基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

邢毓卿++謝祝平++周炳華

摘 要：該文考慮到現(xiàn)如今電力行業(yè)配網(wǎng)線路及設(shè)備易受外界因素影響，促使線路上各元件老化、疲勞、損壞，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。同時(shí)配網(wǎng)設(shè)備的更新?lián)Q代速度快，設(shè)備采購(gòu)的設(shè)備型號(hào)不同、廠家不一，存在著兼容性問(wèn)題，會(huì)影響搶修效率、延誤工作進(jìn)度。配網(wǎng)直接面向用戶層，但故障停電、因惡劣天氣取消的停送電信息存在無(wú)法及時(shí)告知的情況，最終造成話務(wù)量多、咨詢工單多的情況發(fā)生。結(jié)合二維碼技術(shù)及移動(dòng)通信技術(shù)為市電網(wǎng)公司達(dá)到電力系統(tǒng)“安全、經(jīng)濟(jì)、多供、少損”的運(yùn)行目標(biāo)，提供解決方案。

關(guān)鍵詞：電力行業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 配網(wǎng)巡檢 主動(dòng)服務(wù)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（a）-0044-03

在電力網(wǎng)中重要起分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)稱為配電網(wǎng)。配網(wǎng)按電壓等級(jí)分類，可以分為高壓配網(wǎng)（35-110kV）、中壓配網(wǎng)（6-10kV）、低壓配網(wǎng)（220/380V）。但在負(fù)載較大的特大型城市，220kV電網(wǎng)也有配電功能。電力系統(tǒng)中供電可靠性是供電企業(yè)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，體現(xiàn)了電力生產(chǎn)技術(shù)水平、裝備水平和企業(yè)管理水平。而配網(wǎng)線路傳輸過(guò)程中的線路設(shè)備作為配電網(wǎng)中重要的組成部分，除要承受正常機(jī)械載荷和電力負(fù)荷的內(nèi)部壓力外，還因有線路分布廣、高度低、桿上設(shè)備多等特點(diǎn)，易受雷擊、強(qiáng)風(fēng)、洪水、樹(shù)竹、鳥(niǎo)害、車輛、外部施工等因素的侵害。上述因素會(huì)促使其中各元件老化、疲勞、損壞，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除隱患則可能造成各種故障甚至事故，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

與此同時(shí)，配網(wǎng)設(shè)備的更新?lián)Q代速度快，電力企業(yè)下發(fā)的設(shè)備型號(hào)不同、廠家不一，存在一定的兼容性問(wèn)題。因?yàn)橥庥^相似，設(shè)備安裝完畢后較難區(qū)分，設(shè)備新裝時(shí)兼容性問(wèn)題不是很明顯，但不同廠家、型號(hào)的設(shè)備投入配網(wǎng)運(yùn)行后，設(shè)備變更時(shí)兼容性矛盾就顯現(xiàn)。特別是故障搶修、設(shè)備輪換時(shí)，如果領(lǐng)取的材料、設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)不配套，無(wú)法實(shí)現(xiàn)安裝，影響搶修效率、延誤工作進(jìn)度，對(duì)供電可靠性與優(yōu)質(zhì)服務(wù)都存在影響。

配網(wǎng)直接面向用戶層，是信息發(fā)布、提供咨詢的第一通道。當(dāng)前計(jì)劃停電信息發(fā)布有登報(bào)、電視臺(tái)播報(bào)、粘貼停電信息等手段。這些途徑均無(wú)法實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)信息的獲取要求，且耗費(fèi)大量的人力、物力資源。而故障停電、因惡劣天氣取消停電等不可預(yù)知的停送電信息存在無(wú)法及時(shí)告知的情況。造成話務(wù)量多，咨詢工單多，對(duì)電網(wǎng)服務(wù)要求提出了不小的挑戰(zhàn)。

1 保證設(shè)備安全穩(wěn)定的手段：巡視、檢修

線路巡視、檢修工作是有效保證配網(wǎng)線路及設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，也是確保設(shè)備信息準(zhǔn)確的一個(gè)途徑。通過(guò)巡視來(lái)掌握線路運(yùn)行狀況及周圍環(huán)境的變化，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和危及線路安全的隱患，提出具體檢修意見(jiàn)，以便及時(shí)消除缺陷、預(yù)防事故發(fā)生，或?qū)⒐收舷拗圃谧钚》秶?。通過(guò)巡視來(lái)核對(duì)基礎(chǔ)資料，準(zhǔn)確獲取基礎(chǔ)資料，為設(shè)備變更時(shí)設(shè)備選取提供參考依據(jù)。保證輸電配網(wǎng)線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，縮短故障處理時(shí)間。

2 供電公司配網(wǎng)線路管理現(xiàn)狀分析

現(xiàn)如今，余杭區(qū)供電公司轄區(qū)內(nèi)各供電所承擔(dān)管理的電力線路地域廣、線路長(zhǎng)、設(shè)備多、人力資源短缺，如何提高巡檢效率、提高設(shè)備信息的準(zhǔn)確率是迫切需要解決的問(wèn)題。同時(shí)如何快速準(zhǔn)確地掌握被巡檢線路的設(shè)備信息、缺陷情況，然后將巡查到的信息迅速準(zhǔn)確地反饋回來(lái)，并及時(shí)作出正確的反應(yīng)也是亟需解決的問(wèn)題。

受轄區(qū)面積廣、用戶多、分布散等因素制約，登報(bào)、電視臺(tái)播報(bào)、粘貼停電信息都無(wú)法滿足停送電信息的及時(shí)發(fā)布，為保障優(yōu)質(zhì)服務(wù)，及時(shí)發(fā)布信息，減少話務(wù)量、減少咨詢工單成了如今迫切需要解決的問(wèn)題。

3 配網(wǎng)線路管理方式的研究

根據(jù)以上的問(wèn)題，我局從實(shí)際管理需求出發(fā)，以GIS和PMS系統(tǒng)現(xiàn)有的線路定位、資料采集、缺陷流程等功能為依托，依據(jù)電網(wǎng)公司基層配網(wǎng)巡檢人員日常工作需要，結(jié)合現(xiàn)如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)出的配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)方案。以協(xié)助消除在日常工作中遇到的諸多問(wèn)題，是對(duì)GIS、PMS等系統(tǒng)功能的補(bǔ)充與完善，以達(dá)到提升配網(wǎng)線路設(shè)備資料的準(zhǔn)確性，提升工作效率，提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)的目的。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確的定位被巡檢線路，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)時(shí)獲取到該線路的詳細(xì)信息。工作人員可通過(guò)手持終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的缺陷隱患情況進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、對(duì)巡視設(shè)備信息進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，并上傳至服務(wù)器端。日常搶修人員可以通過(guò)手持終端對(duì)故障停電進(jìn)行及時(shí)的停電信息發(fā)送，以便用戶第一時(shí)間掌握一些不可預(yù)知的停電信息。

3.1 研究?jī)?nèi)容原理簡(jiǎn)述

該項(xiàng)目主要研發(fā)一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)是建立于物與物、物與人之間的聯(lián)系。該系統(tǒng)通過(guò)裝置在桿號(hào)牌上的二維碼來(lái)定位獲取記錄桿上設(shè)備的詳細(xì)信息和缺陷隱患信息，是實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間聯(lián)系的一把鑰匙。

為了方便線路巡檢人員更加便捷地了解被巡檢線路的信息情況，采用二維碼的方式來(lái)存儲(chǔ)設(shè)備信息。巡檢人員通過(guò)手持端系統(tǒng)軟件掃描二維碼，可快速識(shí)別出被巡檢設(shè)備的關(guān)鍵字段信息，系統(tǒng)通過(guò)這些關(guān)鍵字段信息利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸信息、數(shù)據(jù)庫(kù)索引等方式，快速、準(zhǔn)確地獲取到服務(wù)器端關(guān)于此設(shè)備的詳細(xì)信息，以及包含被巡檢設(shè)備的歷史缺陷隱患的信息。巡檢人員可以對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)、修改。與此同時(shí)，巡檢人員還可通過(guò)攝像頭拍照及文字記錄方式將發(fā)現(xiàn)的隱患缺陷情況通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)回傳至服務(wù)器端的配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)平臺(tái)上。配網(wǎng)線路巡檢平臺(tái)則對(duì)電力線路的信息進(jìn)行管理、分析及統(tǒng)計(jì)，為電力線路的安全運(yùn)行情況提供可靠依據(jù)。

服務(wù)器端配網(wǎng)巡檢平臺(tái)上還可以將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員通過(guò)手持終端回傳回來(lái)的停、送電時(shí)間及時(shí)做出整理，并劃分出停電范圍，同時(shí)也是為方便電網(wǎng)用戶更加及時(shí)有效地了解到停送電信息。通過(guò)配網(wǎng)線路巡檢平臺(tái)，可對(duì)停電范圍內(nèi)影響到的重要用戶進(jìn)行短信告知。巡檢人員也可以通過(guò)手持終端發(fā)布停、送電信息。

為了實(shí)現(xiàn)缺陷的有序管理，提高線路檢修效率，減少重復(fù)停電，通過(guò)配網(wǎng)線路巡檢平臺(tái)，計(jì)劃停電范圍內(nèi)的缺陷會(huì)自動(dòng)提醒，巡檢人員可根據(jù)缺陷線路及時(shí)查看檢修過(guò)程中備品備件間中所需備品庫(kù)存情況，同時(shí)對(duì)缺少的備品，系統(tǒng)能夠及時(shí)進(jìn)行提醒。便于在停電時(shí)同步快速開(kāi)展消缺工作，最終達(dá)到提升電網(wǎng)整體服務(wù)質(zhì)量的作用。配網(wǎng)巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

3.2 研究?jī)?nèi)容的理論或者實(shí)踐依據(jù)

配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)是一個(gè)集物聯(lián)網(wǎng)二維碼技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)終端技術(shù)于一體的綜合性應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)，不僅具備傳統(tǒng)Web應(yīng)用面向工作人員在PC端操作系統(tǒng)的需求，更結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、手持智能設(shè)備和基于二維碼的設(shè)備定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了面向戶外工作人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的需求。

配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)在系統(tǒng)信息化建設(shè)實(shí)踐中，既吸收了傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的精髓，確保項(xiàng)目實(shí)施理論方向的正確性，又結(jié)合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展潮流，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的技術(shù)實(shí)踐的創(chuàng)新性。

3.2.1 基于傳統(tǒng)Web應(yīng)用三層架構(gòu)的創(chuàng)新改進(jìn)

配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)在功能上首先是一個(gè)基于傳統(tǒng)三層架構(gòu)的Web應(yīng)用，包括表現(xiàn)層UI、業(yè)務(wù)邏輯層BLL、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層DAL，如圖2。

傳統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)分別服務(wù)于用戶界面、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)的增刪改查。鑒于配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)既用于PC端用戶又用于移動(dòng)端用戶，既要滿足局域網(wǎng)內(nèi)應(yīng)用，又要適配移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，故針對(duì)傳統(tǒng)三層架構(gòu)進(jìn)行一定的創(chuàng)新性改進(jìn)，以滿足項(xiàng)目的需求，如圖3。

改進(jìn)后的三層架構(gòu)從宏觀上看，仍由表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層三層構(gòu)成；從微觀上看，表現(xiàn)層被拆分為了移動(dòng)端UI和PC端UI。而業(yè)務(wù)邏輯層為了適配兩類表現(xiàn)層通過(guò)統(tǒng)一的基于Json的UI數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口提供上層UI的展示數(shù)據(jù)，并提供部分針對(duì)移動(dòng)端的數(shù)據(jù)API。這種改進(jìn)方式既是架構(gòu)上的創(chuàng)新，也是架構(gòu)自然演進(jìn)的必然趨勢(shì)。

3.2.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中多語(yǔ)言結(jié)合編程快速迭代

經(jīng)過(guò)改造的系統(tǒng)架構(gòu)，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)是分為三個(gè)獨(dú)立的子項(xiàng)目實(shí)施的，包括：移動(dòng)端UI子項(xiàng)目、PC端UI子項(xiàng)目、服務(wù)端子項(xiàng)目。

三個(gè)子項(xiàng)目由于需求的相對(duì)獨(dú)立性和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的差異性，為了便于快速迭代實(shí)現(xiàn)，在定義好業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)接口的情況下，通過(guò)三種對(duì)應(yīng)的編程語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，即 JavaScript、PHP、Java。

在移動(dòng)端UI子項(xiàng)目中，JavaScript結(jié)合移動(dòng)HTML5的移動(dòng)設(shè)備界面開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)，如同開(kāi)發(fā)Web頁(yè)面一樣，快速實(shí)現(xiàn)HTML5用戶界面的繪制，并通過(guò)JavaScript完成相關(guān)的交互功能。

在PC端UI子項(xiàng)目中，借助PHP腳本語(yǔ)言快捷、高效的特性，在Web動(dòng)態(tài)頁(yè)面的開(kāi)發(fā)效率上具備其他編程語(yǔ)言所無(wú)法比擬的速度。

在服務(wù)端子項(xiàng)目中，Java語(yǔ)言天生就是企業(yè)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的不二之選。其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、吞吐量大，作為兩類表示層的堅(jiān)實(shí)后端，提供穩(wěn)定高效的業(yè)務(wù)邏輯功能，并以Json數(shù)據(jù)接口的形式提供表示層調(diào)用、無(wú)縫對(duì)接。

配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)以敏捷開(kāi)發(fā)管理方式，拆分多個(gè)子系統(tǒng)并行開(kāi)發(fā)，結(jié)合多種編程語(yǔ)言的特性實(shí)現(xiàn)了快速迭代的開(kāi)發(fā)模式。

3.2.3 二維碼技術(shù)優(yōu)化搜索過(guò)程

配網(wǎng)線路巡檢的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)無(wú)不涉及各種設(shè)備的查驗(yàn)，通常在信息系統(tǒng)中對(duì)設(shè)備的定位是通過(guò)關(guān)鍵字段搜索、并人工在列表中查找來(lái)完成的。這樣的方式在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)往往顯得十分低效，不能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)工作人員的用戶體驗(yàn)，還降低了工作效率。

然而二維碼技術(shù)作為一種安全高效的信息編碼技術(shù)，在配網(wǎng)線路巡檢系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境下，主要利用其存儲(chǔ)的信息進(jìn)行設(shè)備定位，其信息具備明確的指向性，優(yōu)化系統(tǒng)的搜索過(guò)程，直接給出當(dāng)前與二維碼綁定設(shè)備的信息，無(wú)需人工翻頁(yè)、查找。

采用二維碼技術(shù)進(jìn)行設(shè)備標(biāo)識(shí)定位，直觀高效，結(jié)合移動(dòng)終端設(shè)備，即掃即查。

3.2.4 移動(dòng)智能設(shè)備提高作業(yè)效率

配網(wǎng)線路巡檢往往涉及大量的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)操作，通過(guò)傳統(tǒng)PC電子辦公的方式，在惡劣的辦公環(huán)境下，既不方便、也不穩(wěn)定。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和大量智能終端設(shè)備的發(fā)展，尤其是Android系統(tǒng)在移動(dòng)應(yīng)用上的發(fā)展，極大的促進(jìn)了移動(dòng)作業(yè)的可能。

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的工作人員如今已經(jīng)可以淘汰書(shū)寫(xiě)板和紙筆的作業(yè)記錄模式，直接使用移動(dòng)Android設(shè)備，結(jié)合手持應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)攝像頭掃描二維碼讀取設(shè)備信息，查驗(yàn)設(shè)備后及時(shí)通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上傳巡檢記錄，大大提高作業(yè)效率。

4 結(jié)論

采用該項(xiàng)目的研究成果，可以使工作人員實(shí)現(xiàn)資料查找、資料修改、資料實(shí)時(shí)上傳、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等自動(dòng)生成，徹底避免數(shù)據(jù)重復(fù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性低等問(wèn)題。與此同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)停、送電信息的主動(dòng)、及時(shí)發(fā)布，減少值班室話務(wù)量與咨詢工單。配網(wǎng)線路巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的缺陷、隱患等與計(jì)劃停電有序結(jié)合，避免因缺陷重復(fù)停電的可能，提高供電可靠率。而且同余杭供電公司現(xiàn)有的備品備件智能倉(cāng)庫(kù)連接，可對(duì)故障搶修所需的備品物資進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，以便做出快速應(yīng)對(duì)，進(jìn)而提高線路搶修效率，縮短停電時(shí)間。研究成果基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，一方面可隨時(shí)隨地快速準(zhǔn)確獲取并修改線路詳細(xì)信息與記錄缺陷情況，達(dá)到物物相連。另一方面可最大限度的減少硬件設(shè)備投資，減少項(xiàng)目投資成本。項(xiàng)目成果的推廣可使經(jīng)濟(jì)效益更加明顯，對(duì)配電網(wǎng)線路的管理模式將產(chǎn)生巨大的創(chuàng)新。

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