷進(jìn)行回顧，利于巡視有針對性進(jìn)行.

6）安全管理.系統(tǒng)中貫穿安全管理概念.在巡視、檢修和測量過程中給予安全提示，提高作業(yè)人員的安全意識.

5 結(jié) 論

輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的建設(shè)秉承立足現(xiàn)在、著眼未來的基本原則，既充分考慮目前線路運(yùn)行管理的基本需求，又兼顧未來我國建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢.系統(tǒng)建成投運(yùn)后將能夠為輸電線路運(yùn)行管理提供極大的便利，有效滿足線路巡檢工作電子化、信息化、智能化的要求.

［1］ GBJ233－90.110～500kV 架空電力線路施工及驗收規(guī)范［S］.

［2］ DL／T 741－2001.架空送電線路運(yùn)行規(guī)程［S］.

［3］ 張海軍，趙雪松.基于GPS的輸電線路巡檢管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)電網(wǎng)技術(shù)［J］.2005，29（7）：78－80.

［4］ 郭永基.電力系統(tǒng)可靠性原理和應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1986.

［5］ 孫月琴，盧金滇.電網(wǎng)故障信息管理系統(tǒng)的開發(fā)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2002，26（1）：67－69.

［6］ 苗世洪，王少榮，劉 沛，等.基于GPS的電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000，24（12）：52－54.